Introdução aos Ensaios dos Materiais

Introdução aos Ensaios dos Materiais – Prof. Carlos Alexandre dos Santos
INTRODUÇÃO AOS ENSAIOS
DOS MATERIAIS
Todo projeto de um componente mecânico, ou mais amplamente, qualquer projeto de
engenharia, requer um amplo conhecimento das características, propriedades e comportamento
dos materiais disponíveis para sua viabilização. Os critérios de especificação ou escolha de
materiais impõem métodos normalizados para a realização dos ensaios, que objetivam levantar as
propriedades mecânicas e seu comportamento sob determinadas condições de esforços. Essa
normalização é fundamental para que se estabeleça uma linguagem comum entre fornecedores e
usuários dos materiais, já que é prática comum a realização de ensaios de recebimento dos
materiais encomendados, a partir de uma amostragem estatística representativa do volume
recebido.
A Figura 3.1 mostra a classificação geral dos processos de conformação dos metais,
segundo seus critérios básicos, seja aplicação de tensões ou aplicação de temperaturas.
Processos Mecânicos
Aplicação de Tensões
()
Processos Metalúrgicos
Aplicação de Temperaturas
(T)
Conformação por
Deformação Plástica
(  < ruptura )
Forjamento
Extrusão
Laminação
Trefilação
Conformação por
Usinagem de Corte
(  > ruptura )
Torneamento
Fresagem
Plainamento
Retificação
Conformação por
Solidificação
( T > Tfusão )
Fundição
Lingotamento
Soldagem
Conformação por
Sinterização
( T < Tfusão )
Metalurgia
do Pó
Figura 3.1 - Quadro geral de classificação dos processos de conformação
dos metais [Segundo Campos, 1978].
O comportamento mecânico de qualquer material utilizado em engenharia é função de sua
estrutura interna e de sua aplicação em projeto. As relações existentes entre as diferentes
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características que influenciam no desempenho de determinado componente e a parte da ciência
que estuda tais relações podem ser vistas na Figura 3.2.
Estrutura Interna
do Material
Comportamento
Mecânico
Metalurgia
Mecânica
Comportamento
Estrutural / Projeto
Figura 3.2 – Relação entre características dos materiais e seu comportamento mecânico.
Vê-se pela Figura 3.3, que os processos que se encarregam de dar forma à matéria-prima,
dependem da estrutura interna apresentada antes de cada etapa de processamento, o que
progressivamente vai alterando a forma e a estrutura do material, implicando em propriedades
particulares. No final do processo de fabricação, o componente terá um conjunto de propriedades
decorrentes das características originais da matéria-prima, devidamente modificadas durante os
processos, e que devem coincidir com as especificações finais de projeto.
Metal
Líquid
o
Estrutura Metalográfica Inicial
( estrutura bruta de fusão )
Passo 1
Processo 1
Forma 1
Estrutura 1
Processo 2
Forma 2
Estrutura 2
Passo 2
Produto Acabado
Forma, estrutura e
propriedades finais
especificadas pelo
projeto base.
Passo Final
Processo
Final
Forma
Final
Estrutura
Final
Especificações de Projeto
Figura 3.3 - Esquema representativo do caminho de fabricação de uma peça desde a matériaprima (metal líquido) até o produto final.
O fluxograma apresentado na Figura 3.4 mostra alguns processos envolvidos nos
diferentes caminhos de fabricação de uma peça, desde a matéria-prima metálica até o produto
acabado.
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Matéria-Prima
Metálica
Sinterização
Fusão
Solidificação
Solidificação
Metalurgia do Pó
Fundição
Convencional
Não Convencionais
Lingotamento
Não Convencionais
Estático
Compactação
Dinâmica Líquida,
Refusão por Laser,
Contínuo
Placas e Tarugos
Chapas e Tiras
Produto Semi
Acabado
Fusão/Solidificação
Tratamentos Superfíciais
Corte/Rebarbação
Usinagem
Soldagem
Produto
Acabado
Figura 3.4 - Fluxograma representativo dos caminhos de fabricação de uma peça metálica.
As características que o material especificado deve atender podem ser divididas em duas
categorias:
 Características de Processamento  referem-se às propriedades físicas da matéria-prima, como
função dos processos de fabricação envolvidos na manufatura do produto final.
 Características de Aplicação  referem-se às propriedades físicas desejadas no produto
acabado, como função direta de sua utilização e comportamento estrutural.

Exemplo 1.1:
Tomando-se como referência a fabricação de um eixo de transmissão (Figura 3.5), a
seqüência operacional, a partir do tarugo de aço obtido pelo vazamento do metal líquido num
molde, deve ser a seguinte:
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Matéria-Prima
“Tarugo de Aço”
Processo 01
“Forjamento”
Processo 02
“Usinagem”
Processo 03
“Tratamentos Térmicos e
Termoquímicos”
Objetivos:
Dar uma pré-forma ao eixo e
componentes através de
conformação plástica
Objetivos:
Conferir dimensões finais e
acabamento superficial por
processos de retirada de excesso de
materiais
Objetivos:
Melhorar ou adequar localmente
as propriedades mecânicas do
produto acabado ou componente
Figura 3.5 - Fluxograma representativo dos processos envolvidos na fabricação de uma peça
metálica.
Para o exemplo em questão, as características que o material especificado deve atender
são:
 Características de processamento
Forjabilidade: facilidade de preenchimento da matriz;
Usinabilidade: adequadas condições de corte;
Suscetibilidade a tratamentos: o material deve apresentar condições de modificação
estrutural através de tratamentos térmicos e superficiais;
 Características de aplicação
Resistência mecânica: o eixo acabado deve apresentar a resistência especificada no
projeto;
Resistência ao desgaste: as partes responsáveis pela transmissão de movimento, no
caso os dentes de engrenagens, devem apresentar determinado nível de dureza para evitar
desgaste prematuro;
Ductilidade: a possibilidade do eixo sofrer impactos durante o funcionamento exige que
seu núcleo não seja frágil.

