Introdução a Ciência dos Materiais

Como a área é circular maciça A CorpoProva πd²4 Onde d é o diâmetro do corpo de prova e pode ser medido com um paquímetro Com as medidas de diversos pontos de tensão normal e sua correspondente deformação específica é possível traçar o diagrama tensãodeformação Nele diversas propriedades mecânicas do material ensaio podem ser obtidas O diagrama tensãodeformação a seguir é característico de um material do tipo dúctil Vale ressaltar que a fórmula σ PA utilizada para o cálculo da tensão parte do pressuposto de que sua distribuição seja uniforme ao longo de todo corpo de prova Na prática nas proximidades da aplicação da carga e de uma mudança repentina da geometria da peça há uma amplificação da tensão em regiões bem pequenas Esses picos de tensão são denominados concentradores de tensão O Princípio de SaintVenant nos diz que a uma distância l do ponto de aplicação da carga correspondente a dimensão lateral da barra a distribuição de tensão é aproximadamente uniforme e o pico de tensão é apenas um pouco maior que a tensão média calculada Sumário teórico ENSAIO DE TRAÇÃO No diagrama tensão versus deformação para os ensaios de tração e compressão a abscissa corresponde à deformação específica e pode ser obtida pela divisão do alongamento pelo comprimento inicial do corpo de prova Para realizar a medida do comprimento utilize um paquímetro ε δL Onde ε é a deformação específica δ é o alongamento L é o comprimento inicial do corpo de prova Para a obtenção da tensão normal devese dividir a força que atua no corpo de prova pela sua área da seção transversal A força é obtida indiretamente pela pressão do fluído hidráulico do sistema e a área do cilindro F p Acilindro Onde F é a força que o cilindro imprime no corpo de prova p é a pressão do fluído hidráulico medida no manômetro Acilindro é a área do cilindro hidráulico que vale 65 cm² Logo a tensão normal pode ser calculada por σ PA CorpoProva Onde σ é a tensão normal P é o esforço solicitante normal que no ensaio de tração e compressão é a força que o cilindro hidráulico imprime F A CorpoProva é a área da seção transversal do corpo de prova ORIENTAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DO RELATÓRIO DE INTRODUÇÃO A CIÊNCIAS DOS MATERIAIS Turma Engenharias 20251 Título Nome Conselheiro Lafaiete MG 2025 Sumário Lista de FigurasII Lista de TabelasIII 1 INTRODUÇÃO4 2 OBJETIVOS5 21 Objetivos Gerais5 22 Objetivos Específicos5 23 Justificativa5 3 METODOLOGIA6 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES7 5 CONCLUSÕES8 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS9 I Lista de Figuras Lista de Tabelas 1 INTRODUÇÃO Faça uma breve introdução ao trabalho citando dentre outras coisas por exemplo a importância da realização de ensaios mecânicos em laboratório para a prática industrial Descreva os procedimentos de Ensaio Mecânico de Tração Detalhar todas as propriedades obtidas no gráfico Tensão x Deformação a partir do ensaio de tração A Introduçao deve ser feita com dados da literatura os dados da prática serão utilizados nos tópicos sequenciais Mínimo de três páginas neste tópico uma para cada intem acima 4 2 OBJETIVOS 21 Objetivos Gerais Escreva neste capítulo quais foram os objetivos do trabalho apresentado 22 Objetivos Específicos Escreva neste capítulo quais são os objetivos de cada ensaio Tração e Dureza 23 Justificativa Justificar o objetivo do trabalho 5 3 METODOLOGIA Descreva os procedimentos de ensaio mecânico de Tração de acordo com o passo a passo indicado no laboratório virtual Este tópico pode ser feito transcrevendo o passo a passo do laboratório virtual com suas palavras Utilizem imagens do laboratório virtual para melhor descrição 6 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Descrever e explicar os resultados obtidos Neste tópico devem ser inseridos tabelas e gráficos obtidos ao longo do ensaio no laboratório virtual Todas as tabelas gráficos e figuras devem ser citados e explicados no parágrafo anterior a inserção destes 7 5 CONCLUSÕES Concluir o trabalho análise final comparando os resultados obtidos com os objetivos que foram determinados inicialmente 8 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Listar todas as referências bibliográficas utilizadas da literatura Referências utilizadas principalmente no tópico de Introdução 9 Em um ponto próximo ao limite de proporcionalidade percebese um efeito denominado de Escoamento que ocorre devido ao deslizamento das camadas atômicas do material Nele caracterizamos a tensão de escoamento Esta fase é chamada de plástica e o corpo de prova não volta ao seu estado inicial caso o carregamento deixe de existir Esta fase permanecerá até a ruptura do material A partir do escoamento percebese que a deformação e a tensão não são mais proporcionais no entanto a tensão aumenta à medida que a deformação aumenta chamamos esta região do diagrama de encruamento A partir de certo ponto percebese uma grande diminuição da seção transversal do corpo de prova efeito que se denomina estricção A partir deste ponto a deformação aumenta com a diminuição da tensão No ponto onde o diagrama muda sua inclinação determinase tensão limite de resistência ou tensão última A deformação passa a ser tão elevada que o corpo de prova sofre a ruptura Neste ponto determinase a tensão de ruptura do material Outras propriedades importantes que são levantadas a partir do diagrama tensãodeformação são Resiliência área sob o diagrama até o escoamento Representa a energia absorvida pelo material antes de escoar Tenacidade área sob o diagrama completo Representa a energia absorvida antes de romper Ductilidade máxima deformação específica do material Geralmente apresentada em termos percentuais Representa o quanto o corpo se alongou do seu tamanho original Sugerese que você pesquise sobre Diferença entre diagrama tensão deformação de engenharia e real Diagrama tensãodeformação de um material do tipo frágil Diferença entre o diagrama tensãodeformação em tração e compressão Mesmo com o raio de concordância do corpo de prova por vezes na prática por causa da mudança dimensional e a proximidade com a aplicação da carga os materiais tendem a romper numa região vizinha à cabeça do corpo de prova No início do ensaio de tração percebese que a tensão e a deformação específica são proporcionais caracterizando a denominada fase elástica Nela o corpo de prova volta ao seu estado inicial caso o carregamento deixe de existir Essa fase segue a chamada Lei de Hooke Onde E é chamado de Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young Graficamente ele representa o coeficiente angular da reta formada na fase elástica Além disso ele fornece uma ideia da Rigidez do material pois quanto maior o Módulo de Elasticidade maior será a Rigidez A proporcionalidade deixa de existir em uma tensão denominada tensão limite de proporcionalidade A partir deste ponto tensão e deformação não variam linearmente e a Lei de Hooke deixa de ser válida Apresentação 1 OBJETIVO O ensaio de tração consiste em determinar as propriedades dos materiais quando sujeitos ao esforço de tração Tal experimento também demonstra o uso da bomba manual paquímetro manômetro e relógio comparador que são instrumentos fundamentais para realização de ensaios mecânicos nos materiais Esta prática será realizada utilizando a máquina universal de ensaios em materiais contendo uma bomba manual acoplada para aplicar carga e um relógio comparador em sua parte móvel para medir o deslocamento que a aplicação da carga gera no corpo de prova Como parte das atividades você deverá medir as dimensões iniciais e finais do corpo de prova a fim de verificar seu alongamento e determinar os módulos de elasticidade para os diversos materiais ensaiados Ao final deste experimento você deverá ser capaz de determinar o módulo de elasticidade de materiais analisar os módulos de elasticidade dos materiais identificando as características inerentes a cada um destes materiais que exercem influência sobre os valores de módulo de elasticidade apresentados construir e interpretar a curva tensão x deformação dos materiais para ensaios de tração associar o modulo de elasticidade à resistência a tração 2 ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS O ensaio de tração permite compreender como os materiais reagem aos esforços de tração quais os limites de tração módulo de elasticidade e a carga aplicada no qual o corpo se rompe Deste ensaio é possível obter informações que dizem respeito à dureza ductilidade e resistência do material à tração Estas informações são de extrema importância para a utilização dos materiais em determinadas aplicações Podemos visualizar em nosso dia a dia estes conceitos em muitos momentos como em uma simples brincadeira tipo cabo de guerra onde o cabo é tensionado pelas pessoas que o puxam e o mesmo tem que resistir a este esforço sem romper Outro exemplo são os cabos de sustentação de um elevador onde o cabo precisa de uma resistência à tração que suporte a carga aplicada pelo peso da cabine e das pessoas que são transportadas 3 O EXPERIMENTO Neste experimento você fará uso dos seguintes instrumentos máquina universal para ensaios em materiais garras de fixação bomba manual corpos de prova paquímetro e relógio comparador A resistência à tração do material é determinada mediante a fixação do corpo de prova pelas garras e o paquímetro é usado para a medição das dimensões antes e posteriormente à realização do ensaio Através do acionamento da bomba manual a carga é aplicada sobre o corpo de prova mediante a movimentação do pistão da máquina universal A carga é aplicada gerando um alongamento no comprimento do corpo de prova até que este atinja a ruptura total ou parcial Está variação de comprimento é medida pelo relógio comparador ao longo do ensaio E quando ocorre o rompimento a carga aplicada é removida para que sejam medidas as dimensões finais do corpo de prova 4 SEGURANÇA O experimento foi pensando para não trazer riscos físicos então você irá utilizar objetos pouco nocivos e leves Mesmo com essas precauções o uso de equipamentos de proteção individual EPIs é de extrema importância para a segurança durante a realização de experimentos Neste experimento recomendase o uso do jaleco 5 CENÁRIO O experimento apresenta os seguintes materiais máquina universal para ensaios em materiais bomba manual relógio comparador corpos de prova garras de fixação e paquímetro Máquina universal Máquina onde se posiciona as pontas de prova garras corpos de prova para a realização de diversos tipos de ensaio de esforços mecânicos Relógio comparador Instrumento de medição utilizado para dimensionar as deformações sofridas pelos corpos de prova durante a realização dos ensaios Bomba manual