Estricção no ensaio de tração: o que é, quando começa, coeficiente Z e fratura taça-cone

Estricção é a redução localizada da seção do corpo de prova que começa na força máxima do ensaio de tração. Veja o critério de Considère, o coeficiente de estricção Z = (S0 − Su)/S0 × 100 pela ISO 6892-1, valores por material, a fratura taça-cone, a correção de Bridgman, o estiramento a frio dos polímeros e exercícios resolvidos.

Propriedades MecânicasPor Mardoqueu M. Costa
28 min de leitura

Estricção é a redução localizada da seção transversal do corpo de prova que começa na força máxima do ensaio de tração, quando o encruamento do material deixa de compensar a perda de área. A deformação, que até ali se espalhava por todo o comprimento útil, passa a se concentrar numa região curta, que afina formando um pescoço, e é nele que o corpo de prova rompe. O fenômeno também é chamado de empescoçamento ou formação de pescoço, traduções do inglês necking. A estricção é medida depois da ruptura pelo coeficiente de estricção, Z = (S0 − Su) / S0 × 100, em que S0 é a área inicial da seção e Su a menor área no pescoço, conforme a ABNT NBR ISO 6892-1:2024.

Resumo rápido:

  • Quando começa: na força máxima Fm, que define o limite de resistência à tração Rm = Fm / S0.
  • Por que começa: pelo critério de Considère, quando a taxa de encruamento cai até o valor da própria tensão verdadeira.
  • O que mede: ductilidade local, e não resistência.
  • Ordem de grandeza: cerca de 50 % a 70 % em aço de baixo carbono, conforme a condição, e em torno de 2 % no ferro fundido cinzento.

O que é estricção no ensaio de tração

No ensaio de tração, o corpo de prova afina desde o primeiro instante. No trecho elástico, essa contração lateral é pequena, uniforme e reversível, e é descrita pelo coeficiente de Poisson, ν = 0,3 no aço. Depois do escoamento, a deformação plástica também reduz a seção de maneira uniforme, porque o volume do metal praticamente não muda: se o comprimento aumenta, a área diminui na mesma proporção, em todo o comprimento útil. Nenhuma dessas duas reduções é estricção.

Na foto, um corpo de prova de aço ainda nas garras, com o pescoço já formado no meio do trecho útil: a seção se estreita num ponto, e é ali que ele vai romper.

Corpo de prova redondo de aço preso nas garras de cunha, com um pescoço formado no meio do trecho útil
Corpo de prova de aço com o pescoço formado no trecho útil, antes da ruptura

A estricção é a etapa seguinte, em que a redução de seção deixa de ser uniforme. A partir da força máxima, uma região curta passa a afinar muito mais do que o restante do corpo de prova, e o alongamento adicional acontece quase só ali. Por isso ela é plástica e localizada. A ISO 6892-1:2019 define a medida associada, a redução percentual de área Z, como a maior variação da área da seção ocorrida durante o ensaio, expressa em porcentagem de S0. Em português, a mesma palavra nomeia o fenômeno e a medida: fala-se em estricção, coeficiente de estricção, estricção de ruptura ou redução de área. Em inglês, a medida é a reduction of area (RA ou %RA).

O termo "estiramento" aparece como sinônimo de empescoçamento em alguns textos. Nos polímeros ele ganha um sentido próprio, o estiramento a frio, em que o pescoço se estabiliza e percorre o corpo de prova em vez de levar à ruptura; o assunto tem uma seção própria mais adiante.

Um cuidado de interpretação: a estricção não é uma propriedade intrínseca do material, e sim uma característica do seu comportamento no ensaio, porque depende da geometria da seção e do estado de tensões no pescoço. Mesmo assim, o valor de Z é especificado como requisito em normas de produto, como as de barras de aço inoxidável da ASTM, e é comparável entre ensaios feitos com a mesma geometria.

Quando começa a estricção

O pescoço não aparece num ponto qualquer da curva. Ele surge no instante em que dois efeitos opostos, que disputam o ensaio desde o escoamento, empatam. Entender esse empate explica por que alguns metais alongam muito antes de formar pescoço e outros quase nada.

