Você já se perguntou por que alguns materiais se dobram e outros se quebram? Esse comportamento crucial é determinado pelo limite de escoamento, uma propriedade fundamental que define a tensão na qual um material começa a se deformar permanentemente. Neste artigo, exploraremos o conceito de limite de escoamento, sua importância na engenharia e os fatores que o influenciam. Ao final, você entenderá como o limite de escoamento afeta a seleção e o projeto do material, garantindo que as estruturas sejam seguras e eficientes.
A resistência ao escoamento é o limite de escoamento de materiais metálicos quando ocorre o escoamento, que também é a tensão que resiste à microdeformação plástica.
Para materiais metálicos sem rendimento óbvio, o valor de tensão que produz 0,2% de deformação residual é especificado como seu limite de rendimento, que é chamado de limite de rendimento condicional ou resistência ao rendimento.
Uma força externa que exceda o limite de elasticidade resultará em falha permanente do componente e não poderá ser reparada.
Por exemplo, a resistência ao escoamento do aço de baixo carbono é de 207 MPa. Quando submetido a uma força externa que ultrapassa esse limite, o componente sofrerá deformação permanente.
No entanto, se a força externa estiver abaixo desse limite, o componente voltará à sua forma original.
A resistência ao escoamento é um índice de avaliação comumente usado para as propriedades mecânicas de materiais sólidos e representa o limite de serviço real do material. Quando a tensão em um material excede seu limite de escoamento, ocorre o estrangulamento e o material sofre uma rápida deformação, causando danos e tornando-o inutilizável.
À medida que a tensão em um material excede seu limite elástico e entra no estágio de escoamento, a taxa de deformação aumenta. Durante esse estágio, o material sofre deformação elástica e plástica. No ponto em que a deformação plástica aumenta acentuadamente, a tensão e a deformação flutuam levemente, resultando em escoamento. As tensões máxima e mínima nesse estágio são chamadas de ponto de escoamento superior e ponto de escoamento inferior, respectivamente.
Como o valor do ponto de escoamento inferior é relativamente estável, ele é considerado um indicador confiável da resistência do material e é comumente chamado de ponto de escoamento ou resistência ao escoamento (ReL ou Rp0.2).
Alguns aços, como aço de alto carbononão apresentam um fenômeno claro de escoamento. Nesses casos, a resistência ao escoamento é definida como a tensão na qual ocorre uma leve deformação plástica (0,2%) e é conhecida como resistência ao escoamento condicional.
Quando uma força é aplicada a um material, ele sofre deformação. Essa deformação pode ser dividida em dois tipos: deformação elástica, na qual o material retorna à sua forma original quando a força externa é removida, e deformação plástica, na qual a forma do material muda permanentemente, resultando em alongamento ou encurtamento.
A resistência ao escoamento do aço de construção é usada como base para determinar a tensão de projeto. O limite de escoamento, comumente simbolizado por σs, é o valor crítico de tensão no qual o material cede.
A resistência ao escoamento é comumente usada como um índice de avaliação das propriedades mecânicas de materiais sólidos e representa o limite de serviço real do material. Quando a tensão em um material excede seu limite de escoamento, ocorre a deformação plástica e a tensão aumenta, tornando o material inválido e inutilizável.
1. Craze yield: fenômeno de craze e clareamento por tensão.
2. Rendimento por cisalhamento.
Determinação da resistência ao escoamento
Para materiais metálicos sem um fenômeno claro de escoamento, é medida a resistência ao alongamento não proporcional especificada ou a tensão de alongamento residual especificada. Para materiais metálicos que exibem um fenômeno claro de escoamento, podem ser medidas a resistência ao escoamento, a resistência ao escoamento superior e a resistência ao escoamento inferior.
Normalmente, apenas o limite de elasticidade inferior é medido. Há dois métodos comuns para determinar a força de escoamento superior e a força de escoamento inferior: o método gráfico e o método do ponteiro.
