Ensaio de Tração–parte II

Nesta segunda parte falaremos sobre os procedimentos e equipamentos utilizados para realização do ensaio de tração.

Normas técnicas voltadas para ensaios de tração

As normas técnicas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios provêm das seguintes instituições:

• ABNT     -  Associação Brasileira de Normas Técnicas
• ASTM     -  American Society for Testing and Materials
• DIN     - Deutsches Institut für Normung
• AFNOR     -  Association Française de Normalisation
• BSI     - British Standards Institution
• ASME     -  American Society of Mechanical Engineer
• ISO     - International Organization for Standardization
• JIS     - Japanese Industrial Standards
• SAE     - Society of Automotive Engineers
• COPANT   - Comissão Panamericana de Normas Técnicas

Máquina de Ensaio Universal

Fixa-se o corpo de prova na máquina por suas extremidades, numa posição que permite ao equipamento aplicar-lhe uma força axial para fora, de modo a aumentar seu comprimento.

A máquina de tração é hidráulica, movida pela pressão de óleo, e está ligada a um dinamômetro que mede a força aplicada ao corpo de prova.

A máquina de ensaio possui um registrador gráfico que vai traçando o diagrama de força e deformação, em papel milimetrado, à medida em que o ensaio é realizado. Ou, os gráficos podem ser mostrados diretamente em um computador por softwares específicos ou podem ser mostrados na própria máquina.

Corpo de Prova

A parte útil do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material. As cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à máquina de modo que a força de tração atuante seja axial. Devem ter seção maior do que a parte útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas. Suas dimensões e formas dependem do tipo de fixação à máquina.

Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 5 vezes o diâmetro da seção da parte útil. Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimensões proporcionais a essas.

Preparação do Corpo de Prova

1. Identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matéria-prima ou de partes específicas do produto acabado.
2. Medir o diâmetro do corpo de prova em dois pontos no comprimento da parte útil, utilizando um micrômetro, e calcular a média.
3. Riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros.

Análise dos Resultados

Nesta etapa determinam-se as principais propriedades que podem ser obtidas no ensaio de tração.

• Calcular o alongamento

A primeira coisa a fazer é juntar, da melhor forma possível, as duas partes do corpo de prova. Depois, procura-se o risco mais próximo da ruptura e conta-se a metade das divisões (n/2) para cada lado. Mede-se então o comprimento final, que corresponde à distância entre os dois extremos dessa contagem.

Mas, se a ruptura ocorrer fora do centro, de modo a não permitir a contagem de n/2 divisões de cada lado, deve-se adotar o seguinte procedimento normalizado:

• Toma-se o risco mais próximo da ruptura.
• Conta-se n/2 divisões de um dos lados.
• Acrescentam-se ao comprimento do lado oposto quantas divisões forem necessárias para completar as n/2 divisões.

A medida de Lf será a somatória de L’+ L” conforme mostra a figura a seguir.

Após a medição, faz-se o seguinte cálculo:

• Determinação do limite elástico ou de proporcionalidade

O limite elástico é a máxima tensão a que uma peça pode ser submetida. Por isso, o conhecimento de seu valor é fundamental para qualquer aplicação.

A rigor, a determinação do limite elástico deveria ser feita por carregamentos e descarregamentos sucessivos, até que se alcançasse uma tensão que mostrasse, com precisão, uma deformação permanente.Este processo é muito trabalhoso e não faz parte dos ensaios de rotina.
Porém, devido à importância de se conhecer o limite elástico, em 1939 um cientista chamado Johnson propôs um método para determinar um limite elástico aparente, que ficou conhecido como limite Johnson.

O limite Johnson corresponde à tensão na qual a velocidade de deformação é 50% maior que na origem.

Veja como determinar o limite Johnson na prática, acompanhando os passos explicados a seguir:

Trace uma reta perpendicular ao eixo das tensões, fora da região da curva tensão-deformação (F-D)
Prolongue a reta da zona elástica, a partir do ponto O, até que ela corte a reta FD no ponto E.
Remarque o ponto D de modo que a medida do segmento FD seja igual a uma vez e meia o segmento FE.
Trace a reta OD.
Trace a reta MN paralela a OD, tangenciando a curva tensão-deformação.

O limite Johnson é o valor de tensão do ponto tangencial (A).

• Limite de escoamento: valores convencionais

O limite de escoamento é, em algumas situações, alternativa ao limite elástico, pois também delimita o início da deformação permanente (um pouco acima).

Ele é obtido verificando-se a parada do ponteiro na escala da força durante o ensaio e o patamar formado no gráfico exibido pela máquina. Com esse dado é possível calcular o limite de escoamento do material.

Entretanto, vários metais não apresentam escoamento, e mesmo nas ligas em que ocorre ele não pode ser obser-vado, na maioria dos casos, porque acontece muito rápido e não é possível detectá-lo. Por essas razões, foram convencionados alguns valores para determinar este limite.

O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento percentual. Os valores de uso mais freqüente são:

• n = 0,2%, para metais e ligas metálicas em geral;
• n = 0,1%, para aços ou ligas não ferrosas mais duras;
• n = 0,01%, para aços-mola.

Graficamente, o limite de escoa-mento dos materiais citados pode ser determinado pelo traçado de uma linha paralela ao trecho reto do diagrama tensão-deformação, a partir do ponto n. Quando essa linha interceptar a curva, o limite de escoamento
estará determinado.

• Tensão no limite de resistência

Este valor de tensão é utilizado para a especificação dos materiais nas normas, pois é o unico resultado preciso que se pode obter no ensaio de tração e é utilizado como base de cálculo de todas as outras tensões determinadas neste ensaio.

• Calcular a estricção

A estricção também é uma medida da ductilidade do material. É representada pela letra Z, e calculada pela seguinte fórmula:
onde S_o é a área de seção transversal inicial e S_f a área de seção final, conhecida pela medição da região fraturada.

Exemplo de um Relatório de Ensaio de Tração

Interessado(a): JJA
Data: 22/12/95
Material ensaiado (descrição): Aço 1020
Equipamento: Máquina universal
Norma(s) seguida(s): ABNT - NBR 6152

Material de apoio: Ensaio de Tração - Análise dos Resultados