Ensaios Mecânicos e Metalúrgicos

Com o passar dos tempos, o melhor entendimento e conhecimento dos materiais (metais), o desenvolvimento de novas ligas e a enorme gama de aplicações possíveis com os materiais, foram e estão sendo desenvolvidos e padronizados ensaios mecânico e metalúrgicos para testar os materiais e os produtos metálicos.

As principais propriedades mecânicas dos materiais obtidas por ensaios, são: Resistência (tensão que aceita o material), Elasticidade (deformação possível, com a aplicação de uma determinada tensão e retorno as características originais, após a retirada desta tensão), Plasticidade (capacidade de sofrer deformação permanente sem rompimento), Resiliência (capacidade de absorver energia) e Tenacidade (energia total para provocar fratura).

Os principais objetivos de se ensaiar um material (metal), vão desde obter informações comparativas constantes sobre um determinado material, até o desenvolvimento de novos materiais.

Pode-se relacionar as principais finalidades de ensaiar os materiais como sendo, gerar informação técnica para consulta e comparação, tornar a qualidade dos materiais mais uniforme em seu respectivo processo produtivo, agrupar os tipos de material, servir de base de dados para uma correta determinação de qual material usar em um determinado projeto de engenharia, servir de referencial comparativo entre locais de ensaio diferentes e servir como balisador de resultados entre cliente e fornecedor.

Saindo do campo prático e diário de trabalho e entrando no campo puramente técnico, temos ainda, possibilitar ensaios laboratoriais, ganhar tempo nas pesquisas, reduzir custos e reduzir tempos no desenvolvimento de projetos de engenharia.

Tempo é dinheiro, dinheiro poupado reverte-se em pesquisa, pesquisa realizada reverte-se em ganho de tempo e a redução de tempo volta a servir como base para economia de dinheiro, fechando um ciclo interminável de benefícios que podem ser obtidos com os ensaios mecânicos.

Para qualquer projeto de engenharia deve-se conhecer e dominar as características, propriedades e, principalmente, o comportamento dos materiais (metais).

Classificação

Pode-se classificar os processos de conformação dos materiais (metais) em dois grandes grupos, que são:

Primeiro: Processos Mecânicos (aplicação de tensão), onde temos Conformação por Deformação Plástica (Extrusão, Trefilação, Forjamento e Laminação) e Conformação por Corte e Usinagem (Torneamento, Fresamento, Retífica e Plainamento).

Segundo: Processos Metalúrgicos (aplicação de temperatura), onde temos Conformação por Solidificação (Fundição e Soldagem) e Conformação por Sinterização (Metalurgia do Pó).

Aos fazermos esta classificação básica, obtemos dados mecânicos e metalúrgicos, ambos para determinar o comportamento mecânico do material (metal) e compreendermos que este comportamento é função de sua estrutura interna e de sua aplicação em um determinado projeto, é claro, isso para um dado material (ferro, alumínio, cobre, etc), sua respectiva liga metálica e os processos pelo qual este material sofreu alterações (fusão, refusão, conformação, tratamento térmico, refinamento estrutural, tratamento superficial, dentre outros).

A classificação dos ensaios mecânicos e metalúrgicos, subdivide-se em Destrutivos e Não Destrutivos (quanto a Integridade Física do Produto) e Estáticos, Dinâmicos e Carga Constante (quanto a velocidadede aplicação da carga).

Tipos de Ensaios

Conheça abaixo os tipos mais comuns de ensaios.

Ensaios de Tração

Consiste na aplicação de uma carga de tração crescente, em uma única direção, em um dado corpo de prova, previamente preparado e normatizado, até a ruptura do mesmo. Neste ensaio deseja-se medir a variação no comprimento em função da carga aplicada. Muitos dados técnicos são obtidos com este ensaio e é um dos mais utlizados no mundo metal-mecânico, os principais dados obtidos neste ensaio são Limite de Resistência à Tração, Limite de Escoamento, Módulo de Elasticidade, Módulo de Resiliência, Módulo de Tenacidade, Ductilidade, Coeficiente de Encruamento e Coeficiente de Resistência. Veja os vídeos ilustrativos:

Ensaio de Compressão

Consiste na aplicação de uma carga compressiva, em uma única direção, em um dado corpo de prova, previamente preparado e normatizado. Deseja-se determinar a deformação linear obtida. Quando um material é submetido ao ensaio de compressão, a relação entre tensão e deformação são semelhantes as obtidas no ensaio de tração.

Ensaio de Dureza

Consiste na impressão de uma pequena marca feita na superfície do material, com a ajuda de uma ponte de penetração, que pode ser uma esfera de aço e/ou uma ponta de diamante. A dureza do material (metal) é diretamente relacionada a marca deixada nesta superfície, com a característica da marca e da carga aplicada. Simbolicamente mencionando, em um ensaio de dureza simples, quanto menor for a marca, maior será a dureza do material para uma mesma carga e vice versa.

Ensaio de Torção

Consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo de prova, normalmente cilíndrico. Mede-se o ângulo de deformação em função do momento torsor aplicado.

Ensaio de Flexão

Consiste na aplicação de carga em uma parte de uma determinada barra de geometria padronizada.

Ensaio de Fluência

Consiste na aplicação de carga constante em um material durante um período de tempo, submetido a temperatura elevada, com o objetivo de determinar a vida útil do material, netas circunstâncias.

Ensaio de Fadiga

Consiste na aplicação de carga cíclica em um material (corpo de prova normatizado). O objetivo é determinar quandos ciclos o material suporta antes de se deformar ou romper. 

Ensaio de Impacto

Consiste em aplicar carga pela queda de um martelo ou pêndulo, de uma altura determinada, sobre um corpo de prova. Os mais conhecidos ensaios de impacto são o Charpy(EUA) e o Izod(Europa). Objetivo, determinar a energia absorvida pelo material antes de seu rompimento (fratura).

Ensaio de Tenacidade à Fratura

Consiste em um ensaio onde são testados os comportamentos de materiais que possuem trincas, ou outros defeitos internos pequenos. Objetiva-se saber o quanto esses materiais podem suportar até se deformar ou romper.

Ensaios Não-Destrutivos

Consiste em testar um dado material (peça metálica) sem a necessidade de destruí-la, objetivando determinar seus limites operacionais máximos e verificar se é necessária a sua substituição ou aceitável utilização por mais um dado período. Este ensaio procura medir a deformação plástica, deformação elástica e a ruptura existe em uma dada peça. Pode-se citar como exemplo, os ensaios de raio-x, partículas magnéticas (magnaflux), ultra-som e o líquidos penetrantes.

Existem quatro tipos básicos de ruptura de metal, são elas, fratura frágil, fratura dúctil, fratura por corrosão e fratura por fadiga. Neste caso em especial, as falhas em materiais metálicos correm em 90% dos casos por fadiga, os principais responsáveis por isso, são as descontinuidades nos metais, originam-se em pontos específicos (inclusões, acúmulo de tensões, etc) e gradativamente vão migrando para toda a peça ocasionando a fratura.