Utilizada para aplicação de carga nos corpos de prova durante a realização do ensaio Garras de fixação Utilizado para promover a fixação do corpo de prova na máquina universal Paquímetro Instrumento de medição utilizado para obter o diâmetro e comprimento finais do corpo de prova após a realização do ensaio Bons estudos Roteiro INSTRUÇÕES GERAIS 1 Neste experimento você irá determinar as propriedades dos materiais quando submetidos a esforços mecânicos de tração 2 Utilize a seção Recomendações de Acesso para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual 3 Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual utilize o Tutorial presente neste Roteiro 4 Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção Procedimentos 5Ao finalizar o experimento responda aos questionamentos da seção Avaliação dos Resultados RECOMENDAÇÕES DE ACESSO DICAS DE DESEMPENHO Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais siga as seguintes dicas de desempenho Feche outros aplicativos e abas Certifiquese de fechar quaisquer outros aplicativos ou abas que possam estar consumindo recursos do seu computador garantindo um desempenho mais eficiente Navegador Mozilla Firefox Recomendamos o uso do navegador Mozilla Firefox conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores proporcionando uma navegação mais fluida Aceleração de hardware Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais Requisitos mínimos do sistema Certifiquese de que seu computador atenda aos requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais Essa informação está disponível em nossa Central de Suporte Monitoramento do sistema Utilize o Gerenciador de Tarefas Ctrl Shift Esc para verificar o uso do disco memória e CPU Se estiverem em 100 considere fechar outros aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho Teste de velocidade de internet Antes de acessar realize um teste de velocidade de internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais Atualizações do navegador e sistema operacional Mantenha seu navegador e sistema operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos laboratórios PRECISA DE AJUDA Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas visite nossa Central de Suporte para encontrar artigos de ajuda e informações para usuários Acesse a Central de Suporte através do link httpssuportevirtualalgeteccombr Se preferir utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado para a Central de Suporte Estamos aqui para ajudar Conte conosco DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS Bomba hidráulica manual Corpos de prova alumínio 6061 titânio 6AI4V alumínio 2024 e aço carbono ASTM A36 Manômetro Máquina universal de ensaios em materiais Paquímetro Relógio comparador PROCEDIMENTOS 1 MEDINDO AS DIMENSÕES INICIAIS Remova as partes móveis das garras de fixação Mova o corpo de prova de alumínio 6061 da maleta para a mesa e com o auxílio do paquímetro meça o diâmetro e comprimento iniciais do corpo de prova 2 AJUSTANDO O ENSAIO Posicione o corpo de prova na máquina e coloque as garras de fixação Ajuste o relógio comparador para a posição zero e aplique a précarga com a bomba manual 3 APLICANDO A CARGA Zere novamente o relógio comparador e aplique a carga no material de forma gradual até que o corpo de prova seja rompido 4 MEDINDO AS DIMENSÕES FINAIS Alivie a carga aplicada pela bomba remova as garras de fixação e mova o corpo de prova para a mesa Meça o diâmetro e comprimento finais e descarte o corpo de prova Repita todos os procedimentos com os outros corpos de prova disponíveis 5 AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação dos Resultados e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1 Crie uma tabela semelhante à apresentada abaixo para cada um dos materiais Anote os valores obtidos no experimento e utilize as equações apresentadas no sumário teórico e a relação abaixo para calcular a força atuante sobre o corpo de prova 1 kgf 98067 N Tabela 1 Força atuante nos corpos de prova 2 Utilizando os dados das tabelas acima calcule os valores de tensão e de deformação nos corpos de prova Crie uma tabela semelhante à Tabela 2 para cada um dos materiais ensaiados e anote os valores calculados Para auxiliála nas conversões de unidade lembrese de que 1 Nmm² equivale a 1 MPa Tabela 2 Tensão e deformação dos materiais 3 Com esses dados construa o gráfico Tensão MPa x Deformação mmmm para cada material ensaiado 4 Com base nos gráficos construídos determine os valores do módulo de elasticidade limite de escoamento e limite de resistência à tração para cada material ensaiado TUTORIAL 1 MEDINDO AS DIMENSÕES INICIAIS Inicie o experimento clicando com o botão esquerdo do mouse no botão Começar Visualize as garras clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Garras localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela Remova a parte móvel da garra superior clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Remover parte móvel Remova a parte móvel da garra inferior clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção Remover parte móvel Visualize os corpos de prova clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Corpos de prova ou através do atalho do teclado Alt2 Abra a maleta clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela Posicione o corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Mover para a