Teste de tração: um guia científico completo - TESTEX

O teste para determinar o material sob tensão é chamado de teste de tração, também conhecido como teste de tensão. É um dos métodos básicos para testar as propriedades mecânicas dos materiais e é usado para verificar o desempenho do material e se ele atende aos padrões relevantes. Este post está preocupado com o seguinte.

• O que é o teste de tração? O que pode ser testado?
• Conceitos e termos relacionados ao teste de tração
• O que é um testador de tração? Quais materiais podem ser testados?
• Preparação para testes de tração
• Procedimentos de teste de tração
• Teste de tração: os quatro estágios de tensão-deformação
• Padrões de teste comuns para testes de tração
• Quais são os fatores que afetam a resistência à tração no teste de tração?

O que é o teste de tração? O que pode ser testado?

O teste de tração é a aplicação de força de tração a uma amostra sob certas condições para determinar a resistência da amostra a uma carga aplicada. Por exemplo, o índice de resistência e índice de plasticidade do material, além disso, a deformação plástica do material também pode ser derivada.

Os dados obtidos do teste de tração podem ser usados ​​para determinar o limite elástico, alongamento, módulo de elasticidade, limite proporcional, redução de área, resistência à tração, ponto de escoamento, resistência ao escoamento e outras propriedades de tração do material.

Indicadores de força

• A resistência de um material é a força por unidade de área do material em Pa.
• 1 Pa = 1 N/m²
• No entanto, a unidade Pa é tão pequena que, na prática da engenharia, o MPa é frequentemente usado como unidade de resistência, por exemplo, o limite de escoamento do aço geralmente varia de 100 a 2000 MPa.
• 1 MPa = 10⁶ Pa

• Força de rendimento superior: ReH = FeH / Então (So indica a área da seção transversal original, FeH indica a força axial correspondente ao ponto de escoamento superior)
• Força de rendimento inferior: ReL = FeL / Então (So indica a área da seção transversal original, FeL indica a força axial correspondente ao ponto de escoamento inferior)
• Resistência à tracção: Rm = Fmáx / Então (Fmáx é a força axial máxima)

O fenômeno de escoamento não é material óbvio, para produzir 0.2% de deformação residual do valor de tensão para o limite de escoamento, conhecido como limite de escoamento condicional ou limite de escoamento condicional. Forças externas maiores que esse limite farão com que a peça falhe permanentemente e não possa ser recuperada.

• O aço duro (aço com alto teor de carbono) tem alta resistência, baixa plasticidade e nenhuma fase de escoamento óbvia no processo de tração, portanto, o limite de escoamento não pode ser determinado diretamente e o limite de escoamento condicional é usado em vez do limite de escoamento.
• Limite de escoamento condicional: Rp0.2, indicando a tensão correspondente a um alongamento plástico especificado de 0.2%.

Indicador de plasticidade

Quando uma amostra é puxada, a deformação elástica desaparece, mas a deformação plástica permanece. Na engenharia, a deformação deixada para trás depois que a peça de teste é retirada é usada para indicar o índice de plasticidade do material. Existem dois indicadores de plasticidade comumente usados.

• Alongamento: A = (Lu – Lo) / Lo * 100%
• Retração da seção: Z = (So – Su) / So * 100%

Conceitos e terminologia relacionados ao teste de tração

Tensão e deformação

Tensão: Tensão é a força na área sobre a qual atua, expressa em N/mm² e em unidades métricas como kPa ou MPa.

Deformação: Deformação é a taxa de mudança nas dimensões de um material de teste, é a mudança nas dimensões causada pelo carregamento de uma tensão. Como a deformação é uma taxa de variação, ela não tem unidades.

Termos relacionados ao espécime

• Área da seção transversal So: A área da seção transversal original da amostra antes do teste.
• escala original Lo: a escala da amostra antes da aplicação da força.
• Distância pós-intervalo Lu: a distância da amostra após a quebra.
• comprimento paralelo Lc: o comprimento da parte paralela da amostra entre as duas cabeças ou as duas partes presas.
• Alongamento após pausa A: a razão do alongamento residual da amostra após a marca de quebra (Lu – Lo) à marca original Lo, expressa em porcentagem.
• Encolhimento da seção Z: a razão da redução máxima na área da seção transversal (Então – Su) para a área da seção transversal original So após a fratura do corpo de prova, expresso em porcentagem.

O que é um testador de tração? Quais materiais podem ser testados?