Método gráfico
Durante o teste, um dispositivo de registro automático é utilizado para traçar o diagrama de força-deslocamento. A tensão, representada pela relação do eixo de força por milímetro, geralmente deve ser inferior a 10 N/mm^2, e a curva deve se estender, no mínimo, até o final do estágio de escoamento.
Para determinar a força de escoamento, a força de escoamento superior e a força de escoamento inferior, são calculadas a força constante (Fe) na plataforma de escoamento na curva, a força máxima (Feh) antes da primeira queda na força durante o estágio de escoamento e a força mínima (FeL) sem o efeito instantâneo inicial.
A resistência ao escoamento pode ser calculada com a seguinte fórmula: Re = Fe/So, em que Fe é a força constante no escoamento.
A força de escoamento superior é calculada da seguinte forma: Reh = Feh/So, em que Feh é a força máxima antes da primeira queda de força durante o estágio de escoamento.
A força de escoamento inferior é calculada da seguinte forma: ReL = FeL/So, em que FeL é a força mínima sem o efeito instantâneo inicial.
Método de ponteiro
Durante o teste, a força de escoamento, a força de escoamento superior e a força de escoamento inferior são determinadas medindo-se a força constante quando o ponteiro do disco de medição de força para de girar pela primeira vez, a força máxima antes de o ponteiro girar pela primeira vez e a força mínima que não atinge o efeito instantâneo inicial, respectivamente.
Há três padrões de rendimento comumente usados na engenharia de construção:
Fatores internos que afetam o rendimento resistência dos materiais incluem ligação, estrutura, natureza atômica e muito mais. Ao comparar o rendimento resistência dos metais com a de cerâmicas e polímeros, fica evidente que a influência da ligação é fundamental.
Do ponto de vista estrutural, há quatro mecanismos de reforço que podem afetar a resistência ao escoamento dos materiais metálicos:
O reforço por precipitação e o refino de grãos são métodos comumente usados para aumentar a resistência ao escoamento de ligas industriais. Desses mecanismos de reforço, os três primeiros podem aumentar a resistência do material, mas também diminuem sua plasticidade. O refinamento de grãos é a única maneira de melhorar tanto a resistência quanto a plasticidade.
Os fatores externos que afetam a resistência ao escoamento incluem temperatura, taxa de deformação e estado de tensão. À medida que a temperatura diminui e a taxa de deformação aumenta, o limite de escoamento dos materiais aumenta, especialmente para metais cúbicos centrados no corpo. Esses metais são altamente sensíveis à temperatura e à taxa de deformação, levando à falha frágil em baixa temperatura nos aços.
A influência do estado de tensão também é significativa, pois a resistência ao escoamento é um índice importante que reflete as propriedades internas dos materiais. No entanto, os valores de resistência ao escoamento podem variar com diferentes estados de tensão. Normalmente, a resistência ao escoamento é referenciada à resistência ao escoamento em tensão uniaxial.
De acordo com os métodos tradicionais de projeto de resistência, a tensão admissível [σ] para materiais plásticos é especificada com base na resistência ao escoamento (σys) e é calculada como [σ]=σys/n, em que n é um fator de segurança que pode variar de 1,1 a 2 ou mais, dependendo da situação. Para materiais frágeis, a tensão permitida [σ] é especificada com base na resistência à tração (σb) e é calculada como [σ]=σb/n, em que n é geralmente 6.
É importante observar que o método tradicional de projeto de resistência geralmente prioriza a alta resistência ao escoamento dos materiais, o que pode resultar em uma resistência reduzida à fratura frágil. À medida que a resistência ao escoamento dos materiais aumenta, eles se tornam mais suscetíveis à corrosão sob tensão e à fratura frágil. fragilização por hidrogênio. Por outro lado, os materiais com baixo limite de escoamento tendem a ter boa conformabilidade para trabalho a frio e soldabilidade.
Concluindo, o limite de elasticidade é um índice crucial na propriedades do material e fornece uma medida aproximada de vários comportamentos mecânicos e propriedades tecnológicas de materiais em engenharia.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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