mesa Efetue a medição do comprimento do corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre o paquímetro e selecione a opção Medir comprimento Efetue a medida do comprimento útil do corpo de prova clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as setas indicadas Anote seu valor e retorne o paquímetro para sua posição inicial clicando com o botão esquerdo do mouse no X Efetue a medição do diâmetro do corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre o paquímetro e selecione a opção Medir diâmetro Efetue a medida do comprimento útil do corpo de prova clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as setas indicadas Anote seu valor e retorne o paquímetro para sua posição inicial clicando com o botão esquerdo do mouse no X 2 AJUSTANDO O ENSAIO Posicione o corpo de prova nas garras clicando com o botão direito do mouse sobre o corpo de prova e selecione a opção Mover para a garra Recoloque a parte móvel da garra superior clicando com o botão direito do mouse sobre a garra de fixação e selecione a opção Colocar parte móvel Recoloque a parte móvel da garra inferior clicando com o botão direito do mouse sobre a garra de fixação e selecione a opção Colocar parte móvel Visualize o relógio comparador clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Relógio comparador Posicione o relógio comparador na superfície da parte móvel da máquina universal clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o conjunto de fixação do relógio comparador Zere a escala de medida do relógio comparador clicando e pressionando com o botão esquerdo do mouse sobre a escala do relógio e arrastea para a esquerda e para a direita Visualize a bomba clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Bomba Ajuste a bomba manual feche a válvula clicando com o botão esquerdo do mouse na válvula da bomba Retire a folga do sistema clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a alavanca Repita esse procedimento quatro vezes até que seja retirada a folga do sistema 3 APLICANDO A CARGA Aplique a carga no material de forma gradual realizando movimentos com a alavanca da bomba manual clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a alavanca Visualize o relógio comparador clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Relógio comparador Observe a deformação sofrida pelo corpo mostrada pela escala do relógio comparador Zere a escala de medida do relógio comparador clicando e pressionando com o botão esquerdo do mouse sobre a escala do relógio e arrastea para a esquerda e para a direita Visualize a bomba clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Bomba Aplique a carga no material de forma gradual realizando movimentos com a alavanca da bomba manual clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a alavanca até que o corpo de prova seja rompido Anote em cada etapa os valores de pressão e deslocamento medidos respectivamente pelo manômetro e pelo relógio comparador Observe que um aviso aparecerá quando o corpo de prova for rompido 4 MEDINDO AS DIMENSÕES FINAIS Alivie a carga inserida pela bomba manual clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a válvula Observe que a carga aplicada pela bomba manual é removida Visualize as garras clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome Garras Remova a parte móvel das garras superior clicando com o botão direito do mouse sobre elas e selecione a opção Remover parte móvel Remova a parte móvel da garra inferior clicando com o botão direito do mouse sobre elas e selecione a opção Remover parte móvel Mova o corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre o corpo de prova e selecione a opção Mover para a mesa Utilize o paquímetro para efetuar a medição do comprimento do corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre o paquímetro e selecione a opção Medir comprimento Efetue a medida do comprimento útil do corpo de prova clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as setas indicadas Anote seu valor e retorne o paquímetro para sua posição inicial clicando com o botão esquerdo do mouse no X Utilize o paquímetro para efetuar a medição do diâmetro do corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre o paquímetro e selecione a opção Medir diâmetro Efetue a medida do diâmetro útil do corpo de prova clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as setas indicadas Descarte o corpo de prova clicando com o botão direito do mouse sobre ele e selecione a opção Descartar este corpo de prova Realize os passos acima listados para os outros corpos de prova e materiais restantes 5 AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação dos Resultados e responda de acordo com o que foi observado no experimento associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema ORIENTAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DO RELATÓRIO DE INTRODUÇÃO A CIÊNCIAS DOS MATERIAIS Turma Engenharias 20251 Introdução a Ciência dos Materiais Nome Conselheiro Lafaiete MG 2025 Sumário 1 INTRODUÇÃO2 2 OBJETIVOS4 21 Objetivos Gerais4 22 Objetivos Específicos4 23 Justificativa5 3 METODOLOGIA7 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES17 5 CONCLUSÕES24 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS25 1 1 INTRODUÇÃO A realização de ensaios mecânicos em laboratório representa uma etapa essencial no campo da Ciência dos Materiais e da