Propriedades Mecanicas dos Materiais NBR6152 e ASTM E8M - Tensão, Deformação e Elasticidade

Materiais Propriedades Mecânicas Norma NBR6152 da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT ASTM E8M da American Society for Testing and Materials ASTM Norma Lo parte útil zona de concordância raio de concordância cabeçã Lo parte útil Elongação Corpodeprova tamanho original AÇO CARBONO AÇO INOXIDÁVEL Tensão Tensão σ PA Esforço Interno de Compressão ou tração Área da seção transversal ao esforço interno Elongação ε Δl l₀ Curva tensão de ruptura real limite de proporcionalidade limite de elasticidade limite de escoamento limite de resistência tensão de ruptura região elástica escoamento endurecimento por deformação estricção comportamento elástico comportamento plástico Elongação Limite de Escoamento Quando não nítido utilizase da convenção de um deformação padrão Metais e ligas em geral n 02 ε 0002 Cobre e suas ligas n 05 ε 0005 Ligas metálicas duras n 01 ε 0001 Cerâmicos n 01 ε 0001 Polímeros n 05 ε 0005 diagrama σε verdadeiro diagrama σε convencional ruptura estirção local estirção deformação específica de endurecimento escoamento tamanho original do CP região elástica comportamento elástico comportamento plástico Microestruturalmente a b A Curva tensão de ruptura real limite de proporcionalidade limite de elasticidade limite de escoamento limite de resistência tensão de ruptura região elástica escoamento endurecimento por deformação estirção comportamento elástico comportamento plástico Lei de Hooke σ ε E Módulo de Young P A lei de Hooke só é válida até este ponto Tg α E α Deformação Lei de Hooke σ E ε Tensão Deformação Modulo de Young M Elasticidade σ Aço E 207 GPa Alumínio E 69 GPa σt207MPa 0001 0003 ε Material Modulo de Young GPa Diamante 1 000 Carbeto de silício SiC 450 Tungstênio 406 Ferro 196 Aços de baixa liga 200 207 Ferrosfundidos 170 190 Cobre 124 Titânio 116 Vidro SiO2 94 Alumínio 69 Vidro Na2O SiO2 69 Nylon 2 4 Materiais de Engenharia Borracha ¹ Borracha dura Ebonite Elastômeros termoplásticos Cerê micos ¹ Compósitos Madeira Metais e ligas Plásticos ¹ Vidro Tensão de rotura MPa ¹ Inclui materiais celulares ou porosos Cerâmica Metais Polímero Elastômero P ε Material MPa ksi Material MPa ksi Concreto 20 3 Aço 1020 180 26 Alumínio 35 5 Ferro fundido 250 36 PVC 45 6 Aço inoxidável 350 50 Cobre 69 10 Titânio 450 65 Latão 70Cu30Zn 75 11 Molibdênio 565 82 Ferro 130 19 Tungstênio 1000 144 Níquel 138 20 Fontes GARCIA et al 2000 CALLISTER 2002 TENSÕES MÉDIAS E ALONGAMENTO APROXIMADO DOS MATERIAIS TENSÃO DE RUPTURA EM Kgf cm2 Material Tração Compressão Cisalhamento Esc Tração Alongamento λ OBS SAE 1010 3500 3500 2600 1300 33 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1015 3850 3850 2900 1750 30 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1020 4200 4200 3200 1930 26 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1025 4650 4650 3500 2100 22 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1030 5000 5000 3750 2300 20 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1040 5800 5800 4350 2620 18 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1050 6500 6500 4900 3600 15 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 1070 7000 7000 5250 4200 9 Aços Carbonos recozidos ou normalizados SAE 2330 7400 7400 5500 6300 20 Aço