Resistência à tração

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Dois tornos aplicam tensão a um espécime puxando-o, esticando o espécime até que fratura. A tensão máxima que ele suporta antes da fratura é sua resistência à tração final.

Resistência máxima à tração ( UTS ), muitas vezes reduzida para resistência à tração ( TS ), resistência máxima oudentro das equações, [1] [2] [3] é a tensão máxima que um material pode suportar ao ser esticado ou puxado antes de quebrar. Em materiais frágeis , a resistência à tração final está perto do ponto de escoamento , enquanto que em materiais dúcteis a resistência à tração final pode ser maior.

A resistência à tração final geralmente é encontrada realizando um teste de tração e registrando a tensão de engenharia versus deformação . O ponto mais alto da curva tensão-deformação é a resistência à tração final e tem unidades de tensão. O ponto equivalente para o caso de compressão, ao invés de tensão, é chamado de resistência à compressão .

As resistências à tração raramente têm qualquer consequência no projeto de membros dúcteis , mas são importantes com membros frágeis. Eles são tabulados para materiais comuns, como ligas , materiais compostos , cerâmicas , plásticos e madeira.

Definição

A resistência à tração final de um material é uma propriedade intensiva ; portanto, seu valor não depende do tamanho do corpo de prova. No entanto, dependendo do material, pode ser dependente de outros fatores, como a preparação da amostra, a presença ou não de defeitos de superfície e a temperatura do ambiente de teste e do material.

Alguns materiais quebram muito bruscamente, sem deformação plástica , no que é chamado de falha frágil. Outros, que são mais dúcteis, incluindo a maioria dos metais, experimentam alguma deformação plástica e possivelmente estrangulamento antes da fratura.

A resistência à tração é definida como uma tensão, que é medida como força por unidade de área. Para alguns materiais não homogêneos (ou para componentes montados), pode ser relatado apenas como uma força ou como uma força por unidade de largura. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade é o pascal (Pa) (ou um múltiplo dele, geralmente megapascals (MPa), usando o prefixo SI mega ); ou, equivalentemente a pascais, newtons por metro quadrado (N / m 2 ). Uma unidade habitual nos Estados Unidos é libras por polegada quadrada (lb / in 2ou psi). Kilopounds por polegada quadrada (ksi, ou às vezes kpsi) é igual a 1000 psi e é comumente usado nos Estados Unidos, ao medir a resistência à tração.

Materiais dúcteis

Figura 1: Curva tensão-deformação (σ – ε) de "Engenharia" típica do alumínio
  1. Força máxima
  2. Força de rendimento
  3. Limite de tensão proporcional
  4. Fratura
  5. Tensão de deslocamento (normalmente 0,2%)
figura 2: Curva tensão-deformação de "engenharia" (vermelho) e "verdadeira" (azul) típica de aço estrutural .

Muitos materiais podem apresentar comportamento elástico linear , definido por uma relação tensão-deformação linear , conforme mostrado na figura 1 até o ponto 3. O comportamento elástico dos materiais muitas vezes se estende em uma região não linear, representada na figura 1 pelo ponto 2 (o "limite de escoamento"), até o qual as deformações são totalmente recuperáveis ​​com a retirada da carga; ou seja, uma amostra carregada elasticamente em tensão se alongará, mas retornará à sua forma e tamanho originais quando descarregada. Além dessa região elástica, para materiais dúcteis , como o aço, as deformações são plásticas. Uma amostra deformada plasticamente não retorna completamente ao seu tamanho e forma originais quando descarregada. Para muitas aplicações, a deformação plástica é inaceitável e é usada como limitação do projeto.

Após o ponto de escoamento, os metais dúcteis passam por um período de endurecimento por deformação, no qual a tensão aumenta novamente com o aumento da deformação, e eles começam a pesar , conforme a área da seção transversal da amostra diminui devido ao fluxo de plástico. Em um material suficientemente dúctil, quando o estrangulamento se torna substancial, ele causa uma reversão da curva tensão-deformação de engenharia (curva A, figura 2); isso ocorre porque a tensão de engenharia é calculada assumindo a área da seção transversal original antes do estreitamento. O ponto de reversão é a tensão máxima na curva de tensão-deformação de engenharia, e a coordenada de tensão de engenharia deste ponto é a resistência à tração final, dada pelo ponto 1.