Engenharia sendo uma ponte entre o conhecimento teórico e sua aplicação prática na indústria Esses ensaios permitem a caracterização detalhada das propriedades mecânicas dos materiais possibilitando a escolha correta para cada tipo de aplicação O entendimento sobre como os materiais se comportam quando submetidos a diferentes tipos de carregamentos é fundamental para garantir a segurança a durabilidade e o desempenho de estruturas máquinas e componentes utilizados nas mais diversas áreas industriais A importância dos ensaios mecânicos vai além da simples obtenção de dados Eles são utilizados em processos de desenvolvimento de novos materiais na melhoria de processos de fabricação e no controle de qualidade durante a produção industrial Por meio deles é possível identificar possíveis falhas ou não conformidades antes que os produtos sejam aplicados em campo prevenindo acidentes e prejuízos financeiros Na indústria aeronáutica por exemplo o conhecimento das propriedades mecânicas dos materiais utilizados nas fuselagens e nas asas dos aviões é vital para evitar falhas estruturais Da mesma forma na construção civil saber o limite de resistência de um aço estrutural pode significar a diferença entre a integridade de uma edificação e o seu colapso Entre os diferentes tipos de ensaios mecânicos o ensaio de tração é um dos mais amplamente utilizados Ele permite determinar de maneira relativamente simples e direta diversas propriedades mecânicas importantes como o limite de resistência o limite de escoamento o módulo de elasticidade e a ductilidade O ensaio de tração consiste em submeter um corpo de prova a uma carga axial crescente aplicada de maneira controlada e contínua até que ocorra a sua ruptura Durante o processo a força aplicada e a correspondente variação no comprimento do corpo de prova são registradas com precisão O procedimento começa com a preparação cuidadosa dos corpos de prova que devem seguir padrões dimensionais estabelecidos por normas técnicas como a ABNT NBR ISO 689212020 Normalmente o corpo de prova possui uma seção central com dimensões reduzidas chamada de comprimento útil e extremidades mais robustas que facilitam a fixação nas garras da máquina de ensaio Após a fixação iniciase a aplicação da carga enquanto sensores eletrônicos medem em tempo real a força aplicada e o alongamento do material Ao longo do ensaio o material inicialmente apresenta um comportamento elástico no qual a deformação é proporcional à carga aplicada seguindo a relação descrita pela Lei de Hooke Dentro desse regime a remoção da carga faria com que o material voltasse à sua forma original Contudo ao atingir o limite de escoamento o material começa a se deformar plasticamente apresentando deformações permanentes mesmo após a retirada da carga O ensaio continua até o material atingir o seu limite de resistência máxima e posteriormente sofrer ruptura A análise dos dados obtidos durante o ensaio de tração permite a construção da curva tensão versus deformação a partir da qual se pode extrair diversas propriedades mecânicas fundamentais Uma das primeiras informações extraídas dessa curva é o módulo de elasticidade ou módulo de Young que representa a rigidez do material e é calculado pela 2 inclinação da parte linear da curva Essa propriedade indica o quanto o material se deforma elasticamente sob uma tensão aplicada Outro ponto de destaque na curva é o limite de proporcionalidade que corresponde ao limite máximo de tensão para o qual a relação entre tensão e deformação permanece linear Após esse ponto a curva deixa de ser uma reta indicando o início de comportamentos não lineares O limite de escoamento é uma das propriedades mais relevantes obtidas no ensaio de tração Ele indica a tensão a partir da qual o material começa a apresentar deformações plásticas significativas Em materiais como o aço o limite de escoamento é bem definido manifestandose como um patamar na curva Em outros materiais como o alumínio utiliza se o critério convencional de 02 de deformação plástica para definir esse limite A resistência máxima à tração por sua vez corresponde ao ponto mais alto da curva tensãodeformação Tratase do maior valor de tensão suportado pelo material antes do início da estricção que é uma redução localizada da seção transversal do corpo de prova Após esse ponto o material continua a se alongar até a ruptura mas a tensão suportada diminui devido à redução da área resistente A ductilidade do material pode ser avaliada por meio de duas medidas a deformação na ruptura alongamento total e a redução de área O alongamento total indica o quanto o corpo de prova se alongou em relação ao seu comprimento inicial antes de se romper Já a redução de área é expressa como a porcentagem de diminuição da área da seção transversal na região de estricção Outra propriedade extraída da curva tensãodeformação é a tenacidade que representa a capacidade do material de absorver energia antes da fratura Ela é numericamente expressa pela área total sob a curva abrangendo tanto a região elástica quanto a plástica Essas propriedades são cruciais para o desenvolvimento e a aplicação de materiais na engenharia Materiais com alto módulo de elasticidade e resistência à tração são indicados para aplicações estruturais enquanto materiais com elevada ductilidade são preferidos em situações que requerem grande capacidade de deformação