O alongamento e a redução da área dos materiais metálicos podem fornecer informações específicas sobre as características dos materiais.
O alongamento é um conceito amplo que abrange vários parâmetros, como alongamento total de força máxima (alongamento uniforme), alongamento após fratura, alongamento do ponto de escoamento, alongamento plástico de força máxima, alongamento total de fratura, etc.
Por exemplo, o alongamento após a fratura considera a capacidade de deformação plástica uniforme e a capacidade de deformação local (estrangulamento) de materiais metálicos, enquanto o alongamento total de força máxima (alongamento uniforme) reflete com mais precisão a capacidade de deformação plástica uniforme de materiais metálicos com características de endurecimento por deformação do que o alongamento após fratura.
Assim, o alongamento é amplamente utilizado como um índice crucial para medir as propriedades mecânicas de materiais metálicos.
Este artigo descreve os principais aspectos do uso de extensômetros comuns no teste de propriedades de tração. Ele destaca as diferenças e os efeitos de diferentes instrumentos durante o processo de teste e examina os métodos para melhorar a precisão do teste de alongamento do metal, ao mesmo tempo que adere aos requisitos de precisão do padrão para os resultados do teste.
1. Teste a precisão do alongamento
O alongamento é um item de teste convencional para materiais metálicos em agências de testes terceirizadas. O teste de tração para materiais metálicos é conduzido usando uma máquina de teste universal controlada por microcomputador. O alongamento dos materiais é determinado medindo a deformação permanente do material na fratura.
No entanto, existem vários métodos para medir a deformação.
Para garantir a precisão do processo de teste e obter resultados de teste corretos, deve-se prestar atenção aos seguintes aspectos.
1. Selecione o método de teste apropriado de acordo com o tipo de material testado.
Os materiais a serem testados podem ser amplamente divididos em metais e não metais, e as condições produzidas por estes materiais durante o processo de tração são distintas.
Embora alguns materiais não metálicos apresentem boa tenacidade e produzam vibrações mínimas durante a fratura, permitindo assim o uso de um extensômetro de fixação para garantir a precisão do teste, alguns materiais metálicos produzem vibrações significativas após a fratura. Esta vibração pode resultar no deslocamento incontrolável do extensômetro fixado, levando a imprecisões nos resultados do teste.
Para medir o alongamento após a fratura de materiais metálicos, as amostras fraturadas são unidas e um paquímetro é usado para medir a deformação final. Porém, devido ao processo de deformação irregular da fratura do metal, podem ocorrer lacunas de emenda, resultando em um valor aproximado próximo da deformação real.
Ignorar a influência da deformação irregular e das lacunas de emenda pode afetar significativamente a precisão do teste. Além disso, o topógrafo pode não ser capaz de garantir o posicionamento preciso do paquímetro e do parâmetro de referência devido à limitação da resolução do olho humano, e a localização da fratura terá um impacto significativo na precisão do teste.
Portanto, a precisão do alongamento após os testes de fratura é normalmente muito menor do que a do paquímetro. Os laboratórios costumam usar um paquímetro com precisão de 0,02 mm para mitigar erros de medição.
Outros parâmetros, como alongamento do ponto de escoamento, força máxima, alongamento total, etc., podem ser testados com um extensômetro de fixação.
2. Selecione o extensômetro apropriado.
Nos testes de propriedades mecânicas de materiais metálicos, extensômetros são frequentemente empregados para medir a deformação do material.
Atualmente, existem três tipos comuns de extensômetros: mecânicos, ópticos e eletromagnéticos. Destes, os extensômetros mecânicos são os mais prevalentes e podem ser categorizados em extensômetros de grande deformação, metálicos e totalmente automáticos.
Para medir a deformação, esses extensômetros devem ser fixados na superfície da amostra. Os extensômetros metálicos requerem um elástico para instalação e fixação, e os três pontos a seguir devem ser lembrados:
Em primeiro lugar, o elástico deve ter elasticidade moderada e ser esticado até cerca de 80% do seu comprimento máximo ou aproximadamente quatro vezes o seu comprimento original antes da utilização.
Em segundo lugar, o enrolamento deve ser reto e a força resultante do enrolamento deve ser perpendicular à amostra e em linha reta com o fio da faca. Caso contrário, haverá uma força componente puxando o braço do extensômetro e causando rotação inesperada, o que impactará diretamente na direção da curva de teste.
Em terceiro lugar, a distância medida deve ser precisa. Durante a instalação, certifique-se de que os dois braços do extensômetro estejam abertos para a haste de posicionamento sem pressão, deixando uma folga de cerca de 1mm.
