Ensaio de Tração

O ensaio de tração consiste na aplicação de uma força de tração axial num corpo de prova padronizado, promovendo a deformação do material na direção do esforço, que tende a alongá-lo até fraturar (Figura 1). Devido à facilidade de execução e reprodutibilidade dos resultados, este ensaio é amplamente utilizado. Além disso, através da medição da força e do alongamento a cada instante do ensaio é possível construir um gráfico tensão-deformação, a interpretação correta desse gráfico fornece importantes propriedades mecânicas do material. Entre essas propriedades, vale ressaltar o módulo elástico, alongamento, tensão de escoamento, limite de resistência à tração e tensão de ruptura, além de possibilitar a comparação entre ductilidade e fragilidade entre os materiais.

Ensaio de traçãoFigura 1: Representação de um ensaio de tração

 Equipamento para ensaio de tração

O ensaio de tração pode ser realizado em uma máquina universal de ensaio, que permite realizar diversos tipos de ensaios mecânicos. Essas máquinas utilizadas para o ensaio podem ser hidráulicas ou eletromecânicas, sendo que, a eletromecânica é baseada em um motor elétrico que permite maior controle sobre variação de velocidade e deslocamento do cabeçote. As garras garantem a fixação e o alinhamento axial dos corpos de prova, os sistemas de fixação mais comuns são cunha, flange ou rosca. Para traçar a curva tensão-deformação, a força aplicada é medida instantaneamente utilizando um dinamômetro ou uma célula de carga, enquanto o alongamento resultado do corpo de prova é medido através de extensômetros. O controle dos parâmetros e os resultados do ensaio são realizados por um computador conectado a máquina.

Corpo de Prova (CP)

O comprimento e formato do corpo de prova, a velocidade de aplicação da carga e as imprecisões dos ensaios afetam os resultados obtidos, a fim de tornar os ensaios reprodutíveis, normas técnicas que garantem a padronização das dimensões e formatos dos corpos de prova são utilizadas, como ASTM E8M e ABNT MB-4. A forma e dimensões do CP variam de acordo com a rigidez do material ensaiado, com a capacidade da máquina e com a geometria do produto acabado de onde foi retirado, de modo a garantir que ocorra a fratura na região útil do CP para validar o ensaio.

As propriedades mecânicas do material são medidas na parte útil do CP e as regiões extremas que são fixadas nas garras da máquina, são conhecidas como cabeça. Em geral, corpos de prova apresentam seção transversal circular (Figura 2) quando produzidos por fundição ou torneados a partir de um produto acabado cilíndrico, mas também, podem apresentar seção transversal retangular (Figura 2) quando retirados de chapas, nesse caso, deve-se atentar para a direção que o corpo de prova será retirado, pois chapas laminadas apresentam propriedades mecânicas anisotrópicas. Assim, em função do CP é possível retirar informações tanto do comportamento mecânico do material, quanto do processo de fabricação, como laminação, injeção, fundição ou de juntas soldadas.

corpo de prova para ensaio de traçãoFigura 2: Corpos de prova para ensaio de tração segundo norma técnica

Gráfico de tensão-deformação do ensaio de tração

Considerando um ensaio típico para aços baixo carbono (Figura 3), inicialmente, ocorre deformação elástica (a), ou seja, a tensão e deformação tendem a aumentar linearmente e quando a carga é retirada o corpo poderia relaxar as tensões e retomar à sua forma original, dessa região do gráfico é possível obter-se o módulo de elasticidade do material, que é proporcional a rigidez do material. Prosseguindo o ensaio, há um ponto em que o corpo entra no regime plástico de deformação, esse ponto é denominado limite de escoamento, isto é, o alongamento é permanente e a relação tensão e deformação não em grande parte dos casos, são lineares (b). Em seguida, o corpo deforma-se até que a tensão limite de resistência seja atingida, onde se inicia a estricção (c). Por fim, o ensaio segue até a ruptura do corpo (d).

