Resistência ao escoamento vs resistência à tração dos materiais: Explicação da diferença

1. Critérios de rendimento

Os três critérios de cedência habitualmente utilizados em engenharia são:

(1) Limite proporcional - A tensão mais elevada que mantém uma relação linear na curva tensão-deformação, representada internacionalmente como σp. Considera-se que o material começa a ceder quando a tensão excede σp.

(2) Limite elástico - Depois de carregar e descarregar uma amostra de ensaio, a norma é não haver deformação residual permanente. A tensão mais elevada à qual o material pode recuperar totalmente de forma elástica é normalmente representada internacionalmente como σel. Considera-se que o material começa a ceder quando a tensão excede σel.

(3) Resistência ao escoamento - A norma é uma deformação residual específica, como a tensão de deformação residual de 0,2% tomada como tensão de cedência, simbolizada como σ0,2 ou σys.

2. Factores que afectam o limite de elasticidade

Os factores intrínsecos que afectam o limite de elasticidade incluem:

Ligação, microestrutura, estrutura, propriedades atómicas. A comparação do limite de elasticidade do metal com a cerâmica e os polímeros demonstra o impacto fundamental da ligação.

Do ponto de vista das influências microestruturais, quatro mecanismos de reforço podem afetar o limite de elasticidade dos materiais metálicos:

(1) Reforço da solução sólida;

(2) Endurecimento por deformação;

(3) Reforço da precipitação e reforço da dispersão;

(4) Reforço dos limites de grão e dos subgrãos.

O reforço por precipitação e o refinamento do grão são os métodos mais comuns para melhorar o limite de elasticidade das ligas industriais. Entre estes mecanismos de reforço, os três primeiros diminuem a plasticidade ao mesmo tempo que melhoram a resistência do material. Apenas o refinamento de grãos e subgrãos pode aumentar tanto a resistência como a plasticidade.

Os factores extrínsecos que afectam o limite de elasticidade incluem:

Temperatura, taxa de deformação, estado de tensão. À medida que a temperatura diminui e a taxa de deformação aumenta, o limite de elasticidade do material aumenta. Os metais cúbicos de corpo centrado são particularmente sensíveis à temperatura e à taxa de deformação, levando ao fenómeno da fragilidade do aço a baixa temperatura.

O efeito do estado de tensão também é significativo. Embora o limite de elasticidade reflicta uma propriedade fundamental do material, diferentes estados de tensão resultam em diferentes limites de elasticidade. Normalmente, quando nos referimos ao limite de elasticidade de um material, estamos a referir-nos ao seu limite de elasticidade sob tensão unidirecional.

3. Significado de engenharia da resistência ao escoamento

Os métodos tradicionais de dimensionamento da resistência utilizam a tensão de cedência como padrão para materiais plásticos, definindo a tensão admissível [σ]=σys/n, em que o fator de segurança n é normalmente 2 ou superior. Para os materiais frágeis, a resistência à tração é utilizada como norma, definindo a tensão admissível [σ]=σb/n, em que o fator de segurança n é normalmente 6.

É importante notar que seguir os métodos tradicionais de conceção de resistência conduzirá inevitavelmente a uma ênfase excessiva em materiais com elevado limite de elasticidade. No entanto, à medida que o limite de elasticidade do material aumenta, a resistência à fratura do material diminui, aumentando o risco de fratura frágil.

O limite de elasticidade não só tem um significado direto na aplicação, como também mede aproximadamente certos comportamentos mecânicos e o desempenho do processo dos materiais em engenharia.

Por exemplo, um aumento do limite de elasticidade do material torna-o mais sensível à corrosão sob tensão e à fragilização por hidrogénio. Se o limite de elasticidade de um material for baixo, este tem melhor enformação a frio e propriedades de soldadura. Por conseguinte, o limite de elasticidade é um indicador-chave indispensável de propriedades dos materiais.

Depois de um material começar a ceder, a deformação contínua causará o endurecimento por trabalho.

4. Significado prático do índice de endurecimento do trabalho n

O índice de endurecimento por trabalho n reflecte o endurecimento por deformação de um material depois de este começar a ceder e continuar a deformar-se, determinando a tensão máxima quando começa a ocorrer o estrangulamento. processos de conformação.

Para as peças de trabalho, é também necessário que os materiais tenham determinadas capacidades de endurecimento por trabalho.

Caso contrário, em caso de sobrecargas ocasionais, ocorrerá uma deformação plástica excessiva, podendo resultar em deformações locais irregulares ou em fracturas.

Por conseguinte, a capacidade de endurecimento por trabalho de um material é uma garantia fiável para a utilização segura das peças.

O endurecimento por deformação é um meio essencial para aumentar a resistência do material. O aço inoxidável tem um grande índice de endurecimento por trabalho n=0,5, resultando assim numa quantidade de deformação uniforme elevada.

Embora o limite de elasticidade do aço inoxidável não seja elevado, pode ser significativamente melhorado através da deformação a frio. Aço de alto carbono O fio, após tratamento isotérmico em banho de chumbo e estiramento, pode atingir mais de 2000MPa.

No entanto, os métodos tradicionais de reforço da deformação só podem aumentar a resistência enquanto reduzem significativamente a plasticidade. Em alguns novos materiais em desenvolvimento, é de notar que as alterações na microestrutura e na sua distribuição podem melhorar tanto a resistência como a plasticidade durante a deformação.

5. Resistência à tração

A resistência à tração representa a resistência à fratura quando os materiais não apresentam estrangulamento. Quando são utilizados materiais frágeis na conceção de produtos, a sua tensão admissível baseia-se na resistência à tração. O que significa a resistência à tração para materiais plásticos em geral?

Embora a resistência à tração represente apenas a resistência máxima à deformação plástica uniforme, indica a capacidade limite de suporte de carga do material sob tensão estática. A carga externa correspondente à resistência à tração σb é a carga máxima que o provete pode suportar.

Embora o estrangulamento esteja a desenvolver-se continuamente e a tensão real esteja a aumentar, a carga externa está a diminuir rapidamente.

O trabalho consumido por unidade de volume de material desde a deformação até à fratura sob tensão estática é designado por tenacidade estática. Em termos estritos, deveria ser a área sob a curva tensão-deformação verdadeira.

Para simplificar a engenharia, é aproximada como: Para materiais plásticos, a tenacidade estática é um indicador abrangente de resistência e plasticidade.

Os materiais puros de elevada resistência, como o aço para molas, não têm uma elevada tenacidade estática, e o aço de baixo carbono com boa plasticidade também não tem uma elevada tenacidade estática.

Apenas o aço estrutural de médio carbono (liga) temperado e revenido a alta temperatura possui a maior tenacidade estática.

A dureza não é uma propriedade básica independente dos metais. Refere-se à capacidade de um metal resistir à deformação ou fratura na sua superfície dentro de um pequeno volume.