Encruamento contra perda de área

A força que o corpo de prova suporta é o produto da tensão verdadeira σv, calculada com a área do instante e não com a inicial, por essa área instantânea: F = σv·S. Durante a deformação plástica, dois efeitos agem sobre essa força ao mesmo tempo. A área S diminui, o que tende a reduzir F. E o encruamento, o endurecimento do metal pela própria deformação plástica, aumenta σv, o que tende a aumentar F.

No início da deformação plástica, o encruamento é intenso e vence. Se uma região qualquer do corpo de prova afina um pouco mais que as vizinhas, ela também encrua mais, fica mais resistente, e a deformação passa para outra região. O resultado é uma deformação uniforme ao longo de todo o comprimento útil. Só que a taxa de encruamento diminui à medida que a deformação cresce. Chega um ponto em que o ganho de resistência não compensa mais a perda de área: a região que afinar primeiro não fica resistente o bastante para transferir a deformação, continua afinando e concentra todo o alongamento. Esse ponto é a força máxima, e ali nasce o pescoço.

Critério de Considère

O engenheiro francês Armand Considère formalizou esse empate em 1885, num estudo sobre o uso do ferro e do aço em construções. A condição de instabilidade é que a força pare de crescer, dF = 0. Com F = σv·S, a derivada dá:

  1. dF = S·dσv + σv·dS = 0, logo dσv / σv = −dS / S.
  2. Como o volume se conserva (S·L = constante), −dS / S = dL / L, que é o incremento de deformação verdadeira, dεv.
  3. Juntando: dσv / dεv = σv.

Em palavras: a estricção começa quando a inclinação da curva de tensão verdadeira contra deformação verdadeira cai até igualar a própria tensão verdadeira. Antes disso, a inclinação é maior que a tensão e a deformação é estável. Escrita com a deformação de engenharia ε, a mesma condição fica dσv / dε = σv / (1 + ε). Graficamente, é o ponto em que uma reta traçada a partir de ε = −1 tangencia a curva de tensão verdadeira contra ε, a chamada construção de Considère.

Expoente de encruamento n e alongamento uniforme

Muitos metais seguem, no trecho plástico, a lei de Hollomon: σv = K·εvn, em que K é o coeficiente de resistência, em MPa, e n é o expoente de encruamento, adimensional. A derivada é dσv / dεv = n·K·εvn−1. Igualando a K·εvn, como pede o critério de Considère, sobra um resultado simples: a estricção começa na deformação verdadeira εv = n.

Essa deformação no início do pescoço corresponde, em engenharia, ao alongamento uniforme, que a ISO 6892-1 chama de Ag: a extensão plástica na força máxima, em porcentagem. Desprezando a pequena parcela elástica, Ag ≈ (en − 1) × 100, com e = 2,718. Um metal com n alto encrua mais, adia a estricção e distribui melhor a deformação, e é por isso que n é o número mais observado numa chapa para estampagem (veja o ensaio de embutimento). O valor de n é medido pela ASTM E646-16(2024) ou pela ISO 10275:2020.

O gráfico abaixo aplica o critério à lei de Hollomon do aço de baixo carbono recozido do Callister (Tabela 6.4: n = 0,21 e K = 600 MPa). À esquerda, a taxa de encruamento, que começa muito alta e cai, cruza a curva de tensão verdadeira em εv = 0,21, com 432 MPa. À direita, o mesmo instante na curva de engenharia é o ponto mais alto: Rm de 350 MPa com Ag de 23,4 %. O exercício 3 refaz essas contas.

Critério de Considère com a lei de Hollomon do aço de baixo carbono recozido (n = 0,21 e K = 600 MPa): a taxa de encruamento cruza a tensão verdadeira em deformação verdadeira de 0,21 e 432 MPa, que na curva de engenharia é a força máxima, com Rm de 350 MPa e Ag de 23,4 %
Critério de Considère: a estricção começa quando a taxa de encruamento cai até a tensão verdadeira, no ponto de força máxima

O critério tem limites. Ele supõe tração uniaxial, deformação uniforme até a força máxima e material pouco sensível à velocidade de deformação; polímeros e ligas superplásticas fogem desse modelo. E a igualdade εv = n só vale se o trecho plástico seguir de fato a lei de Hollomon, o que nem todo aço faz em toda a faixa de deformação. Metais de alta resistência com pouco encruamento podem ficar instáveis quase logo depois do escoamento, com Ag muito pequeno.

