As propriedades mecânicas são essenciais para descrever o comportamento de um material quando uma carga é aplicada. Muitos ensaios, tais como ensaios de tensão, compressão, impacto, flexão, cisalhamento, torção e dureza, são desenvolvidos a fim de observar a resposta de um material a uma força externa aplicada. Essas propriedades são importantes para que os engenheiros projetistas selecionem materiais apropriados para diferentes aplicações.
Qual é o alongamento de um material?
O alongamento é uma medida de deformação que ocorre antes que um material eventualmente se quebre quando submetido a uma carga de tração. Como esta última é aplicada, ocorre um aumento no comprimento e uma redução uniforme na área da seção transversal, enquanto o material mantém um volume constante. O alongamento devido à expansão também pode ocorrer quando um material sofre um aumento de temperatura, ou se tanto uma força axial como uma alta temperatura atuam simultaneamente sobre um material.
Como é medido o alongamento?
Medir o alongamento do material devido à força axial é normalmente realizado por um teste padrão de resistência à tração. Uma tira ou haste com um determinado comprimento e uma área transversal uniforme, fixada em uma extremidade, é submetida a uma carga de tração ao longo do eixo da amostra. As marcas de bitola são escritas na amostra à medida que esta é colocada nas garras da máquina de ensaio para definir o comprimento da bitola. A carga axial é aumentada incrementalmente e o alongamento é observado até que o material se rompa mecanicamente ou se frature. Este teste é normalmente normalizado, realizado a uma velocidade de carga constante, e é destrutivo. O comprimento do calibre ou comprimento de calibração deve ser suficientemente longo para garantir que a tensão de tração seja transmitida uniformemente.
Image 1 para referência. Fonte- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
Uma progressão típica de um ensaio de tração começa com a amostra situada na ausência de uma carga. Na aplicação inicial da carga, pode-se observar um alongamento uniforme e uma redução da área da seção transversal. Isto continua até se atingir uma carga máxima. A seguir, ocorre o agarramento, fazendo com que a seguinte deformação se torne não-uniforme e ocorra apenas no pescoço. A verdadeira tensão local continua a aumentar à medida que a área do pescoço diminui até que a fratura seja atingida.
A fórmula para alongamento em qualquer comprimento L durante o teste de tração é:
em qualquer lugar,
δ = alongamento, (em ou mm)
L0 = comprimento inicial do calibre entre as marcas, (in ou mm)
L = comprimento entre marcas em qualquer ponto durante o alongamento uniforme, (in ou mm)
Durante um ensaio de tração, as leituras da carga aplicada e o alongamento do comprimento do gabarito são feitas simultaneamente. Estes dados podem ser traçados em um gráfico chamado curva tensão-deformação. A curva tensão-deformação é essencial para compreender as propriedades do material, pois mostra a relação básica entre a tensão de engenharia e a deformação de engenharia.
Fórmula para tensão de engenharia, mostrando uma influência da carga aplicada sobre a área da seção transversal original, é:
>
where,
σ = tensão de engenharia, (lb/sq. in ou MPa)
P = carga aplicada, (lb ou N)
A0 = área da seção transversal original, (sq. em ou sq. mm)
A tensão de engenharia, por outro lado, é medida como a razão entre o alongamento e o comprimento do gabarito:
>onde,
ε = tensão de engenharia, (unitless)
δ = alongamento em qualquer ponto durante o estágio de alongamento uniforme, (in ou mm)
L0 = comprimento inicial da bitola entre as marcas (in ou mm)
O que é alongamento percentual?
Ponhamos que temos uma haste que foi submetida a um teste de resistência à tração. Usando um extensômetro, podemos medir o comprimento original da bitola Lo e um comprimento final da bitola Lf após o agarrar e fraturar. A razão da diferença entre o comprimento final e o comprimento original e o próprio comprimento original é conhecida como alongamento percentual (%δ).
where,
%δ = alongamento percentual, (%)
Lf = comprimento final da amostra, (in ou mm)
Lo = comprimento original da amostra, (in ou mm)
Esta medida representa uma propriedade material chamada ductilidade .
Porquê calcular o alongamento do material?
É importante realizar um ensaio de tracção para determinar o alongamento de diferentes materiais, a fim de avaliar as suas possíveis utilizações. Por exemplo, materiais com alto alongamento – ou seja, boa ductilidade – são críticos em componentes que requerem absorção de energia por deformação plástica, como barreiras contra colisões e pára-choques.
Para processos de fabricação, o conhecimento desta propriedade é essencial para a implementação de métricas de controle de qualidade.
Para engenheiros de materiais e de fabricação, tais propriedades são estudadas a fim de avaliar as fraquezas e limitações dos materiais para melhoria e exploração de alternativas.