A resistência de um material depende de sua capacidade de suportar uma carga sem deformação excessiva ou ruptura

Propriedades dos Materiais

 A resistência de um material depende de sua capacidade de suportar uma carga sem deformação excessiva ou ruptura.

Essa propriedade é inerente ao próprio material e deve ser determinada por métodos experimentais, como o ensaio de tração ou compressão. Uma máquina de teste é projetada para ler a carga exigida para manter a taxa de alongamento uniforme ate a ruptura

Cada material possui características próprias: o ferro fundido é duro e frágil, o aço é bastante resistente, o vidro é transparente e frágil, o plástico é impermeável, a borracha é elástica, o tecido é bom isolante térmico, etc. Dureza, fragilidade, resistência, impermeabilidade, elasticidade, condução de calor, são exemplos propriedades próprias de cada material. as propriedades dos materiais estão relacionadas à natureza das ligações que existem entre os átomos, seja ele metálico ou não-metálico. As propriedades dos materiais podem ser reunidas em dois grupos: propriedades físicas e propriedades químicas.

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Diagrama tensão deformação de cisalhamento

Diagrama tensão–deformação convencional

 A tensão nominal, ou tensão de engenharia, é determinada pela divisão da carga aplicada P pela área original da seção transversal do corpo de prova, A 0 .  A deformação nominal, ou deformação de engenharia, é determinada pela divisão da variação δ no comprimento de referência do corpo de prova, pelo comprimento de referência a original do corpo de prova, L 0 . A0 P σ = L0 δ

Endurecimento por deformação. Quando o escoamento tiver terminado, pode-se aplicar uma carga adicional ao corpo de prova, o que resulta em uma curva que cresce continuamente, mas torna-se mais achatada até atingir uma tensão máxima denominada limite de resistência.  Estricção. No limite de resistência, a área da seção transversal começa a diminuir em uma região localizada do corpo de prova.  O corpo de prova quebra quando atinge a tensão de ruptura.

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Diagrama tensão–deformação real

 Os valores da tensão e da deformação calculados por essas medições são denominados tensão real e deformação real. A maioria dos projetos de engenharia são feitos para que as peças trabalhem dentro da faixa elástica

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Energia de Deformação

Na mecânica, uma força realiza trabalho quando sofre um deslocamento dx na mesma direção dela. Por exemplo, ao calcular o trabalho realizado por uma força axial aplicada na extremidade da barra.

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Como a força N aumenta gradualmente de 0 até P, o deslocamento varia de 0 até L. Se o material comportar-se de maneira linear-elástica, a força será diretamente proporcional ao deslocamento, ou seja: Nx = K ⋅ x onde K = constante.

Pela Lei de Hooke

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Projeção de componentes

Falha de componentes devido a fluência

Creep (Fluência) ν 

É a deformação plástica que ocorre num material, sob tensão constante ou quase constante, em função do tempo ν A temperatura tem um papel importantíssimo nesse fenômeno ν Ocorre devido à movimentação de falhas ν Limita o tempo de vida de um determinado componente ou estrutura

Exemplo: A fluência é a capacidade que um metal tem de alterar o seu tamanho e a sua resistência mecânica ao longo do tempo quando apenas sujeito à uma força constante e uma temperatura de 40% da sua temperatura de fusão (TF). ν É importante para se projetar peças que resistam à uma alta força, como turbinas, pontes metálicas e gruas

Objetivo: determinar a vida útil do material nas condições de carga constante, durante um período de tempo e sob temperaturas elevadas ν Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos resultados, devido ao longo tempo de ensaio ν Ocorre em todos os materiais, e no caso de metais, é afetada por valores de T > 0,4 TF ν Corpos de Prova: similares aos do ensaio de tração

Fluência

Para componentes que operam a temperatura elevadas temos a presença de outros mecanismos de falha, que se tornam operantes a temperaturas da ordem de 0,35 a 0,70 TF e superiores, sendo TF a temperatura absoluta de fusão do material. Nestas temperaturas novos mecanismos de deformação podem se tornar ativos. Estes mecanismos passam a provocar no material uma deformação irreversível que cresce de forma constante com o tempo, mesmo que o carregamento seja mantido constante. A velocidade com que a deformação ocorre depende tanto da temperatura a que o material está submetido como do nível de tensão aplicada. Outro fator a considerar é o efeito de uma exposição prolongada à alta temperatura sobre a estabilidade metalúrgica, ou seja, metais encruados irão recristalizar e sofrer um crescimento de grão, enquanto que as ligas endurecidas por precipitação podem sofrer um super envelhecimento e perder resistência devido ao crescimento das partículas de segunda fase. Outro problema é a oxidação, que se torna sensivelmente mais ativa a altas temperaturas. Em uma análise mais detalhada a fluência pode levar a dois modos de falha, um por deformação excessiva da estrutura e outro por ruptura do material. Neste último caso uma técnica muito usada é pela definição do chamado parâmetro de Larson-Miller.