Ni recozido ou normalizado SAE 2340 7000 7000 5250 4850 25 Aço Ni1 recozido ou normalizado SAE 3120 6300 6300 4750 5300 22 Aço Ni Cr recozido ou normalizado SAE 3130 6800 6800 5100 5900 20 Aço Ni Cr recozido ou normalizado SAE 3140 7500 7500 5600 6500 17 Aço Ni Cr recozido ou normalizado SAE 4130 6900 6900 5200 5750 20 Aço Ni Mo recozido ou normalizado SAE 4140 7600 7600 5700 6500 17 Aço Ni Mo recozido ou normalizado SAE 4150 8150 8150 6100 6900 15 Aço Ni Mo recozido ou normalizado SAE 4320 8400 8400 6300 6500 19 Aço Ni Cr Mo recozido ou normaliz SAE 4340 8600 8600 6500 7400 15 Aço Ni Cr Mo recozido ou normaliz SAE 4620 6200 6200 4650 5100 23 Aço Ni Mo recozido ou normalizado SAE 4640 8200 8200 6150 6700 15 Aço Ni Mo recozido ou normalizado SAE 4820 6900 6900 5200 4700 22 Aço Ni Mo recozido ou normalizado SAE 5120 6100 6100 4600 4900 23 Aço Cr recozido ou normalizado SAE 5140 7400 7400 5500 6200 18 Aço Cr recozido ou normalizado SAE 5150 8150 8150 6100 7000 16 Aço Cr recozido ou normalizado SAE 6120 6500 6500 4850 6400 18 Aço Cr V recozido ou normalizado SAE 8620 6200 6200 4650 5600 18 Aço Cr Ni Mo recozido ou normalizado SAE 8640 7500 7500 5600 6300 14 Aço Cr Ni Mo recozido ou normalizado AISI 301 7700 7700 5800 2800 55 Aço Inoxidável Cr Ni AISI 302 6300 6300 4700 2480 55 Aço Inoxidável Cr Ni AISI 310 6900 6900 5150 3150 45 Aço Inoxidável Cr Ni AISI 316 6000 6000 4500 2460 55 Aço Inoxidável Cr Ni Propriedades Mecânicas de Material Beneficiado Aços Construção Mecânica Ligado e Construção Mecânica Carbono Bitola 40mm Qualidade RTNmm² LENmm² Al Est DurHB SAE 1035 600 750 min 370 min 19 min 45 180 228 SAE 1040 630 780 min 400 min 18 min 40 187 232 SAE 1045 650 800 min 430 min 16 min 40 195 234 SAE 1050 700 850 min 400 min 15 min 35 215 253 SAE 1060 800 950 min 520 min 13 min 30 240 285 SAE 4135 900 1100 min 650 min 12 min 50 271 335 SAE 4140 1000 1200 min 750 min 11 min 45 300 340 SAE 4340 1000 1200 min 900 min 11 min 50 300 340 SAE 5135 850 1000 min 630 min 13 min 40 253 300 SAE 5140 900 1100 min 660 min 12 min 35 271 335 SAE 6150 1000 1200 min 800 min 10 min 45 300 340 SAE 8640 900 1150 271 345 Bitola 40 a 100mm Qualidade RTNmm² LENmm² Al Est DurHB SAE 1035 550 700 min 320 min 20 min 50 159 215 SAE 1040 600 750 min 350 min 19 min 45 168 223 SAE 1045 630 780 min 370 min 17 min 45 180 228 SAE 1050 650 800 min 400 min 16 min 40 200 240 SAE 1060 750 900 min 450 min 14 min 35 228 271 SAE 4135 800 950 min 550 min 14 min 55 240 285 SAE 4140 900 1100 min 650 min 12 min 50 260 320 SAE 4340 1000 1200 min 900 min 11 min 50 300 340 SAE 5135 750 900 min 510 min 14 min 40 228 271 SAE 5140 800 950 min 560 min 14 min 40 240 285 SAE 6150 900 1100 min 700 min 12 min 50 271 335 SAE 8640 800 950 240 271 Não confundir Tensão de Escoamento com Resistência a Tração Dureza Mohs Brinell Rockwell Vickers Shore Knoop Mohs risco 1 Talco 2 Gesso 3 Calcite 4 Fluorite 5 Apatite 6 Ortoclase 7 Quartzo 8 Topazio 9 Corindo 10 Diamante Hardness Mineral Household Item 1 Talc 2 Gypsum 25 Fingernail 3 Calcite 35 Copper Penny pre1982 4 Fluorite 45 Paper Clip 5 Apatite 55 GlassPocket Knife 6 Orthoclase Feldspar 65 Steel File 7 Quartz 8 Topaz 9 Corundum 10 Diamond Brinell ball indicator impression a Brinel indentation b measurement of impression diameter A man in a red sweater is adjusting a Brinell hardness