antes da falha Assim o ensaio de tração não apenas caracteriza os materiais mas também orienta decisões estratégicas no processo industrial desde a escolha de matériasprimas até o projeto e a fabricação de componentes críticos 3 2 OBJETIVOS 21 Objetivos Gerais O presente trabalho tem como objetivo geral proporcionar uma compreensão prática e aprofundada sobre o comportamento mecânico dos materiais quando submetidos a esforços de tração Por meio da realização do ensaio de tração em laboratório buscase correlacionar os conceitos teóricos estudados na disciplina de Ciência dos Materiais com a observação direta das propriedades físicas e mecânicas dos corpos de prova ensaiados Pretendese ainda desenvolver a capacidade de interpretação e análise de gráficos de tensão versus deformação extraindo parâmetros fundamentais como módulo de elasticidade limite de escoamento resistência máxima à tração ductilidade e tenacidade O trabalho também tem como objetivo familiarizar os alunos com os procedimentos técnicos e normativos que envolvem a execução do ensaio de tração promovendo a aplicação de métodos de cálculo e análise de resultados que são amplamente utilizados na prática industrial Além disso buscase estimular a reflexão sobre a importância da caracterização mecânica na seleção de materiais para aplicações específicas contribuindo para a formação de uma base sólida de conhecimentos voltados à engenharia de materiais e ao desenvolvimento de soluções seguras e eficientes para diferentes demandas tecnológicas 22 Objetivos Específicos Determinar o comportamento mecânico dos materiais ensaiados sob carga axial de tração avaliando como diferentes tipos de materiais reagem ao aumento progressivo de esforço até a ruptura Calcular o módulo de elasticidade módulo de Young de cada material permitindo comparar a rigidez e a capacidade de deformação elástica entre os diferentes corpos de prova Identificar o limite de escoamento dos materiais ou seja a tensão a partir da qual ocorrem deformações plásticas significativas caracterizando o início da deformação permanente Determinar a resistência máxima à tração identificando a tensão máxima suportada antes da ocorrência da estricção e posterior ruptura Analisar a ductilidade dos materiais por meio da medição da deformação total até a fratura e da redução de área na seção transversal avaliando a capacidade dos 4 materiais de sofrerem grandes deformações plásticas antes da ruptura Avaliar a tenacidade de cada material interpretando a área total sob a curva tensão versus deformação a fim de quantificar a energia absorvida até a ruptura Comparar os resultados obtidos com valores teóricos e dados de literatura com o objetivo de verificar a precisão experimental e analisar possíveis variações entre os materiais ensaiados Promover a familiarização com os procedimentos práticos de execução do ensaio de tração incluindo a preparação e montagem dos corpos de prova o manuseio da máquina de ensaio e a correta coleta e análise dos dados experimentais Interpretar as curvas tensãodeformação resultantes correlacionando cada trecho da curva com o comportamento físico dos materiais desde a fase elástica passando pela fase plástica até a fratura 23 Justificativa A realização do ensaio de tração justificase pela sua importância fundamental no campo da Ciência dos Materiais e na formação de futuros engenheiros e profissionais da indústria Conhecer o comportamento dos materiais quando submetidos a esforços mecânicos é essencial para garantir a segurança a confiabilidade e o desempenho de peças estruturas e equipamentos em diversas áreas da engenharia como a civil mecânica aeronáutica automobilística e metalúrgica Através da análise das propriedades obtidas no ensaio de tração é possível avaliar características críticas dos materiais como resistência ductilidade e rigidez fatores determinantes para a correta seleção e aplicação desses materiais em projetos industriais A compreensão de parâmetros como o módulo de elasticidade o limite de escoamento e a resistência máxima à tração permite prever como os materiais irão se comportar quando submetidos a diferentes condições de carga evitando falhas estruturais que poderiam gerar acidentes perdas financeiras e danos ao meio ambiente Além disso a execução prática deste ensaio permite que os alunos desenvolvam habilidades técnicas e analíticas ao manusear equipamentos laboratoriais interpretar gráficos tensãodeformação e calcular propriedades mecânicas com base em dados reais Essa vivência experimental complementa o aprendizado teórico aproximando os estudantes da realidade industrial onde o controle de qualidade a validação de materiais e o cumprimento de normas técnicas são rotinas indispensáveis Portanto o desenvolvimento deste trabalho é justificado não apenas pela necessidade acadêmica de consolidação dos conteúdos da disciplina de Ciência dos Materiais mas 5 também pela sua relevância prática na formação de profissionais capacitados a tomar decisões técnicas com base em ensaios e análises mecânicas confiáveis 6 3 METODOLOGIA Foram utilizados neste ensaio os seguintes materiais metálicos alumínio 6061 titânio 6Al4V alumínio 2024 aço de carbono ASTM A36 O corpo de prova utilizado tem 36mm de comprimento útil e 5mm de diâmetro útil A análise foi realizada através de uma máquina de ensaio de tração no ambiente virtual AlgeTec A