Ensaio De Tração

INTRODUÇÃO

OBJETIVOS

Determinar a Tensão de Escoamento (σ_y) do Aço;

Determinar a Tensão Máxima Aplicada (σ_u);

Determinar o Módulo de Elasticidade (E);

Determinar a Deformação Plástica Máxima (ε_p);

MATERIAIS E MÉTODOS

MATERIAIS UTILIZADOS

Paquímetro: utilizado para determinar dimensões, com uma escala milimétrica graduada.

Barra de aço CA-50 de 12,5mm de diâmetro;

Máquina para uniformização: utilizada para uniformizar e reduzir a textura corrugada da barra metálica, otimizando a aderência dos equipamentos para o ensaio.

Máquina de ensaio Universal: máquina hidráulica onde é realizado o ensaio de tração, fixando-se as extremidades e aplicando uma força axial de tração na barra de aço, aumentando o comprimento do corpo de prova. A medida de força apresentada pela máquina é Quilograma-força (Kgf), mediados por meio de um mostrador analógico. A máquina também dispõe de um dispositivo capaz de gerar o gráfico tensão x deformação.

Extensômetro analógico: medidor analógico da quantidade de variação de comprimento da barra de aço no sentido vertical. Sensibilidade de 1μmm. A sua utilização restringe-se apenas à fase de deformação elástica, uma vez que ao decorrer do ensaio, passada esta fase, o corpo de prova seria levado à ruptura, o que poderia causar danos irreversíveis ao medidor.

Relógio Comparador:

EQUAÇÕES

Tensão de Ruptura

σ_u= F/A_0 (1)

Tensão de Escoamento

σ_y= F_y/A_0 (2)

Módulo de Elasticidade

E=σ/ε (3)

Deformação

ε=∆L/L (4)

Área do círculo

A=(1/4)πd^2 (5)

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para o ensaio, foi utilizada uma barra de aço de diâmetro determinado de 12,5mm. Foram traçadas marcações auxiliares com distanciamento de 20 mm ao longo do comprimento do corpo da barra, afim de posteriormente serem analisadas as alterações de comprimento devido aos esforços de tração a ser ensaiados.

Para melhor aderência nos equipamentos do ensaio (extensômetro e máquina universal), foi utilizada uma máquina para uniformização e redução da textura corrugada característica da barra industrial a ser trabalhada.

Um extensômetro foi anexado ao corpo de prova, com distanciamento de 100 mm entre eixos do equipamento. Um relógio comparador foi anexado ao extensômetro para aferir precisamente a variação da distância entre estes eixos.

Tendo em vista que os equipamentos e medidores utilizados são analógicos, necessitou-se de uma atenção especial para obtenção de resultados, assim, foi necessário um assistente para ajuste manual e conferência do relógio comparador do extensômetro anexado à barra de aço.

Devidamente ajustados os itens antes descritos e estando estes fixados à Máquina de Tração, e calibragem da mesma, houve o início do teste. Foram estabelecidas que as cargas aplicadas e as respectivas medições de variação de comprimento do aço seriam realizadas a cada acréscimo de 500 Kgf.

O cessar da fase elástica do material em estudo foi anunciado pelo operador, através da análise gráfica produzida por um dispositivo da própria máquina e com uma momentânea ausência de variação de comprimento, deixando de apresentar o caráter de proporcionalidade da fase elástica. A carga de escoamento registrada foi de 6860 Kgf.

Ao atingir a fase de escoamento, o extensômetro é retirado da barra metálica, para que o ensaio possa prosseguir até o ponto de ruptura, evitando que, ao rompimento da barra, o extensômetro sofresse danos. Portanto, os dados obtidos para este experimento são respectivos à fase elástica do material.

A ruptura do material ocorreu com carga de 8000 Kgf. A análise da deformação plástica do material pôde ser visualizada com a variação de comprimento dos intervalos de marcações feitas na barra metálica, variando de seu comprimento inicial de 20 mm para 21,9mm.

Com base nos dados obtidos, foi possível determinar os parâmetros necessários para estudo, como os valores de Tensão, Deformação e Módulo de Elasticidade do material.

RESULTADOS OBTIDOS

Os resultados coletados durantes o experimento foram dispostos em tabelas.