testing machine DUREZA BRINELL EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DA IMPRESSÃO DIÂMETRO DA ESFERA DO PENETRADOR 10 MM d mm HB F 3000 kgf d mm HB F 3000 kgf 275 495 405 223 280 477 410 217 285 461 415 212 290 444 420 207 295 429 425 201 300 415 430 197 305 401 435 192 310 388 440 187 315 375 445 183 320 363 450 179 325 352 455 174 330 341 460 170 335 331 465 167 340 321 470 163 345 311 475 159 350 302 480 156 355 293 485 152 360 285 490 149 365 277 495 146 370 269 500 143 375 262 510 137 380 255 520 131 385 248 530 126 390 241 540 121 395 235 550 116 400 229 560 111 A closeup image of a metallic surface under a microscope with three circular Brinell hardness impressions and a ruler showing millimeter measurements from 0 to 30 Tensile strength MPa 0 500 1000 1500 2000 Brinell hardness number 0 100 200 300 400 500 20 30 40 50 HRC Tensile strength 103 psi 0 50 100 150 200 250 Brass Cast iron nodular Steels TS MPa 345 x HB Rockwell escala preta escala vermelha penetrador esférico penetrador cônico Vickers Vickers impressão Tabela Relação Durezas Aplicações da Dureza Aços Inoxidáveis Austeníticos Cr e Ni Aço 304 com alta resistência à oxidação e à corrosão esta liga é excelente para fabricação de equipamentos para hospitais indústrias químicas farmacêuticas e petroquímicas entre outras pois evita a ferrugem Aço 304L uma versão aprimorada do 304 esta liga pode ser usada nos mesmos locais porém com preferência para situações nas quais é necessário evitar a corrosão intercristalina diferente dos tipos de aço inox 304 Aço 316 conta com molibdênio em sua fórmula o que torna esta liga superior aos 304 e 304L para aplicações nos mesmos tipos de indústrias Aço 316L semelhante ao 316 só que com baixo teor de carbono o que proporciona maior resistência à corrosão intercristalina Aços Inoxidáveis Ferriticos Cr Serie 430 e 409 Eletrodomésticos Balcões frigoríficos Moedas Indústria automobilística Talheres Placas de sinalização e fachadas Martensíticos Cr e Ni 4 Série 420 Cutelaria Instrumentos cirúrgicos como bisturi e pinças Discos de freio especiais σ σₙᵤₚ σr limite de proporcionalidade σrᵤₚ limite de elasticidade limite de escoamento σE σtₚ reação elástica escoa mento endurecimento por deformação estricção comportamento plástico Brittle Ductile Stress σ PA 0 C strain ε δl Resiliência Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade tensão elástica e baixo módulo de elasticidade módulo de Young Material σt MPa Ur Nmmmm³ Aço baixo carbono 270 0182 Aço inoxidável 350 0322 Ferro fundido 250 0184 Tungstênio 1000 1231 Cobre 60 00145 Alumínio 40 00116 Concreto 20 0004 PVC 45 3375 Fonte SOUZA 1982 Tenacidade Uᵗ σᵣεᵣ Uᵗ 23 σᵣεᵣ Efeito da Temperatura Tensão MPa Deformação Efeito da Temperatura Energia absorvida J Temperatura Aço baixo carbono Aço Maraging 12Ni Aço Maraging 18Ni Aço baixa liga temperadorevenido Titânio Alumínio Aço 4340 Elemento de Liga solutos Tensão kgfmm² Deformação 080 C 060 C 040 C 020 C Elemento de Liga solutos Limite de escoamento MPa Concentração Ferro Si Mn Mo Cr Limite de escoamento MPa Concentração Cobre Sn Zn Deformação a Frio σ σ2 σ1 T M A O N R ε 1 2 Deformação a Frio Liga Estado Resist a tração Alongamento Dureza Kgfmm² Brinell Aço doce 1010 normal 336 38 120 Aço doce 1010 Trabalhado a frio 910 2 265 Aço inoxidável normal 770 60 