Ensaio de tração de materiais – diagrama tensão–deformação, escoamento e resistência à tração
TecnologiaEngenharia mecânicaIdades 16–17Laboratório virtual
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Um corpo de prova metálico é preso numa máquina de ensaio de tração: arraste o controle deslizante (ou clique em Tracionar) para aumentar o alongamento enquanto o corpo de prova se estica, sofre estricção e por fim se rompe. O diagrama da tensão σ = F/S₀ em função da deformação ε = Δl/l₀ é traçado em tempo real, marcando o limite de elasticidade, o limite de escoamento σ_ch e o limite de resistência à tração σ_b. Mude o material para comparar o aço doce CT38, o aço C45, o ferro fundido cinzento (frágil), a liga de alumínio e o cobre. A tela Módulo de Young é o experimento de Searle: carregue um fio longo, leia o alongamento num parafuso micrométrico e o diâmetro com um micrômetro, faça o gráfico da carga em função do alongamento com a região elástica marcada e obtenha E pela inclinação.
Aula: Materiais mecânicos: propriedades mecânicas dos materiais — resistência, ductilidade, dureza; o ensaio de tração e o diagrama tensão–deformação
O que mostra
O ensaio de tração é a forma padrão de medir quão resistente e quão dúctil é um metal: força e alongamento são convertidos em tensão σ = F/S₀ e deformação ε = Δl/l₀, para comparar corpos de prova de tamanhos diferentes. No início o metal obedece à lei de Hooke σ = E·ε; após o limite de escoamento ele se deforma permanentemente, encrua, sofre estricção e se rompe. A tela Módulo de Young mede E como no laboratório escolar, com o aparelho de Searle: um fio longo é carregado aos poucos, o micrômetro lê o pequeno alongamento e E = (F/ΔL)·(L/A) vem da parte reta e elástica do gráfico carga–alongamento.
Como usar
Na aba Ensaio de tração, escolha o Material do corpo de prova e clique em Tracionar, ou arraste o controle Alongamento, e observe o gráfico tensão–deformação. Na aba Módulo de Young (Searle), leia o diâmetro do fio no micrômetro, aumente a Carga adicionada passo a passo e clique em Registrar leitura a cada vez. Use a inclinação dos pontos elásticos, o Comprimento do fio L e a área A = πd²/4 para achar E, e teste o cobre para ver o limite elástico.
Parâmetros que você pode mudar
- Tela inicial Ensaio de tração, Módulo de Young (Searle)
- Material do corpo de prova Aço CT38 (aço-carbono comum), Aço C45 (aço-carbono de qualidade), Ferro fundido cinzento GX15-32 (material frágil), Liga de alumínio (duralumínio), Cobre puro (muito dúctil)
- Diâmetro do corpo de prova d₀ 5–20 mm
- Comprimento útil l₀ 50–200 mm
- Velocidade de tração (deformação por segundo) 1–20 %/s
- Tela módulo de Young: material do fio Aço, Latão, Cobre
- Tela módulo de Young: fio de teste Fio A (fino), Fio B, Fio C (grosso)
- Tela módulo de Young: comprimento L do fio 1–3 m
Perguntas para explorar
- Por que o gráfico mostra a tensão em função da deformação, e não a força em função do alongamento?
- Qual dos cinco materiais tem o maior alongamento na ruptura, e o que isso diz sobre a sua ductilidade?
- Pelos gráficos, uma peça de máquina que precisa resistir a impactos deve ser de ferro fundido cinzento ou de aço?