A resistência máxima à tração não é usada no projeto de membros estáticos dúcteis porque as práticas de projeto ditam o uso da tensão de escoamento . No entanto, é usado para controle de qualidade, devido à facilidade de teste. Ele também é usado para determinar aproximadamente os tipos de materiais para amostras desconhecidas. [4]

A resistência à tração final é um parâmetro de engenharia comum para projetar membros feitos de material quebradiço porque esses materiais não têm ponto de escoamento . [4]

Testando

Amostra de barra redonda após teste de tensão de tração
Amostras de teste de tração de alumínio após quebra
O lado "copo" do padrão de falha característico "copo-cone"
Algumas partes mostrando a forma de "xícara" e algumas mostrando a forma de "cone"

Normalmente, o teste envolve pegar uma pequena amostra com uma área de seção transversal fixa e, em seguida, puxá-la com um tensômetro a uma taxa de deformação constante (mudança no comprimento de referência dividido pelo comprimento de referência inicial) até que a amostra se quebre.

Ao testar alguns metais, a dureza de indentação se correlaciona linearmente com a resistência à tração. Essa relação importante permite testes não destrutivos economicamente importantes de entregas de metal a granel com equipamentos leves e até portáteis, como os testadores de dureza Rockwell portáteis . [5] Esta correlação prática ajuda a garantia de qualidade nas indústrias metalúrgicas a se estender muito além do laboratório e das máquinas de teste universais .