prática foi executada com a carga de tração variando o momento para cada material Figura 1 Comprimento inicial do Alumínio 6061 Figura 2 Diâmetro inicial do Alumínio 6061 7 Figura 3 Força de tração aplicada para rompimento do material Figura 4 Diâmetro final após rompimento 8 Figura 5 Comprimento final após rompimento Figura 6 Comprimento inicial do Titânio 6AI4V 9 Figura 7 Diâmetro inicial do titânio 6AI4V Figura 8 Força de tração aplicada para rompimento 10 Figura 9 Comprimento final após rompimento Figura 10 Diâmetro final após rompimento 11 Figura 11 Comprimento inicial do Alumínio 2024 Figura 12 Diâmetro inicial do Alumínio 2024 12 Figura 13 Força de tração aplicada para o rompimento Figura 14 Comprimento final após o rompimento 13 Figura 15 Diâmetro final após o rompimento Figura 16 Comprimento inicial do aço ASTM A36 14 Figura 17 Diâmetro inicial do aço ASTM A36 Figura 18 Força de tração aplicada para o rompimento 15 Figura 19 Comprimento final após rompimento Figura 20 Diâmetro final após rompimento 16 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Figura 21 Ruptura dos materiais comprimento e diâmetro final 1 kgf 98067 N Ensaio de tração no Alumínio 6061 CP1 CP2 CP3 Carga kgfc m2 Força kgf Força N Carga kgfcm 2 Força kgf Força N Carga kgfc m2 Força kgf Força N 500 3250 3187178 60 3900 3824613 40 2600 2549742 1500 9750 9561533 140 9100 8924097 110 7150 7011791 2500 16250 15935890 200 13000 12748710 175 11375 11155120 3500 22750 22310240 290 18850 18485630 250 16250 15935890 4000 26000 25497420 350 22750 22310243 340 22100 21672810 5000 32500 31871780 440 28600 28047162 410 26650 26134860 5500 35750 35058950 520 33800 33146646 490 31850 31234340 6500 42250 41433310 590 38350 37608695 550 35750 35058950 7000 45500 44620490 670 43550 42708179 620 40300 39521000 7500 48750 47807660 740 48100 47170227 700 45500 44620490 17 Ensaio de tração no Aço Carbono ASTM A36 CP1 CP2 CP3 Carga kgfc m2 Força kgf Força N Carga kgfcm 2 Força kgf Força N Carga kgfc m2 Força kgf Força N 110 7150 7011790 110 7150 7011790 110 7150 7011791 225 14625 14342298 220 14300 14023581 240 15600 15298450 350 22750 22310242 330 21450 21035372 360 23400 22947680 475 30875 30278186 450 29250 28684598 490 31850 31234340 590 38350 37608694 560 36400 35696388 610 39650 38883570 670 43550 42708178 625 40625 39839719 675 43875 43026900 720 46800 45895356 700 45500 44620485 750 48750 47807660 800 52000 50994840 750 48750 47807663 810 52650 51632280 840 54600 53544582 800 52000 50994840 850 55250 54182020 850 55250 54182020 840 54600 53544582 910 59150 58006630 Ensaio de tração no Composto de Liga de Titânio CP1 CP2 CP3 Carga kgfc m2 Força kgf Força N Carga kgfcm 2 Força kgf Força N Carga kgfc m2 Força kgf Força N 200 13000 12748710 200 13000 1274871 180 1170 11473841 600 39000 38246130 600 39000 38246130 550 35750 35058953 940 61100 59918937 925 60125 58962780 850 55250 54182028 1325 86125 84460203 1300 84500 82866623 1200 78000 76492260 1575 10237 5 100396091 1550 100750 98802506 1430 92950 91153280 1800 11700 0 114738390 1800 117000 11473839 9 1650 10725 0 10517695 5 2050 13325 0 130674277 2025 131625 12908069 1960 12740 12493740 0 2370 15405 0 151072213 2250 146250 14342299 2070 13455 0 13194910 0 2500 16250 0 159358875 2500 162500 15935887 5 2500 16250 0 15935887 5 2800 18200 0 178481940 2800 182000 17848194 0 2560 16640 0 16318350 0 18 Ensaio de tração no Alumínio 2024 CP1 CP2 CP3 Carga kgfc m2 Força kgf Força N Carga kgfcm 2 Força kgf Força N Carga kgfc m2 Força kgf Força N 250 16250 15935887 250 16250 15935888 240 15600 15298450 500 32500 31871775 500 32500 31871775 460 29900 2932203 750 48750 47807662 750 48750 47807662 700 4550 44620490 1000 65000 63743550 1050 68250 66930728 925 60125 58962785 1200 78000 76492260 1250 81250 76979438 1100 71500 7011791 1400 91000 89240970 1450 94250 92428148 1300 84500 82866620 1450 94250 92428147 1500 97500 95615325 1340 87100 85416360 1500 97500 95615325 1540 100100 98165067 1360 88400 86691230 1520 98800 96890196 1560 101400 99439938 1380 88900 87181563 1540 10010 0 98165067 1580 102700 10071481 0 1400 91000 89240970 Ensaio de tração no Alumínio 6061 CP1 CP2 CP3 Tensão MPa Deformação Tensão MPa Deformação Tensão MPa Deformação 1366714 0000000000 1525574 0000000000 1093371 0000000000 4100143 0000547196 3559672 0000108401 3006771 00002186 6833571 0000820793 5085245 0000325203 5085245 0000325203 9566999 0000957592 7373606 0000542005 6833571 00007104 10933710 0001094391 8899179 0000704607 9293657 00008197 13667410 0001367989 11187540 0000894309 11207060 00010383 15033860 0001614227 13221640 0001138211 13393800 00013115 17767280 0001751026 15001470 0001355014 15033860 00014481 19134000 0001915185 17035570 0001463415 16947260 00016393 20500710 0002188782 18815410 0001680217 19134000 00018579 Ensaio de tração no Aço Carbono ASTM A36 CP1 CP2 CP3 Tensão Deformação Tensão Deformação Tensão Deformação 19 MPa MPa MPa 306191724 9 0000000000 3062327569 0000000000 30067712 0000000000 626301255 5 0000192308 6480397874 0000193638 65602281 0000191781 974246397 4 0000219780 9720596811 0000248963 98403422 0000273973 132219153 90 0000357143 1325535929 0 0000331950 133937990 0000328767 133937990 0000328767 1649555823 0 0000497925 166739130 0000520548 186498596 10 0000247253 1841022123 0 0000525588 184506420 0000547945 200416401 70 0000439560 2061944778 0 0000636238 205007130 0000657534 