165 Aço inoxidável Laminado a frio 1290 9 380 Deformação a Frio Grãos equiaxiais Encruamento Microestruturalmente a b Tratamentos Térmicos Aços Aquecimento ou resfriamento controlado com objetivo de alterar as propriedades física e mecânicas sem alterar a forma final Amolecimento reduzir dureza remover tensão residuais aumentar tenacidade e refinar grãos Endurecimentos aumentar resistência mecânica e resistência ao desgaste Soldas temperatura em C 900 700 500 300 100 aquecimento permanência tempo de forno resfriamento tempo em horas IronCarbon Alloy Phase Diagram Temperature F Temperature C L Liquid Y Austenite α Ferrite δ Delta Iron CM Cementite CM begins to solidify Primary Austenite begins to solidify 2055 F Austenite Ledeburite and Cementite y Fe3C Austenite to Pearlite Cementite and Ledeburite Cementite Pearite and transformed Ledeburite Magnetic Change of Fe3C HypoEutectoid STEEL HyperEutectoid CAST IRON Carbon Content Present by weight Left Diagram of a simple cubic lattice with atoms at corners and one sphere in the centerright text 3D view of the simple cubic unit cell with intersecting spheres at the corners Below Diagram of a bodycentered cubic lattice with atoms at the corners and one in the center connected by dashed linesright text 3D view of the bodycentered cubic unit cell with spheres touching in center and corners Austenita Ferrita Perita Composição C Dureza Fases Microconstituinte Dureza HV Ferrita Feα 90 Cementita Fe3C 1050 Perita α Fe3C 230 Dureza HV Dureza HRC Carbono Alongamento em médio em um comprimento igual a 10 diâmetros ou 1315 Limite de resistência à tração em Kg por mm² Alongamento Limite de resistência Dureza Teor de carbono em Dureza Brinell Recozimento alívio de tensões e redução da dureza Recozimento usinabildade e ductilidade Normalização refinar grão homogeneidade e tenacidade TEMPERATURA NORMALIZAÇÃO RECOZIMENTO ALÍVIO DE TENSÕES TEMPO Têmpera Austenita CFC Ferrita CCC Martensita TC tempo As 14 Redes de Bravais Cúbica Simples Cúbica de Corpo Centrado Cúbica de Face Centrada Tetragonal Simples Tetragonal de Corpo Centrado Ortorrombica Simples Ortorrombica de Corpo Centrado Ortorrombica de Base Centrada Ortorrombica de Face Centrada Romboêdrica Simples Hexagonal Monoclínica Simples Monoclínica de Base Centrada Triclínica Têmpera ZONA CRÍTICA ZONA DE AUSTENITIZAÇÃO Austenitização Para Têmpera resfriamento Temperatura em ºC Ambiente Teor de carbono em T ºC Zona crítica Ferrita Perlita Bainita Martensita tempo Revenimento melhor tenacidade e menor dureza de peças temperadas Revenimento fragilidade azul 250350 oC Cementação carbonetaçã0 C Açosligas Cromo resistência ao desgaste e dureza Níquel tenacidade e ductilidade Manganês desoxidante e viabiliza tempera em óleo Silício desoxidantes e estabilizar carbonetos Molibidênio dureza e tamanho de grão Vanádio tenacidade e endurecimento Ferros Fundidos Cinzento barato fácil de usinar Nodular Mg ductilidade Branco Si desgaste Maleável a partir do branco Não Ferrosos Metálicos Alumínio Magnésio Titânio Latão ligas de cobre e zinco Bronze cobre e estanho Table A20 Deterministic ASTM Minimum Tensile and Yield Strengths for Some HotRolled HR and ColdDrawn CD Steels The strengths listed are estimated ASTM minimum values in the size range 18 to 32 mm 34 to 1 14 in These strengths are suitable