Onde fica a estricção na curva tensão-deformação

No diagrama tensão-deformação de um metal dúctil, a estricção é o trecho que vai do ponto de força máxima até a ruptura, os pontos C e D daquele artigo. Nesse trecho a curva de engenharia desce: a força cai porque a área do pescoço diminui mais depressa do que o material endurece, e o cálculo continua dividindo a força pela área inicial S0. A curva verdadeira, calculada com a área instantânea, continua subindo até a ruptura, porque o material do pescoço segue encruando. O gráfico força contra deslocamento registrado pela máquina tem o mesmo formato da curva de engenharia: o pico é Fm e o trecho descendente é a estricção.

O ponto de força máxima é o limite de resistência à tração, e não o de ruptura: num material dúctil, a ruptura acontece depois, com tensão de engenharia menor. Há uma exceção prevista na ISO 6892-1: num material com escoamento descontínuo e sem encruamento, a força máxima não é definida pela norma. Já o limite de escoamento fica muito antes, no início da deformação plástica, e não tem relação direta com o pescoço.

A norma dá nomes diferentes a cada alongamento ao longo desse trajeto:

  • Ag: extensão plástica na força máxima, o alongamento uniforme.
  • Agt: extensão total na força máxima, com a parcela elástica. Para o aço, Agt ≈ Ag + Rm / E, com E = 200 GPa.
  • At: extensão total no instante da ruptura.
  • A: alongamento após ruptura, medido com as duas partes juntadas e sem a parcela elástica, que se recupera quando o corpo de prova rompe.

A diferença A − Ag é, grosso modo, o alongamento que se concentrou no pescoço. Ag e Agt exigem um extensômetro no corpo de prova durante o ensaio; A e Z são medidos depois, nas peças rompidas.

Coeficiente de estricção Z: fórmula e medição

O coeficiente de estricção compara a menor seção depois da ruptura com a seção inicial. Ele é calculado a partir de duas áreas, e a forma de obtê-las depende da geometria do corpo de prova.

Fórmula para seção redonda e retangular

A definição geral é Z = (S0 − Su) / S0 × 100, com as duas áreas em mm² e Z em porcentagem. Em corpo de prova redondo, a área é proporcional ao quadrado do diâmetro, e a fórmula se simplifica para Z = [1 − (du / d0)²] × 100, em que d0 é o diâmetro inicial e du o menor diâmetro no pescoço. Por causa desse quadrado, a redução de diâmetro é sempre menor que a de área: um diâmetro que cai de 10 mm para 6 mm diminuiu 40 %, mas a área diminuiu 64 %. Em corpo de prova plano, retirado de chapa, a área é o produto da espessura a pela largura b, e Z = (a0·b0 − au·bu) / (a0·b0) × 100, com au e bu medidas na zona estrangulada.

A tabela reúne as três formas e a grandeza derivada que se usa na curva verdadeira, explicada logo adiante:

GrandezaFórmulaObservação
Coeficiente de estricção Z(S0 − Su) / S0 × 100definição da ISO 6892-1
Z em seção redonda[1 − (du / d0)²] × 100du: média de duas leituras a 90°
Z em seção retangular(a0·b0 − au·bu) / (a0·b0) × 100a: espessura; b: largura
Deformação verdadeira na fraturaεv,f = ln[1 / (1 − Z)]Z em fração

Como medir Su pela ISO 6892-1

O Z não sai do sinal da máquina: é medido no corpo de prova rompido, com paquímetro, micrômetro de ponta ou projetor de perfil. A ISO 6892-1 pede:

  1. Juntar com cuidado as duas partes, com os eixos alinhados, sem deslocar as superfícies de fratura durante a leitura.
  2. Em corpo de prova redondo, medir o menor diâmetro em dois planos a 90° e usar a média para calcular Su.
  3. Medir Su com exatidão recomendada de ±2 %. A própria norma avisa que, em diâmetros pequenos ou geometrias não redondas, isso pode não ser possível.
  4. Relatar Z arredondado ao 1 % mais próximo.

A sequência completa do ensaio, com a medição de S0 e do alongamento, está no artigo sobre ductilidade.

Deformação verdadeira na fratura

Como o volume se conserva, a deformação verdadeira no pescoço pode ser tirada das áreas: εv,f = ln(S0 / Su) = ln[1 / (1 − Z)], com Z em fração. Em seção redonda, é o mesmo que 2·ln(d0 / du). Um aço com Z = 64 % chegou a εv,f = ln(1 / 0,36) = 1,02 no pescoço, muito acima da deformação que se lê entre as marcas do comprimento de referência. É esse número que alimenta o último ponto da curva verdadeira, e a razão pela qual Z é mais usado que A em simulação e em modelos de fratura.

Coeficiente de estricção Z e alongamento A

As duas medidas de ductilidade do ensaio de tração respondem a perguntas diferentes. O alongamento após ruptura A soma a deformação uniforme, que é proporcional ao comprimento de referência L0, com a deformação do pescoço, que fica concentrada num trecho curto e quase não depende de L0. Por isso o mesmo material dá valores de A diferentes em L0 = 5,65√S0, em 50 mm ou em 10 diâmetros, e a ISO 6892-1 só permite comparar alongamentos medidos com o mesmo comprimento de referência ou o mesmo coeficiente de proporcionalidade (5,65 é o preferido).

O Z é medido numa seção só, a menor, e depende muito menos do comprimento de referência. Ele descreve a ductilidade local, a que o material mostra onde efetivamente rompe. Na prática, os dois aparecem juntos em certificados; o artigo sobre ductilidade compara A e Z e traz os fatores de conversão de alongamento entre comprimentos de referência.

Valores típicos do coeficiente de estricção por material

O valor de Z muda bastante com a condição de fornecimento do mesmo aço. No 1020, o recozimento e a normalização, que desfazem o encruamento e refinam a microestrutura, dão Z em torno de 66 % a 68 %. A trefilação a frio sobe a resistência para cerca de 420 MPa e o escoamento para cerca de 350 MPa, mas consome parte da ductilidade antes do ensaio: o alongamento cai para cerca de 15 % e Z para cerca de 41 %. Os valores mínimos de norma, como os da ASTM A276 para barras de inox, são requisitos de aceitação e ficam abaixo dos típicos. As duas últimas linhas são de um único corpo de prova, em problemas de livro, e servem como exemplo, não como valor típico.

Material e condiçãoRm (MPa)Z (%)Fonte
Aço 1020 laminado a quente, barra de 19 a 32 mm38050ASM; MatWeb
Aço 1020 trefilado a frio42041ASM (típico)
Aço 1020 recozido a 870 °C39566AZoM (2012)
Aço 1020 normalizado a 870 °C44168ASM
Inox 304, barra recozida de 25,4 mm58570dados ASM (típico)
Inox 304, acabado a quente e recozido (mínimo)≥ 515≥ 50ASTM A276
Inox 304 recozido, vasos de pressão (mínimo)≥ 515≥ 40ASTM A479
Alumínio 6061-T6, um corpo de provan/d56,5Dowling (problema de livro)
Ferro fundido cinzento, um corpo de provan/d1,9Dowling (problema de livro)

Os tratamentos que elevam Z no 1020 estão em recozimento e normalização.

Fratura taça-cone e fratura frágil

A estricção termina numa fratura com forma característica nos metais dúcteis, a taça-cone. Ela começa no centro do pescoço, e não na superfície, porque o afinamento cria ali um estado triaxial de tensões: além da tração axial, aparecem trações radiais e circunferenciais, e a componente hidrostática de tração é máxima no eixo do corpo de prova. Essa triaxialidade facilita a abertura de vazios. A sequência, descrita por Callister e analisada numericamente por Tvergaard e Needleman (1984), tem cinco etapas:

  1. O pescoço se forma e concentra a deformação.
  2. Microvazios nucleiam no centro do pescoço, em geral em inclusões e partículas de segunda fase.
  3. Os vazios crescem e se juntam numa trinca central, plana e perpendicular ao eixo.
  4. A trinca avança rapidamente em direção à superfície.
  5. O anel externo rompe por cisalhamento a cerca de 45° do eixo, que é o plano de máxima tensão de cisalhamento. Uma das partes fica com a borda levantada, a taça, e a outra com o centro saliente, o cone.

O esquema abaixo mostra essas cinco etapas num corte longitudinal do corpo de prova e, no último quadro, a fratura de um material frágil, que rompe com a superfície plana e sem pescoço.

Esquema em seis quadros: estricção, microvazios no centro do pescoço, vazios que se juntam numa trinca central, crescimento da trinca, ruptura final por cisalhamento a 45° formando taça e cone, e fratura plana de um material frágil sem pescoço
Etapas da fratura taça-cone de um metal dúctil e a fratura plana de um material frágil

No material frágil a trinca se propaga antes que haja deformação plástica apreciável, e a fratura é plana, perpendicular à carga. O ferro fundido cinzento é o exemplo clássico: num problema do Dowling, o diâmetro passa de 8,57 mm para 8,49 mm, o que dá Z de apenas 1,9 %. O aspecto da fratura é, portanto, uma leitura rápida do comportamento: taça-cone fosca e fibrosa indica ruptura dúctil, com estricção; superfície plana e brilhante indica ruptura frágil. A energia absorvida até a fratura é tratada em tenacidade, e a passagem de dúctil a frágil com a temperatura, no ensaio de impacto.

Tensão no pescoço e correção de Bridgman

Depois da força máxima, as conversões σv = σ·(1 + ε) e εv = ln(1 + ε), com σ e ε de engenharia, que supõem deformação uniforme, deixam de valer. A tensão verdadeira média no pescoço passa a ser a força dividida pela área mínima medida, σv = F / S. Na fratura, σv,f = Ff / Su, como no exercício 2.

Mesmo essa média superestima a tensão que o material realmente precisa para escoar, por causa da triaxialidade descrita na seção anterior: parte da tensão axial é equilibrada pelas tensões radiais e circunferenciais. P. W. Bridgman propôs em 1952 um fator de correção para corpo de prova redondo:

σ = σmédia / [(1 + 2R/a)·ln(1 + a/(2R))]

em que a é o raio mínimo do pescoço e R o raio de curvatura do perfil do pescoço. Como ilustração, com a/R = 0,5 o denominador vale 5 × ln 1,25 = 1,116, e a tensão média de 658 MPa do exercício 2 cairia para cerca de 590 MPa, uma correção de cerca de 10 %. A correção tem limites práticos: medir R durante o ensaio é difícil, e a fórmula perde exatidão em grandes deformações. Tsuchida e coautores (2011) observaram que, na maioria dos metais estudados, ela só passa a pesar quando a deformação chega a cerca do dobro do alongamento uniforme. A curva verdadeira corrigida é a que se usa em simulação por elementos finitos quando a análise precisa ir além da força máxima.

Estiramento a frio em polímeros

Em muitos termoplásticos semicristalinos, como polietileno, polipropileno, PET e náilon, o pescoço não leva à ruptura imediata. Depois de um pico de escoamento, o pescoço se forma, a força cai e depois se estabiliza, e o pescoço passa a se propagar ao longo do corpo de prova com força aproximadamente constante, até ocupar quase todo o comprimento útil. Esse regime é o estiramento a frio (cold drawing). Só depois que o pescoço percorreu o corpo de prova a força volta a subir, até a ruptura.

O mecanismo é diferente do metálico. Dentro do pescoço, as lamelas cristalinas se fragmentam e as cadeias se alinham na direção da carga, formando microfibrilas orientadas. Esse alinhamento endurece fortemente o material estirado, e a região já estirada fica mais resistente que a vizinha ainda não estirada, que passa a ser a próxima a ceder. A razão entre o comprimento estirado e o original dentro do pescoço estável é a razão natural de estiramento; em polietileno linear estirado a 60 °C e 100 °C, por exemplo, ela foi de 10 (Textile Research Journal, 1971). O valor depende do grau do polímero e da temperatura.

A construção de Considère também explica esse comportamento, desenhada com a tensão verdadeira contra a razão de estiramento λ e a tangente traçada a partir de λ = 0. Se houver duas tangências, o material forma pescoço e depois estira a frio de modo estável; com uma só, forma pescoço e rompe; sem nenhuma, deforma de modo uniforme até romper. O mesmo princípio é usado na indústria para orientar fibras e filmes. Os ensaios seguem a ASTM D638-22 e a ISO 527-1:2019, e o grande alongamento exige extensômetro e curso de máquina compatíveis.