Na seqüência de fabricação apresentada, os ensaios do material de referência são
imprescindíveis nas seguintes etapas:
 No recebimento de material do fornecedor: análise química da composição do material
encomendado, resistência mecânica e dureza.
 Na peça acabada: resistência mecânica, microestrutura e dureza, que devem estar compatíveis
com a faixa de aceitação exigida pelo projeto. Peças fora de especificação devem ser rejeitadas e,
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acima de um certo percentual, deve exigir ajustes nas etapas de fabricação para diminuir o índice
de rejeição.
1.1 - Propriedades Mecânicas
Os ensaios mecânicos permitem a determinação de propriedades mecânicas, que se
referem ao comportamento do material quando sob a ação de esforços, e são expressas em
função de tensões e/ou deformações[Apêndice
A]
. Tensões representam a resposta interna aos
esforços externos atuantes sobre uma certa área em um corpo. Entre as principais propriedades
dos materiais obtidas por ensaio, podem-se citar:
Resistência: Representada por tensões, definidas em condições particulares .
Elasticidade: Propriedade do material, pela qual a deformação que ocorre em função da aplicação
de tensão desaparece quando a tensão é retirada .
Plasticidade: Capacidade do material sofrer deformação permanente sem romper-se.
Resiliência: Capacidade de absorção de deformação no regime elástico
Tenacidade: Reflete a energia total necessária para provocar a fratura do material .
1.2 - Finalidade dos Ensaios dos Materiais
As duas mais importantes finalidades da execução dos ensaios são:
 Permitir a obtenção de informações rotineiras do produto  ensaios de controle:
no recebimento de materiais de fornecedores e no controle final do produto acabado.
 Desenvolver novas informações sobre os materiais  no desenvolvimento de novos materiais ,
novos processos de fabricação e novos tratamentos.
1.3 - Vantagens da Normalização dos Materiais e Métodos de Ensaio
A normalização tem por objetivo fixar os conceitos e procedimentos gerais que se aplicam
aos diferentes métodos de ensaios, e suas principais vantagens são:
 Tornar a qualidade do produto mais uniforme;
 Reduzir os tipos similares de materiais;
 Orientar o projetista na escolha do material adequado;
 Permitir a comparação de resultados obtidos em diferentes laboratórios;
 Reduzir desentendimentos entre produtor e consumidor.
1.4 - Classificação dos Ensaios dos Materiais
 Quanto à integridade geométrica e dimensional da peça ou componente:
i
)
Destrutivos: provocam inutilização parcial ou total da peça;
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Ex: Tração, Dureza, Fadiga, Fluência.
ii ) Não- Destrutivos: não comprometem a integridade da peça;
Ex: Raios-X, Raios-, Ultra-Som, Partículas Magnéticas.
 Quanto à velocidade de aplicação da carga:
i ) Estáticos: carga aplicada de maneira suficientemente lenta, induzindo a uma sucessão
de estados de equilíbrio (processo quase-estático);
Ex: Tração, Compressão, Flexão, Dureza e Torção.
ii ) Dinâmicos: carga aplicada rapidamente ou ciclicamente;
Ex: Fadiga e Impacto.
iii ) Carga Constante: carga aplicada durante um longo período;
Ex: Fluência.
Ensaios de Fabricação: Não avaliam propriedades mecânicas, fornecendo apenas indicações do
comportamento do material quando submetido a um processo de fabricação: Estampabilidade,
Dobramento, etc.
Métodos de Ensaios: Determinam que os ensaios devem ser realizados em função da
geometria da peça, do processo de fabricação, e de acordo com as normas técnicas vigentes,
podendo ser:
 Ensaios da própria peça
 Ensaios de modelos
 Ensaios em amostras
 Ensaios em corpos-de-prova retirados de
parte da estrutura
REFERÊNCIAS
1 - CALLISTER, W.D., Engenharia e Ciência dos Materiais. Uma Introdução, Rio de Janeiro: LTC
Editora, 2002.
2 - VAN VLACK, L. H. Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais, Rio de Janeiro: McGrallHill, 1998.
3 - GARCIA, A., SPIM, J.A., SANTOS, C.A., Ensaios dos Materiais, Rio de Janeiro: LTC Editora,
1998.
4 - SMITHS, W.; HASHEMI, J. Fundamentos de Ciência e Engenharia de Materiais, Rio de
Janeiro: McGrall-Hill, 1998.
5 - REED-HILL, Physical Metallurgy, Rio de Janeiro: McGrall- Hill, 1998.
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