A testador de tração também é conhecido como máquina de teste de tração universal. Um testador de tração é uma máquina de teste de força mecânica usada para carregamento estático, alongamento, compressão, flexão, cisalhamento, rasgo, descamação e outros testes de propriedades mecânicas de vários materiais. A máquina de resistência à tração é um equipamento de teste indispensável para o desenvolvimento de materiais, testes de propriedades físicas, ensino e pesquisa, controle de qualidade, etc. A máquina de teste de tração universal é amplamente utilizada e pode ser usada para testar os seguintes tipos de materiais.

• Materiais de borracha: produtos de borracha, mangueiras, fitas, O-rings, pneus e outros materiais e produtos de borracha.
• Materiais plásticos: produtos plásticos, filmes, tubos, placas, materiais de embalagem, produtos de nylon, rolos impermeáveis ​​e outros materiais e produtos plásticos.
• Materiais metálicos: produtos metálicos, produtos de aço inoxidável, parafusos, fios de aço, produtos de ligas e outros materiais e produtos metálicos.
• Materiais de construção: madeira, chapa, vidro, concreto, produtos de grafite, etc.

Preparação para testes de tração

A localização, a direção e o número de amostragens são três fatores que influenciam significativamente os resultados dos testes de propriedades dos materiais. A localização, direção e número de amostras a serem coletadas devem estar de acordo com o padrão do produto ISO 377 ou o contrato relevante.

Método de amostragem

• Amostragem diretamente da matéria-prima.
• As amostras são retiradas de áreas importantes do produto (as partes mais fracas e perigosas).
• Teste direto com peças físicas, por exemplo, barras de reforço, parafusos, parafusos ou correntes.
• Testando diretamente em corpos de prova fundidos ou usinando em corpos de prova.

Processamento de espécimes

• Para evitar que as propriedades mecânicas sejam afetadas pela deformação a frio ou pelo calor. Geralmente usinado principalmente por corte.
• As seções paralelas devem ser lisas, livres de encruamento e livres de defeitos como lascas, marcas de ferramentas e rebarbas.
• A parte de fixação de material frágil e a parte de seção paralela devem ter um grande raio de transição redonda.
• Para amostras de fundição não usinadas, a superfície da areia, escória, rebarbas, arestas vivas, etc. deve estar limpa.

Inspeção e marcação de amostras

• A amostra deve ser verificada antes do teste para garantir que sua aparência atenda aos requisitos.
• As marcações originais dos corpos de prova são geralmente marcadas com linhas finas e o método utilizado não deve afetar a fratura prematura do corpo de prova.
• Para materiais extrafinos ou quebradiços, a amostra pode ser revestida com uma tinta colorida de secagem rápida em seções paralelas e, em seguida, riscada suavemente com uma linha de marcação.

Além disso: a área da seção transversal original So da amostra precisa ser medido e calculado antes do teste.

Procedimento de teste de tração

1 Prepare a amostra: Prepare a amostra de acordo com os requisitos padrão e mantenha os registros.

2 Ajuste a máquina de teste de tração: troque o dispositivo de fixação de acordo com o padrão de teste e ajuste as condições de teste da máquina de tração.

3 Prenda a amostra: primeiro prenda a amostra no mandril superior, depois mova o mandril inferior para uma posição de fixação adequada e, finalmente, prenda a extremidade inferior da amostra.

4 Verificação e execução de teste: Verifique se as etapas acima foram concluídas. Ligue a máquina puxadora e pré-carregue uma pequena quantidade (a carga correspondente à tensão não deve exceder o limite proporcional do material) e depois descarregue a zero para verificar se a máquina puxadora está funcionando corretamente.

5 Ligue a máquina tensora e faça o teste de tensão.

6 Remova a peça de teste e o papel de registro.

7 Meça a distância pós-quebra com paquímetros vernier.

8 Meça o diâmetro mínimo na contração do pescoço com paquímetro vernier.

Teste de tração: os quatro estágios de tensão-deformação

• OB: Estágio elástico
• BC: estágio de rendimento
• CD: Estágio de reforço
• DE: Estágio de estreitamento

Na etapa de deformação elástica de um material metálico, a tensão e a deformação são proporcionais entre si, de acordo com a lei de Hooke, ou seja, σ = Eε, com fator de escala E denominado módulo de elasticidade.

E = σ/ε

O limite elástico está tão próximo do limite proporcional que, na prática da engenharia, o limite proporcional é aproximado em vez do limite elástico.

