Como as diferentes geometrias de amostras afetam os resultados dos ensaios de tração?
Os resultados do teste de tração incluem a resistência máxima à tração, a resistência ao escoamento, o módulo de Young, a ductilidade e o expoente de endurecimento por deformação. Todas estas propriedades podem ser calculadas usando uma máquina de teste universal equipada com o controlador, software, garras e acessórios adequados. A seleção de garras pode variar dependendo do tipo de material, geometria e dimensões. Em muitos casos, os tamanhos e geometrias dos corpos de prova são ditados pelas normas ASTM.
Este blog discutirá se as propriedades de tração são afetadas se o mesmo material padrão estiver sendo testado em diferentes geometrias ou dimensões. A resposta curta é que isso depende da propriedade de tração e das características do material a ser testado. Para uma determinada área da seção transversal e para qualquer comprimento de bitola, diferentes geometrias de amostras não têm efeito sobre a resistência à tração final e a tensão de ruptura de materiais padrão. Entretanto, diferentes comprimentos de bitola e áreas transversais terão efeitos alteradores em certas propriedades, descritas abaixo.
1- Efeito de diferentes comprimentos de bitola
Vamos comparar dois corpos de prova, feitos do mesmo material, com dois comprimentos de bitola diferentes:
Figure 1. Duas amostras de osso de cão de comprimento de calibre diferente:
Espécimen A comprimento de calibre > Espécimen B comprimento de calibre
Quando o teste de tensão é iniciado e o Espécimen A ou Espécimen B é puxado, a deformação é uniforme ao longo do comprimento de calibre até o ponto em que a força máxima é atingida e o início do agarramento ocorre. O estiramento em cada material é uniforme até este ponto. A força começará então a cair, como mostrado na curva tensão-deformação abaixo, e a redução de área não será mais proporcional à quantidade de estiramento no material.
Figure 2. A forma de uma amostra dúctil muda durante o teste de tração
A região do pescoço ocupará uma porção muito maior do comprimento de 1 polegada do Espécime B em comparação com a porção ocupada no comprimento de 2 polegadas do Espécime A. Quando o teste terminar e as duas fraturas dos espécimes forem encaixadas juntas, o alongamento percentual medido do Espécime B com o menor comprimento de bitola será maior do que o alongamento percentual do Espécime A com o maior comprimento de bitola.
Equação 1:
Elongamento percentual = ∆L/L0 x 100
Onde:
- L0 é o comprimento original do gabarito
- ∆L é a alteração do comprimento do gabarito original. Medido após as fraturas da amostra e a amostra serem encaixadas juntas (ver Figura 2)
À medida que o comprimento do gabarito aumenta, o alongamento percentual diminui.
2- Efeito de diferentes áreas transversais
Desta vez, o Espécime A e o Espécime B, feitos do mesmo material, têm comprimentos de gabarito idênticos; no entanto, a área da seção transversal do Espécime A é maior do que a área da seção transversal do Espécime B. Similar ao conceito com o comprimento do gabarito e a porção ocupada pelo pescoço, a região do pescoço ocupará uma porção muito maior da menor área da seção transversal do espécime B em comparação com a porção ocupada na maior área da seção transversal do espécime A.
A área da seção transversal de um espécime tem um efeito significativo nas medidas de alongamento. A razão de magreza é medida pelo comprimento do gabarito dividido pela raiz quadrada da seção transversal, portanto é inversamente proporcional à área da seção transversal.
Equação 2:
Rácio de Limpidez = L0/√A0
Where:
- L0 é o comprimento do gabarito original.
- A0 é a área da secção transversal original da amostra
À medida que a razão de magreza aumenta e a área da secção transversal diminui, a percentagem de alongamento diminui.