222684890 80 0000521978 2209226548 0 0000802213 221407700 0000794521 233819135 40 0000576923 2356508318 0 0000857538 232341410 0000849315 244953379 90 0000714286 2474333734 0 0001023513 248741980 0001041096 Ensaio de tração no Composto de Liga de Titânio CP1 CP2 CP3 Tensão MPa Deformação Tensão MPa Deformação Tensão MPa Deformação 546685677 5 0000000000 5466856775 0000000000 53021437 0000000000 164005703 30 0001036835 1640057033 0 0001479452 162009950 0001160221 256942268 40 0002073670 2528421259 0 0002219178 250379010 0002237569 362179261 40 0002946794 3553456904 0 0003260274 353476250 0003314917 430514971 10 0003601637 4236814001 0 0003808219 421225860 0003867403 492017109 80 0004256480 4920171098 0 0004493151 486029840 0004419890 560352819 50 0004856753 5535192485 0 0005150685 577344540 0004972376 647822527 90 0005402456 6150213872 0 0005726027 609746530 0005524862 683357096 90 0006002729 6765235259 0 0006273973 671604870 0006353591 765359948 50 0007012278 7653599485 0 0007205479 754082660 0007182320 Ensaio de tração no Alumínio 2024 CP1 CP2 CP3 20 Tensão MPa Deformação Tensão MPa Deformação Tensão MPa Deformação 683357096 9 0000000000 6587799711 0000000000 7069525 0000000000 136671419 40 0000819672 1317559942 0 0000816327 13549923 0000552486 205007129 10 0001912568 2055393510 0 0001904762 20619448 0001657459 273342838 80 0003005464 2766875878 0 0002993197 27247127 0002486188 328011406 50 0003825137 3293899855 0 0003809524 32401989 0003591160 382679974 30 0004918033 3820923832 0 0004897959 38293260 0004696133 396347116 20 0006010929 3952679826 0 0005986395 39471514 0005524862 410014258 10 0007103825 4058084622 0 0007074830 40060641 0006629834 415481114 90 0007923497 4110787019 0 0007891156 40649768 0007734807 420947971 70 0009016393 4163489417 0 0008979592 41238896 0008563536 21 Alumínio 6061 Módulo de elasticidade ME Tensão Deformação no regime elástico CP3 ΜΕ 2706094 Mpa 00029508 9170713027 Mpa Limite de escoamento 2842766 Mpa Limite de resistência a tração 3143443 Mpa Aço Carbono ASTM A36 Módulo de elasticidade ME Tensão Deformação no regime elástico CP3 ΜΕ 2503387 Mpa Limite de escoamento 25284213 Mpa Limite de resistência a tração 39908054 Mpa 22 Composto de Liga de Titânio Módulo de elasticidade ME Tensão Deformação no regime elástico CP3 ΜΕ 8987554Mpa Limite de escoamento 92051106 Mpa Limite de resistência a tração 93523924 Mpa Alumínio 2024 Módulo de elasticidade ME Tensão Deformação no regime elástico CP3 ΜΕ 8154386Mpa Limite de escoamento 41238896 Mpa Limite de resistência a tração 53021437 Mpa 23 5 CONCLUSÕES O ensaio de tração realizado foi fundamental para alcançar os objetivos estabelecidos no início deste trabalho proporcionando uma análise detalhada e comparativa do comportamento mecânico de diferentes materiais metálicos sob esforço de tração Através da execução prática e da análise dos dados obtidos foi possível determinar propriedades essenciais como o módulo de elasticidade o limite de escoamento a resistência máxima à tração a ductilidade e a tenacidade de cada um dos materiais ensaiados Os resultados confirmaram o que se esperava teoricamente O titânio 6Al4V apresentou os maiores valores de resistência à tração e módulo de elasticidade evidenciando sua alta capacidade de suportar cargas elevadas com mínima deformação elástica O aço carbono ASTM A36 por sua vez demonstrou um bom equilíbrio entre resistência e ductilidade característica que justifica sua ampla utilização em aplicações estruturais Os ensaios com os alumínios 6061 e 2024 mostraram que esses materiais possuem menores valores de módulo de elasticidade e limite de resistência quando comparados ao aço e ao titânio mas destacaramse por sua maior ductilidade e leveza atributos fundamentais para a indústria aeronáutica e de transportes A análise das curvas tensãodeformação permitiu identificar claramente todas as regiões características do comportamento mecânico dos materiais como o regime elástico o ponto de escoamento a zona de deformação plástica e o momento de ruptura Essas observações foram decisivas para a correta interpretação das propriedades mecânicas de cada material De forma geral o ensaio de tração atendeu plenamente aos objetivos propostos reforçando a importância desse tipo de análise para a seleção e aplicação adequada dos materiais em projetos de engenharia A experiência prática em laboratório aliada à comparação com os dados da literatura contribuiu significativamente para o desenvolvimento da capacidade técnica e analítica dos alunos aproximandoos da realidade dos processos industriais de controle de qualidade e desenvolvimento de produtos 24 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR ISO 689212020 Materiais Metálicos Ensaio de Tração Parte 1 Método de Ensaio à Temperatura Ambiente Rio de Janeiro Associação Brasileira de Normas Técnicas 2020 ASM INTERNATIONAL Mechanical Testing and Evaluation Materials Park ASM International 2002 ASM Handbook v 8 CALLISTER William D RETHWISCH David G Ciência e Engenharia de Materiais Uma Introdução 10 ed Rio de Janeiro LTC 2018 HILL Donald Materiais de Engenharia Propriedades e Aplicações 4 ed São Paulo Cengage Learning 2015 HIBBELER Russell C Resistência dos Materiais 9 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2017 SHACKELFORD James F Introdução à Ciência dos Materiais para Engenheiros 8 ed São Paulo Pearson 2015 25