Resistência à tração típicos

Resistências à tração típicas de alguns materiais
Material Força de
escoamento (MPa)		 Resistência à tração final
(MPa)		 Densidade
(g / cm 3 )
Aço, aço ASTM A36 estrutural 250 400–550 7,8
Aço, 1090 leve 247 841 7,58
Aço cromo-vanádio AISI 6150 620 940 7,8
Aço, 2.800 aço maraging [6] 2617 2693 8,00
Aço, AerMet 340 [7] 2160 2430 7,86
Steel, Sandvik Sanicro 36Mo cabo de corte de precisão fio [8] 1758 2070 8,00
Aço, AISI 4130,
têmpera com água 855 ° C (1570 ° F), têmpera 480 ° C (900 ° F) [9]		 951 1110 7,85
Aço, API 5L X65 [10] 448 531 7,8
Aço, liga de alta resistência ASTM A514 690 760 7,8
Folha de acrílico transparente fundido (PMMA) [11] 72 87 [12] 1,16
Polietileno de alta densidade (HDPE) 26-33 37 0,85
Polipropileno 12-43 19,7-80 0,91
Aço inoxidável AISI 302 - laminado a frio 520 [ citação necessária ] 860 8,19
Ferro fundido 4,5% C, ASTM A-48 130 200 7,3
Liga de " metal líquido " [ carece de fontes? ] 1723 550-1600 6,1
Berílio [13] 99,9% Be 345 448 1,84
Liga de alumínio [14] 2014-T6 414 483 2,8
Resina de poliéster (não reforçada) [15] 55 55  
Poliéster e laminado de esteira de fibra cortada 30% de vidro tipo E [15] 100 100  
Compósito epóxi S-Glass [16] 2358 2358  
Liga de alumínio 6061-T6 241 300 2,7
Cobre 99,9% Cu 70 220 [ carece de fontes? ] 8,92
Cuproníquel 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, equilíbrio de Cu 130 350 8,94
Latão 200 + 500 8,73
Tungstênio 941 1510 19,25
Copo   33 [17] 2,53
E-Glass N / D 1500 para laminados,
3450 para fibras sozinhas		 2,57
S-Glass N / D 4710 2,48
Fibra de basalto [18] N / D 4840 2,7
Mármore N / D 15 2,6
Concreto N / D 2-5 2,7
Fibra de carbono N / D 1600 para laminados,
4137 para fibras sozinhas		 1,75
Fibra de carbono (Toray T1100G) [19]
(as fibras artificiais mais fortes)		   7000 fibra sozinha 1,79
Cabelo humano 140-160 200–250 [20]  
Bambu   350–500 0,4
Seda de aranha (veja a nota abaixo) 1000 1,3
Seda de aranha, casca de aranha de Darwin [21] 1652
Seda de bicho-da- seda 500   1,3
Aramida ( Kevlar ou Twaron ) 3620 3757 1,44
UHMWPE [22] 24 52 0,97
Fibras UHMWPE [23] [24] (Dyneema ou Spectra) 2300-3500 0,97
Vectran   2850-3340  
Polibenzoxazol (Zylon) [25] 2700 5800 1,56
Madeira, pinho (paralelo ao grão)   40  
Osso (membro) 104-121 130 1,6
Nylon, moldado, 6PLA / 6M [26] 75-85 1,15
Fibra de nylon, estirada [27] 900 [28] 1,13
Adesivo epóxi - 12-30 [29] -
Borracha - 16  
Boro N / D 3100 2,46
Silício , monocristalino (m-Si) N / D 7000 2,33
Fios de fibra óptica de vidro de sílica ultra-pura [30] 4100
Safira (Al 2 O 3 ) 400 a 25 ° C,
275 a 500 ° C,
345 a 1000 ° C		 1900 3,9-4,1
Nanotubo de nitreto de boro N / D 33000 2,62 [31]
Diamante 1600 2800
~ 80-90 GPa em microescala [32]		 3,5
Grafeno N / D intrínseco 130000; [33]
engenharia 50000-60000 [34]		 1.0
Primeiras cordas de nanotubo de carbono ? 3600 1,3
Nanotubo de carbono (ver nota abaixo) N / D 11.000-63.000 0,037-1,34
Compostos de nanotubos de carbono N / D 1200 [35] N / D
Filme de nanotubo de carbono de alta resistência N / D 9600 [36] N / D
Ferro (monocristal puro) 3 7,874
Dentes Limpet Patella vulgata ( nanocompósito de bigode de goethita ) 4900
3000-6500 [37]
^ a Muitos dos valores dependem do processo de fabricação e da pureza ou composição.
^ b Nanotubos de carbono de paredes múltiplas têm a maior resistência à tração de qualquer material já medido, com uma medição de 63 GPa, ainda bem abaixo de um valor teórico de 300 GPa. [38] Os primeiros cabos de nanotubo (20 mm de comprimento), cuja resistência à tração foi publicada (em 2000), tinha uma resistência de 3,6 GPa. [39] A densidade depende do método de fabricação, e o valor mais baixo é 0,037 ou 0,55 (sólido). [40]
^ c A resistência da seda da aranha é altamente variável. Depende de muitos fatores, incluindo tipo de seda (cada aranha pode produzir vários para diversos fins.), Espécie, idade da seda, temperatura, umidade, rapidez com que a tensão é aplicada durante o teste, tensão de comprimento é aplicada e como a seda é recolhidos (sedimentação forçada ou fiação natural). [41] O valor mostrado na tabela, 1000 MPa, é aproximadamente representativo dos resultados de alguns estudos envolvendo várias espécies diferentes de aranha, no entanto os resultados específicos variaram muito. [42]
^ d A resistência do cabelo humano varia de acordo com a etnia e os tratamentos químicos.
Propriedades típicas para elementos recozidos [43]
Elemento
Módulo de Young
(GPa)		 Compensação ou
resistência ao escoamento
(MPa)		 Final
força
(Mpa)
silício 107 5000-9000
tungstênio 411 550 550-620
ferro 211 80-100 350
titânio 120 100-225 246-370
cobre 130 117 210
tântalo 186 180 200
lata 47 9-14 15–200
liga de zinco 85-105 200-400 200-400
níquel 170 140-350 140–195
prata 83 170
ouro 79 100
alumínio 70 15-20 40-50
liderar 16 12

Veja também

Referências

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  12. ^ estritamente falando, esta figura é a resistência à flexão (ou módulo de ruptura ), que é uma medida mais apropriada para materiais frágeis do que a "resistência final".
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Outras leituras

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