Exercícios resolvidos

Os cinco exercícios seguem a ordem do artigo: cálculo de Z, tensão verdadeira na fratura, início da estricção, comparação de condições do mesmo aço e o contraste entre dúctil, frágil e chapa.

Exercício 1: coeficiente de estricção e deformação verdadeira na fratura

Um corpo de prova cilíndrico de aço carbono com d0 = 10,00 mm rompe com fratura taça-cone. Juntadas as partes, o menor diâmetro medido em dois planos a 90° é 6,05 mm e 5,95 mm. Calcule Z e εv,f.

  1. Diâmetro final: du = (6,05 + 5,95) / 2 = 6,00 mm.
  2. Áreas: S0 = π × 10,00² / 4 = 78,54 mm²; Su = π × 6,00² / 4 = 28,27 mm².
  3. Z = (78,54 − 28,27) / 78,54 × 100 = 64,0 %. Pelo atalho: 1 − (6 / 10)² = 0,64. Arredondado ao 1 %: Z = 64 %.
  4. εv,f = ln(1 / 0,36) = 1,02.

O resultado fica perto do 1020 recozido ou normalizado da tabela (66 % a 68 %). Se o aço tivesse Rm de 395 MPa, como o 1020 recozido, a força máxima seria 395 × 78,54 = 31,0 kN.

Exercício 2: tensão verdadeira na fratura (Callister, exemplo 6.4)

Um aço com d0 = 12,8 mm tem resistência de engenharia na fratura de 460 MPa e diâmetro na fratura de 10,7 mm. Calcule Z e a tensão verdadeira na fratura.

  1. S0 = π × 6,4² = 128,7 mm²; Su = π × 5,35² = 89,9 mm².
  2. Z = (128,7 − 89,9) / 128,7 × 100 = 30 %.
  3. Força na fratura: Ff = 460 × 128,7 = 59.200 N.
  4. σv,f = 59.200 / 89,9 = 658 MPa, cerca de 660 MPa, bem acima dos 460 MPa de engenharia.

Exercício 3: início da estricção pelo critério de Considère

O aço de baixo carbono recozido segue σv = K·εvn, com K = 600 MPa e n = 0,21 (Callister, Tabela 6.4). Estime a deformação no início da estricção, Ag, Agt e Rm.

  1. Considère com Hollomon: εv = n = 0,21.
  2. Deformação de engenharia: ε = e0,21 − 1 = 0,234, com e = 2,718, ou seja, Ag ≈ 23,4 %.
  3. Tensão verdadeira no início do pescoço: σv = 600 × 0,210,21 = 600 × 0,7206 = 432 MPa.
  4. Rm = σv / (1 + ε) = 432 / 1,234 = 350 MPa.
  5. Agt ≈ 23,4 % + 350 / 200.000 × 100 = 23,4 % + 0,2 % = 23,6 %.

Os valores são estimativas do modelo, não medidas. Na prática, n se mede pela ASTM E646 ou pela ISO 10275, e Ag com extensômetro.

Exercício 4: o mesmo aço em duas condições

O aço 1020 laminado a quente tem Z = 50 % e o trefilado a frio, Z = 41 % (tabela acima). Qual suporta mais deformação local antes de romper, e quanto?

  1. Laminado: εv,f = ln[1 / (1 − 0,50)] = ln 2,000 = 0,693.
  2. Trefilado: εv,f = ln[1 / (1 − 0,41)] = ln 1,695 = 0,528.
  3. Razão: 0,693 / 0,528 = 1,31.

O laminado suporta cerca de 31 % mais deformação verdadeira local. O trefilado já consumiu parte da ductilidade no encruamento da trefilação, o que é coerente com o Rm maior (420 contra 380 MPa).

Exercício 5: dúctil, frágil e seção retangular

Três casos rápidos. Os dois primeiros usam dados de problemas do Dowling; o terceiro é uma chapa hipotética.