Resistência ao escoamento: Quando um material metálico apresenta o fenômeno de escoamento, o ponto de tensão no qual ocorre a deformação plástica sem aumento da força é atingido durante o ensaio; uma distinção deve ser feita entre resistências de escoamento superiores e inferiores.

• Força de escoamento superior: a tensão mais alta antes que o corpo de prova escoe e a força primeiro diminua.
• Força de escoamento inferior: a menor tensão durante o escoamento, sem contar o efeito transiente inicial.
• O valor de tensão correspondente ao ponto de escoamento inferior é geralmente referido como resistência ao escoamento.

Após o estágio de escoamento, o ponto C da curva começa a subir gradativamente novamente, indicando que para fazer a deformação aumentar, a tensão deve ser aumentada e o material recupera sua capacidade de resistir à deformação, fenômeno chamado reforço, e a seção CD é chamado de estágio de fortalecimento (endurecimento do processo).

O valor da tensão correspondente ao ponto mais alto da curva é chamado de resistência à tração (ou limite de resistência) do material e é outro indicador importante da resistência do material.

Quando a curva atinge o ponto D, a deformação aumenta significativamente em uma das partes mais fracas do corpo de prova (onde o material é irregular ou defeituoso), a seção transversal efetiva diminui drasticamente, ocorre o fenômeno de estrangulamento e o corpo de prova é rapidamente arrancado.

Algumas curvas tensão-deformação comuns

O (a) A curva é a curva tensão-deformação para o aço doce, que tem uma fase de escoamento irregular, com escoamento superior e inferior, deformação plástica uniforme seguida de estrangulamento e, em seguida, fratura do corpo de prova.

O (b) A curva é a curva tensão-deformação para o aço de médio carbono, que possui uma fase de escoamento, mas com pequenas flutuações e quase uma linha reta, com deformação plástica uniforme seguida de estrangulamento e depois fratura do corpo de prova.

O (c) A curva é a curva tensão-deformação do aço temperado, temperado de média a baixa temperatura, que não tem fase de escoamento visível e produz estricção após deformação plástica uniforme e, em seguida, a fratura do corpo de prova.

O (d) curva é a curva tensão-deformação do ferro fundido, material temperado, que não só não tem fase de escoamento, mas também fratura repentinamente após produzir uma pequena quantidade de deformação plástica uniforme.

Padrões de teste comuns para testes de tração

• ISO-6892 1
• Materiais metálicos - Teste de tração - Parte 1: Método de teste à temperatura ambiente
• ISO-6892 2
• Materiais metálicos - Teste de tração - Parte 2: Método de teste em temperatura elevada
• ISO 204
• Materiais metálicos - Método de teste de fluência uniaxial em tração
• ISO 377
• Aço e produtos siderúrgicos – Localização e preparação de amostras e corpos de prova para ensaios mecânicos
• ISO 783
• Materiais metálicos - Teste de tração em temperatura elevada
• JIS G0601
• Chapas de aço cladeadas – Ensaio mecânico e tecnológico
• ISO 3108
• Cabos de aço para uso geral – Determinação da carga de ruptura real
• PT 10319
• Materiais metálicos – Teste de relaxamento de tensão de tração – Parte 1: Procedimento para máquinas de teste
• ISO 15579
• Materiais metálicos - Teste de tração em baixa temperatura
• ASTM B557M
• Peças de teste e método para teste de tração para produtos forjados de alumínio e ligas de magnésio
• DIN EN ISO 2566-1
• Aço – Conversão de valores de alongamento – Parte 1: Aços carbono e de baixa liga
• DIN EN ISO 2566-2
• Aço – Conversão de valores de alongamento – Parte 2: Aços austeníticos
• ASTM E111-04 e ASTM E1875-00
• Método de teste padrão para Módulo de Young, Módulo Tangente e Módulo Corda
• Método de teste padrão para módulo de Young dinâmico, módulo de cisalhamento e razão de Poisson por ressonância sônica

Quais são os fatores que afetam a resistência à tração no teste de tração?

Os principais fatores que afetam o teste de tração da máquina de teste de tração incluem: área de amostragem e método de amostragem, forma, tamanho e precisão da amostra, instrumentos de medição, equipamento de teste, temperatura do ambiente de teste, seleção de fixação, método de fixação da amostra, taxa de alongamento, área da seção transversal da amostra de tração, erro de medição, etc.

