1. Critérios de rendimento
Três critérios de rendimento comumente usados em engenharia são:
(1) Limite Proporcional – A maior tensão 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 teste, o padrão é nenhuma deformação permanente residual. A tensão mais alta na qual o material pode se recuperar totalmente elasticamente é comumente representada como σel internacionalmente. Considera-se que o material começa a ceder quando a tensão excede σel.
(3) Resistência ao escoamento – O padrão é uma deformação residual específica, como 0,2% de tensão de deformação residual considerada como limite de escoamento, simbolizada como σ0,2 ou σys.
2. Fatores que afetam a resistência ao rendimento
Os fatores intrínsecos que afetam a resistência ao escoamento incluem:
Ligação, microestrutura, estrutura, propriedades atómicas. A comparação do limite de escoamento 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 a resistência ao escoamento dos materiais metálicos:
(1) Fortalecimento de soluções sólidas;
(2) Endurecimento por deformação;
(3) Fortalecimento da precipitação e fortalecimento da dispersão;
(4) Limite de grão e reforço de subgrão.
O fortalecimento da precipitação e o refinamento dos grãos são os métodos mais comuns para melhorar o limite de escoamento em ligas industriais. Entre estes mecanismos de reforço, os três primeiros diminuem a plasticidade enquanto melhoram a resistência do material. Somente o refino de grãos e subgrãos pode aumentar a resistência e a plasticidade.
Os fatores extrínsecos que afetam a resistência ao escoamento incluem:
Temperatura, taxa de deformação, estado de tensão. À medida que a temperatura diminui e a taxa de deformação aumenta, a resistência ao escoamento do material aumenta. Os metais cúbicos de corpo centrado são particularmente sensíveis à temperatura e à taxa de deformação, levando ao fenômeno da fragilidade do aço em baixas temperaturas.
O efeito do estado de estresse também é significativo. Embora o limite de escoamento reflita uma propriedade fundamental do material, diferentes estados de tensão resultarão em diferentes limites de escoamento. Normalmente, quando nos referimos ao limite de escoamento de um material, estamos nos referindo ao seu limite de escoamento sob tensão unidirecional.
3. Significado de engenharia da resistência ao escoamento
Os métodos tradicionais de projeto de resistência usam o limite de escoamento como padrão para materiais plásticos, definindo a tensão admissível (σ)=σys/n, onde o fator de segurança n é normalmente 2 ou superior. Para materiais frágeis, a resistência à tração é usada como padrão, definindo a tensão admissível (σ)=σb/n, onde o fator de segurança n é normalmente 6.
É importante observar que seguir os métodos tradicionais de projeto de resistência inevitavelmente levará a uma ênfase exagerada em materiais com alto limite de escoamento. No entanto, à medida que a resistência ao escoamento do material aumenta, a resistência à fratura do material diminui, aumentando o risco de fratura frágil.
O limite de escoamento não só tem significado de aplicação direta, mas também mede aproximadamente certos comportamentos mecânicos e desempenho de processo de materiais em engenharia.
Por exemplo, um aumento na resistência ao escoamento do material torna-o mais sensível à corrosão sob tensão e à fragilização por hidrogênio. Se o limite de escoamento de um material for baixo, ele terá melhores propriedades de conformação a frio e soldagem. Portanto, o limite de escoamento é um indicador-chave indispensável das propriedades do material.
Depois que um material começa a ceder, a deformação contínua causará o endurecimento por trabalho.
4. Significado prático do índice de endurecimento de trabalho n
O índice de endurecimento por trabalho n reflete o endurecimento por deformação de um material depois que ele começa a ceder e continua a se deformar, determinando a tensão máxima quando o estrangulamento começa a ocorrer. n também determina a deformação uniforme máxima que um material pode produzir, um valor crucial em processos de conformação a frio.
Para peças funcionais, também é necessário que os materiais tenham certas capacidades de endurecimento.
Caso contrário, sob sobrecargas ocasionais, ocorrerá deformação plástica excessiva, resultando potencialmente em deformação irregular local ou fratura.
Portanto, a capacidade de endurecimento de um material é uma garantia confiável para o uso seguro das peças.
O endurecimento por deformação é um meio essencial de aumentar a resistência do material. O aço inoxidável possui um grande índice de endurecimento n = 0,5, resultando em uma alta quantidade de deformação uniforme.
Embora o limite de escoamento do aço inoxidável não seja alto, ele pode ser significativamente melhorado por meio da deformação a frio. O fio de aço de alto carbono, após tratamento e trefilação isotérmica com banho de chumbo, pode atingir acima de 2.000 MPa.
No entanto, os métodos tradicionais de reforço de tensão só podem aumentar a resistência e, ao mesmo tempo, reduzir significativamente a plasticidade. Em alguns novos materiais em desenvolvimento, nota-se que alterações na microestrutura e na sua distribuição podem melhorar tanto a resistência como a plasticidade durante a deformação.
5. Resistência à tracção
A resistência à tração representa a resistência à fratura quando os materiais não apresentam estrangulamento. Quando materiais frágeis são usados no projeto de produtos, sua tensão admissível é baseada na resistência à tração. O que significa resistência à tração para materiais plásticos em geral?
Embora a resistência à tração represente apenas a resistência máxima à deformação plástica uniforme, ela indica a capacidade limite de carga do material sob tensão estática. A carga externa correspondente à resistência à tração σb é a carga máxima que a amostra pode suportar.
Embora o estreitamento esteja continuamente se desenvolvendo e a tensão real esteja aumentando, a carga externa está diminuindo rapidamente.
O trabalho consumido por unidade de volume de material desde a deformação até a fratura sob tensão estática é chamado de tenacidade estática. A rigor, deveria ser a área sob a verdadeira curva tensão-deformação.
Para simplificar a engenharia, é aproximado como: Para materiais plásticos, a tenacidade estática é um indicador abrangente de resistência e plasticidade.
Materiais puros de alta resistência, como o aço para molas, não possuem alta tenacidade estática, e o aço de baixo carbono com boa plasticidade também não possui alta tenacidade estática.
Somente o aço estrutural de médio carbono (liga) temperado e temperado em alta temperatura possui a mais alta tenacidade estática.
A dureza não é uma propriedade básica independente dos metais. Refere-se à capacidade de um metal resistir à deformação ou fratura em sua superfície dentro de um pequeno volume.