  1. Alumínio 6061-T6, de 9,48 mm para 6,25 mm: Z = 1 − (6,25 / 9,48)² = 1 − 0,4347 = 56,5 %.
  2. Ferro fundido cinzento, de 8,57 mm para 8,49 mm: Z = 1 − (8,49 / 8,57)² = 1 − 0,9814 = 1,9 %, com fratura plana e sem pescoço visível.
  3. Chapa com a0 = 2,00 mm e b0 = 12,5 mm, e au = 1,40 mm e bu = 10,0 mm no estrangulamento: S0 = 25,0 mm², Su = 14,0 mm² e Z = 11,0 / 25,0 = 44 %.

Erros comuns sobre a estricção

Seis confusões aparecem com frequência em textos e relatórios sobre o assunto:

  1. Chamar de estricção qualquer redução de seção. A contração elástica de Poisson e a redução plástica uniforme acontecem antes; a estricção é a redução localizada que começa na força máxima.
  2. Medir a estricção pelo alongamento. O alongamento A mede o comprimento; a estricção se mede pela área, com Z.
  3. Tratar a estricção como indicador de resistência. Ela indica ductilidade local. Resistência é o Rm e o limite de escoamento.
  4. Dizer que, no pescoço, o material não suporta mais tensão. A força cai, mas a tensão verdadeira no pescoço continua subindo até a ruptura. Nos polímeros, o pescoço pode ainda se propagar de forma estável por grandes deformações.
  5. Usar a redução de diâmetro no lugar da redução de área. Um diâmetro 40 % menor corresponde a Z de 64 %, e a norma usa a área.
  6. Chamar a estricção de deformação elástica. O pescoço é deformação plástica, permanente; a peça rompida guarda o afinamento.

Normas do coeficiente de estricção

A definição de Z e o procedimento de medição vêm das normas de tração de metais; o expoente n, que prevê o início da estricção, e a tração de plásticos têm normas próprias. A tabela reúne as citadas neste artigo:

NormaO que trataEdição
ABNT NBR ISO 6892-1tração de metais em temperatura ambiente; definição e medição de Z, Ag, Agt e A2024
ISO 6892-1tração de metais em temperatura ambiente2019
ASTM E8/E8Mtração de metais, incluindo a redução de áreaE8/E8M-25
ASTM A370ensaios mecânicos de produtos de açoA370-26
ASTM E646expoente de encruamento n de chapas metálicasE646-16(2024)
ISO 10275expoente de encruamento n de chapas e tiras2020
ASTM A276 e ASTM A479barras de aço inoxidável, com Z mínimo como requisitonão indicada
ASTM D638tração de plásticosD638-22
ISO 527-1tração de plásticos, princípios gerais2019

Máquina para o ensaio que mede a estricção

Para medir a estricção, a máquina precisa tracionar o corpo de prova até a ruptura com velocidade controlada, registrar a força máxima, que marca o início do pescoço, e, com extensômetro, medir Ag e Agt nesse ponto. O Z é medido depois, nas partes juntadas. A máquina universal Biopdi da linha M2 é eletromecânica, com modelos de coluna simples, de 200 N a 10 kN, e de coluna dupla, de 5 kN a 1.000 kN, extensômetros e o software BioLab. O painel abaixo mostra a máquina, o papel de cada parte nesse ensaio e as garras usadas.

A máquina universal no ensaio de tração

A linha M2 tem modelos de coluna simples, de 200 N a 10 kN, e de coluna dupla, de 5 kN a 1.000 kN. Cada parte da máquina tem uma função no ensaio que termina na estricção:

Máquinas universais de ensaios M2 da Biopdi de coluna simples (MBIOI-10-M2, 10 kN) e coluna dupla (MBIOII-50-M2, 50 kN)
  1. Travessa móvel traciona o corpo de prova até a ruptura, na velocidade da norma
  2. Célula de carga mede a força e registra Fm, o início do pescoço
  3. Garras de cunha, pneumáticas, para roscados ou fios
  4. Extensômetro mede a extensão no trecho L0, para Ag e Agt
  5. Software BioLab traça a curva e calcula Rm e os alongamentos
  6. Painel e emergência posiciona e para o ensaio

Dispositivos para o ensaio de tração

Os dispositivos abaixo são montados na mesma máquina, conforme o corpo de prova e a norma:

Garra cunha Biopdi para ensaio de traçãoGarra cunha5, 20 e 200 kN
Garra cunha pneumática BiopdiGarra cunha pneumática50 e 200 kN
Garra Biopdi para corpos de prova roscados e parafusosGarra para roscadosparafusos e corpos de prova roscados

A capacidade acompanha o material. Para barras de aço como a do exercício 1, com força máxima de cerca de 31 kN, a faixa é a da máquina de coluna dupla de 5 a 50 kN (MBIOII-50-M2); vergalhões, perfis e cabos pedem a de 100 a 200 kN (MBIOII-200-M2). Para polímeros com estiramento a frio, em que o pescoço percorre todo o corpo de prova, a coluna simples estendida dá o curso necessário. O relatório do software BioLab reúne a curva e os resultados do ensaio. As demais capacidades estão na página da máquina universal de ensaios.

Outros ensaios e referências técnicas

Perguntas frequentes

O que é estricção no ensaio de tração?

É a redução localizada da seção transversal do corpo de prova, o pescoço, que começa quando a força atinge o máximo (Rm) e se concentra até a ruptura. Aparece em materiais dúcteis e é medida pelo coeficiente de estricção Z, definido na ISO 6892-1.

Estricção e empescoçamento são a mesma coisa?

Sim. Empescoçamento e formação de pescoço traduzem o inglês necking, e estricção nomeia o fenômeno e também a sua medida, Z. Nos polímeros, a propagação estável do pescoço recebe o nome de estiramento a frio.

Como calcular o coeficiente de estricção Z?

Z = (S0 − Su) / S0 × 100, com S0 a área inicial e Su a menor área após a ruptura. Em corpo de prova redondo, Z = [1 − (du / d0)²] × 100. Um diâmetro que passa de 10 mm para 6 mm dá Z = 64 %.

Em que ponto da curva começa a estricção?

Na força máxima, que define o limite de resistência Rm. Depois dele a curva de engenharia cai, mas a curva de tensão verdadeira continua subindo, porque o material do pescoço ainda encrua.

Por que a estricção acontece?

Porque o encruamento deixa de compensar a perda de área. Pelo critério de Considère (1885), o pescoço começa quando dσv/dεv = σv. Num material que segue a lei de Hollomon, σ = K·εⁿ, isso ocorre na deformação verdadeira igual a n.

Qual a diferença entre coeficiente de estricção e alongamento?

O alongamento A mede o aumento do comprimento de referência e depende dele. O Z mede a menor seção e depende muito menos do comprimento de referência. Por isso alongamentos só se comparam com o mesmo comprimento de referência.

Qual é o valor típico de Z do aço?

Depende da condição. No aço 1020, cerca de 50 % laminado a quente, 66 % recozido, 68 % normalizado e 41 % trefilado a frio. O inox 304 recozido fica em torno de 70 %, com mínimo de 50 % pela ASTM A276 no acabado a quente e recozido.

Ferro fundido tem estricção?

Praticamente não. O ferro fundido cinzento rompe com fratura plana e redução de área de cerca de 2 %: num problema do Dowling, o diâmetro passa de 8,57 mm para 8,49 mm, o que dá Z de 1,9 %.

O que é fratura taça-cone?

É a fratura típica de metal dúctil depois da estricção. Microvazios nucleiam no centro do pescoço, juntam-se numa trinca plana e a ruptura termina por cisalhamento a cerca de 45°, deixando uma taça numa das partes e um cone na outra.

Como se mede Su pela norma?

Juntam-se as duas partes com os eixos alinhados, mede-se o menor diâmetro em dois planos a 90° e usa-se a média. A ISO 6892-1 recomenda exatidão de ±2 % em Su e resultado de Z arredondado ao 1 %.

O que é a correção de Bridgman?

É um fator que desconta o estado triaxial de tensões no pescoço: σ = σmédia / [(1 + 2R/a)·ln(1 + a/2R)], com a o raio mínimo e R o raio de curvatura do pescoço. Foi proposta por Bridgman em 1952 e perde exatidão em grandes deformações.

Por que o pescoço do plástico se propaga em vez de romper?

Em muitos polímeros semicristalinos, as cadeias se alinham dentro do pescoço e o material estirado endurece. O pescoço se estabiliza e avança ao longo do corpo de prova com força quase constante: é o estiramento a frio.