ENSAIO DE TRAÇÃO EM CORPO DE PROVA DE AÇO 1020 E 1045 RECOZIDOS

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Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ciclo.

Após a ruptura, retiramos o material da máquina e realizamos novamente a medição do corpo de prova com o paquímetro, para determinação do diâmetro e comprimento finais.

Com os dados de carga e deslocamento fornecidos pela máquina e com as medições feitas antes e depois do corpo ser submetido à carga, foi possível traçar a curva de deformação x tensão de engenharia e verdadeira, determinar o módulo de elasticidade, o limite de escoamento, de resistência à tração e de ruptura, e calcular a ductilidade (em termos percentuais e de redução de área), a resiliência e a tenacidade do material.

Para traçarmos a curva de engenharia, dividimos a carga aplicada em cada ponto pela área da seção transversal inicial do corpo, obtendo, assim, a tensão; dividimos, também, o deslocamento em cada ponto pelo comprimento inicial do corpo, resultando na deformação, a qual foi multiplicada por 100 para nos dar a porcentagem da deformação.

Já para a curva verdadeira, temos que tanto a secção transversal quanto o comprimento do material variam com o tempo, assim, leva-se em consideração a área da secção transversal e o comprimento instantâneo do material em determinado ponto.

E, finalmente, após todos os cálculos e análises, comparamos os valores obtidos nos ensaios com os valores encontrados na literatura, e determinamos o tipo de falha.

Realizamos os mesmos procedimentos para o carbono 1045. E, no final, comparamos os dois materiais.

2.3 RESULTADOS

AÇO 1020 RECOZIDO

Os dados obtidos no ensaio de tração do aço 1020, por meio das medições feitas antes do material ser submetido às forças aplicadas, foram:

Diâmetro inicial (dₒ)

10,00 mm

Comprimento inicial (lₒ)

119,20 mm

Tabela 1 – Valores das medidas iniciais do corpo de prova aço 1020

Os dados obtidos no ensaio de tração do aço 1020, por meio das medições feitas após o material ser submetido às forças aplicadas, foram:

Diâmetro final (df)

6,40 mm

Comprimento final (lf)

150,25 mm

Tabela 2 – Valores das medidas finais do corpo de prova aço 1020

Além dos dados encontrados por meio das medições dos corpos de prova, as informações da máquina associadas ao programa no computador durante o ensaio, foram plotadas em um gráfico Força (kN) versus Deslocamento (mm). Por meio dessas informações, foi possível gerar um gráfico Tensão versus Deformação, por meio das relações entre dimensões. Assim, a deformação (ɛ) foi encontrada por meio da relação abaixo:

[pic 2]

Em que,

corresponde ao comprimento final em milímetros[pic 3]

corresponde ao comprimento inicial em milímetros[pic 4]

E a Tensão (σ):

[pic 5]

Em que,

corresponde à força aplicada no material em quiloNewtons[pic 6]

corresponde ao diâmetro inicial do material em milímetros[pic 7]

Desta forma, o gráfico da Tensão versus Deformação para o aço 1020 recozido:

[pic 8]

Gráfico 1: Tensão versus Deformação para o aço 1020 recozido

Por meio do gráfico e dos pontos gerados, pode-se analisar as propriedades mecânicas, como pontos do gráfico que revelam o comportamento do metal durante o ensaio.

Uma das propriedades mecânicas, é o módulo de elasticidade (E), o qual é medido pela razão entre a tensão e a deformação, apenas enquanto houver a deformação elástica:

[pic 9]

O cálculo por meio do gráfico, a melhor expressão para o módulo da elasticidade:

[pic 10]

Considerando os pontos que estão na extremidade da reta, quando há apenas deformação elástica, encontra-se o valor do módulo da elasticidade:

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

O limite de escoamento, o limite de resistência à tração e o limite de ruptura são pontos no gráfico que indicam o início da deformação plástica do material, tensão máxima antes da ruptura com início do pescoçamento e a tensão que ocasiona a ruptura do material, respectivamente.

Logo, para encontrar os valores das tensões relativas a cada limite, deve-se retirar as informações diretamente do gráfico, sem cálculo de dados. Assim, para o limite de escoamento (LE), o ponto em que finaliza a reta e começa a curva, este é o ponto da tensão, para o aço 1020 recozido:

[pic 14]

Para o limite de resistência à tração (LRT), o ponto em que a tensão durante todo o ensaio é máxima, para o aço 1020 recozido:

[pic 15]

Para o limite de ruptura (LR), a tensão no ponto em que o material rompe, para o aço 1020 recozido:

[pic 16]

A ductilidade, propriedade mecânica que corresponde ao alongamento do material devido à deformação elástica, pode ser calculada por percentual (AL%):

[pic 17]

Ou por redução de área (RA):

[pic 18]

Por meio das medições feitas para o aço 1020 recozido: