As propriedades mecânicas de importância para os processos de conformação são verificadas através da realizaçăo de experimentos, quais dados são obtidos na curva tensāo-deformação que possibilita a caracterização do material?
Passo 1
O enunciado pede para listar e explicar quais dados (grandeszas/propriedades) são obtidos a partir da curva tensão–deformação, quando se faz um ensaio mecânico (normalmente ensaio de tração), e como esses dados permitem caracterizar o material. Não há outros dados numéricos fornecidos — só a informação de que a curva tensão–deformação é a fonte de informação. Vou, passo a passo, mostrar o que aparece na curva, como cada grandeza é medida/definida e que fórmula ou procedimento prático usar na prova para extrair cada uma.
Passo 2
O que é a curva tensão–deformação e as definições básicas (fórmulas que aparecem sempre)
- Em um ensaio de tração mede-se força
e variação de comprimento do corpo-de-prova; a partir daí constrói-se a curva tensão versus deformação. - Definição de tensão de engenharia (tensão convencional):
onde
é a área inicial da seção transversal.
- Definição de deformação de engenharia (deformação convencional):
onde
é o comprimento de referência (comprimento inicial entre marcas).
- Essas duas quantidades formam o par
plotado na curva tensão–deformação de engenharia (engineering stress–strain).
Passo 3
Propriedades elásticas: módulo de Young, limite de proporcionalidade e limite elástico
- Módulo de Young (módulo de elasticidade)
: é a inclinação da porção linear inicial da curva (região elástica), isto é,
na região onde a relação tensão–deformação é aproximadamente linear. Interpretação:
mede a rigidez do material (unidades de pressão).
- Limite de proporcionalidade: ponto até o qual
e são diretamente proporcionais (igualdade da lei de Hooke). Às vezes coincide com o limite elástico. - Limite elástico / escoamento: tensão máxima abaixo da qual o material retorna à forma original após descarga. Nem sempre bem definido; para materiais sem patamar de escoamento usa-se o critério do deslocamento por
(offset). - Método do offset
para obter tensão de escoamento : traçar uma reta com inclinação deslocada horizontalmente por (ou ) e o ponto de interseção com a curva dá .
Passo 4
Região plástica, encruamento e resistência máxima (UTS)
- Depois do escoamento vem a região plástica, onde a deformação é permanente.
- Resistência última à tração (ultimate tensile strength, UTS)
: é o valor máximo de tensão no gráfico de engenharia:
- Depois do pico (UTS) normalmente ocorre estricção (necking) até a fratura.
- Diferenciar tensão de engenharia (usa
) e tensão verdadeira (usa instantânea) — importante para extrair expoente de encruamento.
Passo 5
Tensão verdadeira e deformação verdadeira — relações e uso para analisar encruamento
- Definições verdadeiras:
- Antes de estricção (necking) vale aproximadamente a relação de conversão entre engenharia e verdadeira:
- Na região plástica, muitos materiais seguem a lei de Hollomon (lei potência):
onde
é o coeficiente de resistência (strength coefficient) e
é o expoente de encruamento (strain hardening exponent). Na prática, extrai-se
e
fazendo ajuste no gráfico
versus
; a inclinação dá
e a ordenada em zero dá
.
Passo 6
Medidas de ductilidade: alongamento percentual e redução de área
- Alongamento percentual (elongation to fracture), medida de ductilidade:
onde
é o comprimento entre marcas após fratura.
- Redução de área (necking)
:
onde
é a área mínima após fratura.
- Esses dois números quantificam quão dúctil ou frágil é o material; materiais dúcteis têm
e grandes.
Passo 7
Energia absorvida: resiliência e tenacidade
- Módulo de resiliência
: energia por unidade de volume armazenada até o limite elástico; é a área sob a curva até o ponto de escoamento. Para uma região linear:
onde
e
são a tensão e deformação no limite elástico.
- Tenacidade
: energia por unidade de volume absorvida até a fratura — é a área total sob a curva tensão–deformação desde até :
- Interpretação: maior área → material mais “tough” (absorve mais energia antes de fraturar).
Passo 8
Outras quantidades e observações práticas úteis em prova
- Limite de escoamento superior e inferior (para alguns aços com patamar de escoamento):
e aparecem como saltos na curva; registrar ambos se presentes. - Linearidade inicial e verificação de danos: se a curva não é linear logo no início, pode haver problemas no ensaio (slip das garras, erros na medição).
- Unidades: tensões em
(ou ), deformação adimensional (ou em ). Energia por volume em (ou , já que e ). - Observação prática: quando o enunciado pede
, , , , , , , — todos esses podem ser obtidos (diretamente ou por ajuste) a partir da curva tensão–deformação.
Passo 9
Resumo prático — como extrair na prova (passo a passo rápido)
- Na curva tensão–deformação de engenharia, leia a porção linear inicial e calcule
como a inclinação. - Determine o limite de proporcionalidade e/ou o ponto de escoamento; se não for claro, use o método de offset
(traçar reta com inclinação deslocada por ). - Leia
como o valor máximo da curva de engenharia. - Marque o ponto de fratura e calcule
e com as fórmulas dadas. - Converta para tensão verdadeira e deformação verdadeira se for necessário extrair
e ; ajuste log–log de versus . - Calcule áreas:
(até o escoamento) e (até fratura) pela integração geométrica (área sob a curva).
Resposta
Módulo de Young
(inclinação da região elástica).
Limite de proporcionalidade e limite de escoamento (e, se aplicável,
pelo método do offset).
Resistência última à tração .
Tensão verdadeira e deformação verdadeira
(e relações de conversão com valores de engenharia).
Coeficiente de resistência e expoente de encruamento
(lei
).
Alongamento percentual à fratura .
Redução de área .
Módulo de resiliência (área até o escoamento) e tenacidade
(área total até fratura).
Eventuais pontos de escoamento superior/inferior (para materiais com patamar de escoamento) e observações sobre ductilidade/fragilidade.
Limite de proporcionalidade e limite de escoamento
Resistência última à tração
Tensão verdadeira
Coeficiente de resistência
Alongamento percentual à fratura
Redução de área
Módulo de resiliência
Eventuais pontos de escoamento superior/inferior (para materiais com patamar de escoamento) e observações sobre ductilidade/fragilidade.