gráfico tensão deformação para ensaio de traçãoFigura 3: Gráfico de Tensão-deformação de um ensaio típico de tração de aço de baixo carbono

Além das propriedades mecânicas, através da curva é possível avaliar a resiliência e tenacidade de um material, em outras palavras, a capacidade de um material absorver energia no regime elástico e plástico, respectivamente. Ainda, através da análise macroscópica da fratura, do perfil das regiões do gráfico e das normas técnicas é possível classificar um material em dúctil ou frágil. Materiais dúcteis tendem a apresentar grande deformação plástica (Figura 4b), ocorrendo estricção no CP durante o ensaio, esse é o caso do cobre, aços baixo carbono ou da maioria dos polímeros. No caso de materiais frágeis, ocorre pouca ou nenhuma deformação plástica (Figura 4c), pois o material armazena toda a energia aplicada para deformá-lo e fratura catastroficamente, por exemplo, isso ocorre com ferro fundido cinzento, aço temperado e materiais cerâmicos.

Gráfico tensão-deformação do aço, cobre e ferro fundidoFigura 4: Ensaios de tração típicos para a) aço baixo carbono, b) cobre e c) ferro fundido cinzento

De maneira geral, o ensaio de tração não é o ideal para materiais cerâmicos, devido à dificuldade de se produzir um corpo de prova sem poros ou trincas, as tensões resultantes do ensaio são subestimadas, pois materiais cerâmicos são altamente sensíveis a defeitos. Considerando os polímeros, o ensaio é sensível aos parâmetros estruturais e externos, por isso, existem curvas típicas para três grupos de polímeros: frágeis, plásticos e elastoméricos (Figura 5), observa-se que o comportamento dos polímeros difere dos metais, principalmente devido aos mecanismos de deformação. As principais normas utilizadas nesse caso são ASTM D638 e ISSO 527-1.

Ensaio de tração de polímerosFigura 5: Ensaio de tração de polímeros

 

VEJA OUTROS TIPOS DE ENSAIOS:


 

Ensaio de compressão

O ensaio de compressão consiste na aplicação uniaxial de carga compressiva em um corpo de prova. Os resultados obtidos nesse ensaio consistem na relação entre a deformação linear, obtida pela medida da distância entre as placas que comprimem o corpo de prova, em função da carga de compressão aplicada em cada instante. saiba mais..

Ensaio de flexão

O ensaio de flexão consiste na aplicação de uma carga crescente em determinados pontos de uma barra bi apoiada, em geral, os ensaios ocorrem em três ou quatro pontos. Simultaneamente, durante o ensaio são monitoradas a carga aplicada e a deflexão da barra, o ensaio de flexão é caracterizado por trabalhar apenas no regime elástico de deformação. Saiba mais..

Ensaio de cisalhamento

O ensaio de cisalhamento consiste na aplicação de uma força perpendicular ao eixo longitudinal do corpo, esta força aplicada no plano da seção transversal é chamada de cortante. Reagindo a esta força, o material desenvolve em sua seção transversal uma resistência ao cisalhamento, é exatamente essa resistência, que pode ser determinada através do presente ensaio. Saiba mas..

Ensaio de dobramento

O ensaio de dobramento consiste em dobrar um corpo de prova, isto é, a deformação é predominantemente plástica e o material é dúctil, utiliza-se uma barra de seção transversal constante, que pode ser circular, retangular ou tubular, assentado em dois apoios afastados a uma distância especificada em função das dimensões do corpo de prova. Saiba mais..

Ensaio de embutimento

O ensaio de embutimento avalia a estampabilidade de materiais, relacionando propriedades mecânicas e estruturais da peça com as máximas deformações possíveis de ser realizadas sem que ocorra ruptura, esse ensaio segue as normas ASTM E643-84, NBR5902 e ISO 20482. Saiba mais..

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