1 Locais e métodos de amostragem

Diferenças no local de amostragem podem afetar diretamente o teste de tração de materiais metálicos após o alongamento, resistência ao escoamento e resistência à tração e outros indicadores de desempenho. A distribuição desigual de materiais metálicos devido à composição, organização, estrutura, defeitos, deformação de processamento, etc., faz com que as propriedades mecânicas do mesmo lote ou mesmo de diferentes partes do mesmo produto pareçam diferentes. Além disso, ao cortar o tarugo de amostra, é necessário evitar que as propriedades mecânicas sejam afetadas pelo calor, encruamento e deformação.

2 Forma, tamanho e precisão da amostra

Para o mesmo material no mesmo estado, se a forma da seção transversal for diferente, os resultados medidos terão um efeito maior no limite de escoamento superior e menor no limite de escoamento inferior; a resistência à tração de uma amostra com uma grande área de seção transversal (tamanho grande) é menor do que a de um tamanho menor e o índice de plasticidade também é reduzido; o paralelismo e a precisão dimensional dentro do comprimento paralelo da amostra também podem afetar facilmente os resultados do teste. O paralelismo e a precisão dimensional dentro do comprimento paralelo da amostra também podem afetar facilmente os resultados do teste. Isso ocorre porque o valor dimensional medido da amostra pode não ser a posição mínima da amostra real, o que resultará em um resultado de teste baixo. Portanto, a forma e as dimensões do corpo de prova precisam estar de acordo com o padrão.

3 Para instrumentos de medição

A precisão dos instrumentos de medição dimensional e medidores deve atender aos requisitos de teste. Portanto, antes de realizar o teste, todos os tipos de instrumentos de medição devem ser calibrados e os medidores devem ser mantidos limpos e claros ao mesmo tempo.

4 Equipamento de teste

A máquina de teste e o extensômetro são dois tipos de equipamentos de teste comumente usados ​​em testes de tração de materiais metálicos, que afetam diretamente a precisão e a autenticidade dos resultados do teste. O primeiro é usado para medir o valor da força; o último é usado principalmente para a determinação de deslocamento ou extensão. Portanto, é importante garantir que a máquina de teste e o extensômetro estejam dentro do prazo de validade do teste e sejam calibrados regularmente.

5 Temperatura ambiente de teste

Alguns materiais metálicos são altamente sensíveis à temperatura e mesmo materiais metálicos comuns podem levar a medições de teste inconsistentes se a temperatura do teste variar muito. Em geral, o limite de elasticidade dos metais cúbicos de corpo centrado aumenta acentuadamente à medida que a temperatura cai, enquanto a mudança é menos pronunciada para metais cúbicos de face centrada. À medida que a temperatura aumenta, a resistência ao escoamento do metal geralmente diminui.

6 Seleção do dispositivo de fixação, o impacto da fixação da amostra

A seleção incorreta de acessórios, fixação da amostra e carregamento e descarregamento do extensômetro podem afetar os resultados do teste. A incompatibilidade entre o dispositivo de fixação e a forma da amostra de teste e a forma do padrão de superfície do dispositivo de fixação não são adequadas, o que fará com que o dispositivo de fixação e a amostra não formem uma área de fixação suficiente, o atrito estático não é suficiente, resultando no deslizamento relativo do dispositivo de fixação e da amostra durante o processo de tração, afetando assim os resultados de tração.

7 Método de fixação

Métodos de fixação irracionais podem facilmente fazer com que a amostra escorregue ou quebre nas garras, resultando em dados de teste imprecisos ou dados de teste baixos.

8 Taxa de alongamento

A taxa de alongamento afeta diretamente a relação tensão-deformação do material metálico. Diferentes materiais são sensíveis a diferentes graus de velocidade, taxa de alongamento em diferentes materiais, impacto do tamanho de diferentes materiais, baixa resistência, boa plasticidade do impacto do material para ser grande.

9 Determinação da área da seção transversal de uma amostra de tração

Existem dois métodos para determinar a área da seção transversal de uma amostra de tração: um é o método de teste de tração ISO 6892 para metais e o outro é o padrão de produto correspondente para o material. Algumas normas de produtos especificam que a área da seção transversal de um corpo de prova de tração deve ser determinada pela área da seção transversal do tamanho nominal.

10 Métodos de medição das dimensões do corpo de prova e erro humano na medição

Amostras de tração devem ser medidas com um micrômetro de diâmetro externo ou paquímetro, dependendo do diâmetro. Se o método de medição não for preciso, levando a uma medição de tamanho artificialmente grande. Devido a fatores subjetivos e diferentes técnicas de operação, também pode trazer erros nos resultados de medição.