Geralmente, extensômetros de grande deformação são projetados especificamente para materiais não metálicos com grande elasticidade, como borracha. Esses extensômetros podem medir deformações de até 80 cm com precisão de 0,008 mm.
A deformação máxima que pode ser medida com extensômetros metálicos é geralmente de 25 mm, com precisão de teste de 1,5 μm.
Esses dois tipos de extensômetros são os mais utilizados atualmente, graças à sua alta relação custo-benefício e ampla gama de aplicações.
No entanto, eles também têm certas limitações:
- A faixa e o comprimento de referência do extensômetro de metal são pouco ajustáveis, limitando seu uso a uma pequena faixa ou comprimento de referência específico. O alcance do extensômetro é relativamente fixo.
- A fratura da amostra precisa ser removida antes de medir seu alongamento, que não pode ser medido diretamente.
- Se o extensômetro não estiver firmemente conectado à amostra testada, ele poderá escorregar.
- O extensômetro pode enfrentar dificuldade de adaptação a ambientes de teste especiais, como medir a deformação da amostra em uma caixa de ambiente de medição.
- Embora o extensômetro de grande deformação tenha uma grande faixa de medição, sua precisão de medição é relativamente baixa. Durante o teste, pode ocorrer um leve deslizamento com alterações na espessura da amostra.
3. Os problemas de uso de extensômetros mecânicos listados acima podem ser evitados usando extensômetros de grade.
O extensômetro de grade possui precisão rápida e de alta resolução, capaz de atingir 1 μm. Atualmente é considerada a melhor ferramenta para medir o alongamento.
Contudo, o preço relativamente elevado de tais extensômetros significa que eles normalmente não são incluídos como equipamento padrão em dispositivos de medição em geral.
2. Resultados do teste de alongamento
O extensômetro é um dispositivo fundamental que mede a deformação axial e radial entre comprimentos de referência de corpos de prova.
Os parâmetros típicos medidos com um extensômetro incluem alongamento, índice de Poisson, índice de encruamento por tração, índice de deformação plástica, entre outros.
O uso de ferramentas e métodos adequados durante o processo de medição pode minimizar erros de medição. É importante não apenas priorizar a precisão dos instrumentos de teste, mas também seguir métodos de teste padronizados durante o processo de teste real.
Fig. 1 Aparência de dois tipos de extensômetros comuns
Atualmente, dois tipos de extensômetros são comumente utilizados em laboratórios: extensômetros de grande deformação e extensômetros metálicos, conforme ilustrado na Figura 1.
Os extensômetros metálicos têm comprimento de referência (comprimento de referência original) de 25, 50 e 100 mm e podem suportar uma deformação de 10 mm.
Ao medir o alongamento após uma fratura metálica, não é aconselhável usar um extensômetro, pois a fratura produz muita vibração, o que pode afetar a precisão do extensômetro. Os extensômetros só devem ser usados para medir o alongamento antes da fratura, como o alongamento do ponto de escoamento.
O extensômetro de grande deformação tem uma deformação máxima de 80 cm e o comprimento original do medidor pode ser ajustado conforme necessário. Este tipo é ideal para medir o alongamento de plásticos, borracha e fitas. No entanto, amostras finas, como filme plástico, são inadequadas devido ao peso morto do extensômetro, que pode danificar a amostra quando fixada.
A medição manual com paquímetros tem precisão de 0,02 mm, enquanto a precisão da medição extensômetro é de 0,0015 mm, o que é mais de dez vezes maior.
No entanto, no GB/T 228.1-2010, os resultados do teste exigem arredondamento do alongamento do ponto de escoamento para 0,1% e outros alongamentos, incluindo alongamento após fratura, para 0,5%. Os resultados finais de ambos os métodos são quase idênticos após arredondamentos.
Assim, fica evidente que quando a precisão do equipamento atende aos requisitos necessários, a precisão do teste será afetada pela precisão do extensômetro.
Conclusão
Atualmente, há um número crescente de extensômetros disponíveis no mercado e sua precisão está melhorando.
No entanto, cada extensômetro tem suas próprias limitações e usos, que são bastante óbvios.
Portanto, é essencial compreender as características de medição do extensômetro utilizado no teste, utilizar razoavelmente suas vantagens, evitar suas limitações e escolher instrumentos de medição adequados com base nos diferentes itens de teste.
O extensômetro tem um impacto significativo nos resultados da medição do alongamento do metal. Porém, não é o extensômetro de alta precisão que pode garantir resultados de teste precisos.
É necessário escolher instrumentos de medição apropriados com base em diferentes materiais de teste para obter resultados de teste precisos.
