comportamento mecânico parte ii

25 Pages·2005·1.17 MB·Portuguese

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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
COMPORTAMENTO MECÂNICO
PARTE II
PMT 2100 - Introdução à Ciência dos
Materiais para Engenharia
2º semestre de 2005
PMT 2100 -Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia -2005
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OBJETIVOS DA AULA
• Na primeira aula sobre propriedades mecânicas, foi estudado o
comportamento mecânico dos materiais somente levando em conta os
parâmetros tensão e deformação.
• Os ensaios estudados (tração, flexão, dureza) são muito úteis, mas
são ensaios simplificados, porque não levam em conta efeitos de
outros parâmetros, como o tempo e a temperatura. Aqueles ensaios
não respondem perguntas como:
• Como responderia o material se fosse submetido a uma tensão
constante por um longo tempo?
• Como responderia o material se a temperatura mudasse ao longo do
tempo durante o qual ele é submetido a esforços mecânicos?
• A velocidade de aplicação do esforço mecânico afeta o comportamento
mecânico do material?
• E se o esforço aplicado aumentasse e diminuísse ao longo do tempo?
O que poderia acontecer?
De forma bem sintética, o objetivo desta aula é observar o efeito do tempo
e da temperatura no comportamento mecânico dos materiais
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ROTEIRO DA AULA
• Comportamento mecânico ao longo do tempo de
materiais submetidos a cargas estáticas
– Comportamento elástico e visco-elástico
• Efeito da temperatura sobre o comportamento
mecânico
– Efeito da temperatura sobre a deformação plástica
– Fluência
– Temperatura versus taxa de deformação
• Efeito da taxa de deformação sobre o comportamento
plástico
– Impacto
– Comportamento dúctil-frágil
• Esforços cíclicos
– Fadiga
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Comportamento Elástico
Fluxo Viscoso
de
dt
h = viscosidade [Pa.s]
= &
s E = módulo de Young t hg
e = 1
(cid:222)
Irreversível dissipa
1 E Reversível (cid:222) não dissipa
energia
energia!
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Comportamento Visco-Elástico
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Comportamento Visco-Elástico
• Considere um corpo de prova de • Nesse instante, o corpo de prova
comprimento inicial L , que é sofre uma contração elástica
0
s
submetido a um esforço no praticamente instantânea, de valor
e
instante t . absoluto igual a .
0 el
• Inicialmente ele sofre uma • Para que o corpo de prova volte às
deformação instantânea, puramente suas dimensões iniciais (ou seja,
e
elástica , que obedece à lei de para que haja uma contração
el
Hooke. adicional em valor absoluto igual à
deformação visco-elástica) é
• Se o esforço é mantido constante e
necessário um intervalo de tempo
também não varia com o tempo,
e igual à dt = t – t .
uma deformação visco-elástica f 0
vel
• No tempo t = t + dt o corpo de
aparece ao longo do tempo, e se f
prova readquire suas dimensões
estabiliza num tempo t .
a
iniciais, não existindo nenhuma
e
• A deformação total é igual à
T deformação plástica residual.
e
soma das duas deformações e
el
• O comportamento visco-elástico é
e
. Essa deformação permanece
vel reversível, mas dissipa parte da
s
constante, até que o esforço seja
energia envolvida nas deformações.
eliminado no instante t .
f
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Comportamento Visco-Plástico
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Comportamento Visco-Plástico
• Considere um corpo de prova de • A deformação cresce
comprimento inicial L , que é continuamente com o tempo, até
0
s s
submetido a um esforço no que o esforço seja eliminado no
instante t . instante t .
0 f
• Inicialmente ele sofre uma • Nesse instante, o corpo de prova
deformação instantânea, puramente sofre uma contração elástica
e
elástica , que obedece à lei de praticamente instantânea, de valor
el
e
Hooke. absoluto igual a .
el
• Se o esforço é mantido constante e • A contração referente à deformação
também não varia com o tempo, visco-elástica ocorre num intervalo
e
deformações visco-elástica e de tempo dt.
vel
e
visco-plástica aparece ao longo • No tempo t = t + dt o corpo de
vpl f
do tempo. A deformação visco- prova não readquire suas
elástica se estabiliza depois de dimensões iniciais, apresentando
D
certo tempo, o que não ocorre com uma deformação permanente l
vpl
a deformação visco-plástica: ela (deformação plástica).
cresce continuamente com o tempo.
• O comportamento visco-elástico é
e
• A deformação total é igual à irreversível, ocorrendo dissipação
T
e e
soma das deformações , e de energia no processo de
el vel
e deformação.
.
vpl
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Efeito da temperatura sobre a deformação plástica
Temperatura homóloga
• Em baixas temperaturas (e em
T
baixas taxas de deformação), uma T = temperatura do material
”
t
e T = temperatura de fusão
deformação praticamente só H F
T
(dadas em K)
s
depende da tensão .
F
• Em temperaturas altas (e em
t > 0,4 Alta Temperatura
baixas taxas de deformação), uma fi
H
e
deformação depende não
s
somente da tensão , mas
também do tempo e da
temperatura.
• Alta temperatura
• Temperatura a partir da qual
fenômenos difusivos (difusão,
ascensão de discordâncias, etc…)
começam a se manifestar
macroscopicamente.
• O limite entre “baixa temperatura”
e “alta temperatura” varia de
material para material.
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• Quando a temperatura é superior a 0,4 Fluência
T , os fenômenos difusivos tornam-se
F
bastante significativos, e observam-se
deformações plásticas em função do
tempo, mesmo em tensões
relativamente baixas. Esse é o
fenômeno da fluência.
• A fluência é resultado de um
comportamento visco-plástico dos
metais.
Curva de Fluência
• Estágio I ou transiente: taxa de
deformação decrescente; encruamento
• Estágio II ou estacionário: taxa de
e
deformação constante d /dt é mínima;
balanço entre encruamento e superação
de obstáculos por processos difusivos
(por exemplo, ascensão de
discordâncias)
• Estágio III ou terciário: taxa de
deformação crescente; desenvolvimento
de cavidades (cavitação); leva à ruptura
do material
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