As Tabelas 1 e 2 dispõem os valores de variação de comprimento, deformação, tensão e módulo de elasticidade, obtidos durante o ensaio. Cada valor foi obtido após nove variações de cargas de 500 kgf, sendo a carga inicial igual a zero.

A Tabela 1, organiza os valores de tensão e deformação usados para traçar o Gráfico 1.

ENSAIO DE TRAÇÃO EM BARRA DE AÇO CA-50

Distância entre eixos do extensômetro(mm) 100

Força(Kgf) ∆l(x10‐³) Diâmetro(mm) Área(mm²) ε(mm/mm) σ(MPa) E(Mpa)

0 0 12,25 117,8 0 0 0

500 10 12,25 117,8 0,0001 41,64 416387

1000 21 12,25 117,8 0,00021 83,28 396559,1

1500 32 12,25 117,8 0,00032 124,92 390362,8

2000 44 12,25 117,8 0,00044 166,55 378533,6

2500 58 12,25 117,8 0,00058 208,19 358954,3

3000 73 12,25 117,8 0,00073 249,83 342235,9

3500 87 12,25 117,8 0,00087 291,47 335024

4000 102 12,25 117,8 0,00102 333,11 326578,1

4500 112 12,25 117,8 0,00112 374,75 334596,7

MÉDIA 364359,1

TABELA 1 – Deformação, Tensão, Módulo de Elasticidade.

Após manipulação dos dados da Tabela 1, usando as equações do item 3.2, obtemos os valores da força necessária para o escoamento 〖(F〗_y); força necessária para ruptura 〖(F〗_u); tensão de escoamento (σ_y); tensão de ruptura 〖(σ〗_u); módulo de elasticidade (ε); comprimento inicial (l_0) e comprimento final (l_f).Cada valor foi disposto na Tabela 2.

Fy(Kgf) Fu(Kgf) σy(Mpa) σu(Mpa) l0(mm) lf(mm) ε(mm/mm) Relação% (σu/σy)

6500 8300 541,30 691,20 20 23 0,15 127,69

TABELA 2 - Força e tensão de escoamento, ruptura, deformação.

GRÁFICO 1 - Diagrama Tensão x Deformação.

Por meio de um dispositivo componente da máquina hidráulica universal, responsável pelo carregamento axial de tração deste ensaio, foi possível obter um gráfico de tensão x deformação para todo o ensaio, abrangendo desde o comportamento elástico da barra de aço, até o ponto de ruptura.

FIGURA 1 - Gráfico tensão x deformação do primeiro ensaio. Gerado pela Máquina Universal.

CONCLUSÃO

Os ensaios realizados permitiram determinar os valores de tensão de ruptura ou tensão máxima, tensão de escoamento, módulo de elasticidade, deformação Plástica e, também, obter os gráficos tensão x deformação, na fase elástica.

Ao comparar os resultados do ensaio para o item módulo de elasticidade pudemos observar os mesmos valores divergentes obtidos por manipulação algébrica dos dados da tabela 1, como pelo cálculo do coeficiente angular do gráfico 1.

A função obtida (Gráfico 1), mostra o comportamento do material na fase elástica. Devido à imprecisões geradas pelo equipamento de medição, houve diferenças entre este diagrama e o gráfico gerado pela máquina universal (FIGURA 1), onde observamos um comportamento linear, enquanto que o no gráfico 1 notamos uma leve divergência da função esperada.

O valor de módulo de elasticidade encontrado superou o valor esperado para o aço, que segundo a ABNT NBR 8800, o módulo de elasticidade longitudinal é de 200.000 MPa ou 200 GPa. Tal diferença pode ser explicada devido à imprecisão dos equipamentos de medição necessários para determinação de tal parâmetro, mas que para fins didáticos foi de grande proveito.

A NBR 7480/96 diz que a tensão de ruptura deve superar em 10% o valor da tensão de escoamento, o que de fato foi verificado no ensaio onde essa diferença percentual superou 27%, a mesma NBR estabelece que a tensão de escoamento seja de 500 MPa, a tensão encontrada no ensaio foi de 541,30 MPa, esta diferença é devida à imprecisão do equipamento analógico, e ao desgaste do mesmo.

APÊNDICE

FIGURA 3 - a) Barra de aço CA-50 10mm. b) Máquina de marcação.

FIGURA 4 - a) Máquina para uniformização. b) Máquina Universal.