for use with the design factor defined in Sec 110 provided the materials conform to ASTM A6 or A568 requirements or are required in the purchase specifications Remember that a numbering system is not a specification Source 1986 SAE Handbook p 215 1 2 3 4 5 6 7 8 Tensile Yield SAE andor Processing Strength Strength Elongation in Reduction in Brinell UNS No AISI No MPa kpsi MPa kpsi 2 in Area Hardness G10060 1006 HR 300 43 170 24 30 55 86 CD 330 48 280 41 20 45 95 G10100 1010 HR 320 47 180 26 28 50 95 CD 370 53 300 44 20 40 105 G10150 1015 HR 340 50 190 275 28 50 101 CD 390 56 320 47 18 40 111 G10180 1018 HR 400 58 220 32 25 50 116 CD 440 64 370 54 15 40 126 G10200 1020 HR 380 55 210 30 25 50 111 CD 470 68 390 57 15 40 131 G10300 1030 HR 470 68 260 375 20 42 137 CD 520 76 440 64 12 35 149 G10350 1035 HR 500 72 270 395 18 40 143 CD 550 80 460 67 12 35 163 Table A21 Mean Mechanical Properties of Some HeatTreated Steels These are typical properties for materials normalized and annealed The properties for quenched and tempered QT steels are from a single heat Because of the many variables the properties listed are global averages In all cases data were obtained from specimens of diameter 0505 in machined from 1in rounds and of gauge length 2 in unless noted all specimens were oilquenched Source ASM Metals Reference Book 2d ed American Society for Metals Metals Park Ohio 1983 1 2 3 4 5 6 7 8 Tensile Yield Temperature Strength Strength Elongation Reduction Brinell AISI No Treatment C F MPa kpsi MPa kpsi in Area Hardness 1030 QT 205 400 848 123 648 94 17 47 495 QT 315 600 800 116 621 90 19 53 401 QT 425 800 731 106 579 84 23 60 302 QT 540 1000 669 97 517 75 28 65 255 QT 650 1200 586 85 441 64 32 70 207 Normalized 925 1700 521 75 345 50 32 61 149 Annealed 870 1600 430 62 317 46 35 64 137 1040 QT 205 400 779 113 593 86 19 48 262 QT 425 800 758 110 552 80 21 54 241 QT 650 1200 634 92 434 63 29 65 192 Normalized 900 1650 590 86 374 54 28 55 170 Annealed 790 1450 519 75 353 51 30 57 149 AISISAEABNT ABNT 1020 ABNT 5160 ABNT 10XX açocarbono simples outros elementos em porcentagens desprezíveis teor de Mn de no máximo 10 ABNT 11XX açocarbono com S Enxofre ABNT 12XX açoCarbono com S e P Fósforo ABNT 13XX aço com 16 a 19 de Mn Manganês aço Manganês ABNT 14XX açoCarbono com 010 de Nb Nióbio ABNT 15XX açoCarbono com teor de Mn de 10 a 165 açoManganês AISISAEABNT AISISAEABNT SAE 2XXX açoNíquel SAE 3XXX açoNíquelCromo SAE 4XXX açoMolibdênio SAE 5XXX açoCromo SAE 6XXX açoCromoVanádio SAE 7XXX açoCromoTungstênio SAE 8XXX açoNíquelCromoMolibdênio SAE 92XX açoSilícioManganês Código de Letras E aço produzido pelo processo elétrico básico B processo Bessemer básico C processo SiemensMartin básico D processo SiemensMartin ácido Desafio 1 Massa 60 kg Velocidade máxima 30 kmh Seria possível fazer um corrente com arame de clips de aço Defina o No do clips para esta tarefa Desafio 2 Especificar o diâmetro e o aço AISISAE para pendurar este veículo no teto de um pavilhão a partir da tabela de aço Considerar a massa do veículo conforme ficha técnica Desafio 3 Considerando que o DeLorean foi um veículo desenvolvido em chapas de aço inox AISI 304 explique por que as formas deste veículo são tão retas Desafio 4 Nos matérias frágeis as propriedades de resiliência e a tenacidade são iguais Explique isso