Deformação
Quando tensão está presente, deformação também será um fator. Os dois tipos de deformação serão discutidos neste artigo.
Definição de Deformação
No uso de metal para fins de engenharia mecânica, um estado de tensão geralmente existe em um volume considerável do material. A reação da estrutura atômica se manifestará em uma escala macroscópica. Portanto, sempre que uma tensão (não importa quão pequena) é aplicada a um metal, uma mudança dimensional proporcional ou distorção deve ocorrer.
Essa mudança dimensional proporcional (intensidade ou grau da distorção) é chamada de deformação e é medida como o alongamento total por unidade de comprimento do material devido a alguma tensão aplicada. A equação abaixo ilustra essa proporção ou distorção.
onde:
ε = deformação (pol/pol)
δ = alongamento total (pol)
L = comprimento original (pol)
Note que as unidades métricas equivalentes do SI para polegadas são o milímetro, centímetro e metro.
Tipos de Deformação
A deformação pode assumir duas formas: deformação elástica e deformação plástica.
Deformação Elástica
Deformação elástica é uma mudança dimensional transitória que existe apenas enquanto a tensão inicial é aplicada e desaparece imediatamente após a remoção da tensão. A deformação elástica também é chamada de deformação elástica. As tensões aplicadas fazem com que os átomos em um cristal se movam de sua posição de equilíbrio. Todos os átomos são deslocados na mesma quantidade e ainda mantêm sua geometria relativa. Quando as tensões são removidas, todos os átomos retornam às suas posições originais e nenhuma deformação permanente ocorre.
Deformação Plástica
A deformação plástica (ou deformação plástica) é uma mudança dimensional que não desaparece quando a tensão inicial é removida. Geralmente é acompanhada por alguma deformação elástica.
O fenômeno de deformação elástica e deformação plástica em um material é chamado de elasticidade e plasticidade, respectivamente.
À temperatura ambiente, a maioria dos metais possui alguma elasticidade, que se manifesta assim que a menor tensão é aplicada. Normalmente, eles também possuem alguma plasticidade, mas isso pode não se tornar aparente até que a tensão tenha sido aumentada consideravelmente. A magnitude da deformação plástica, quando aparece, é provavelmente muito maior do que a da deformação elástica para um determinado incremento de tensão. Os metais tendem a exibir menos elasticidade e mais plasticidade em temperaturas elevadas. Alguns metais puros não ligados (notavelmente alumínio, cobre e ouro) mostram pouca, se alguma, elasticidade quando tensionados na condição recozida (aquecida e depois resfriada lentamente para evitar fragilidade) à temperatura ambiente, mas exibem plasticidade acentuada. Alguns metais não ligados e muitas ligas têm elasticidade acentuada à temperatura ambiente, mas nenhuma plasticidade.
O estado de tensão pouco antes de a deformação plástica começar a aparecer é conhecido como limite proporcional, ou limite elástico, e é definido pelo nível de tensão e o valor correspondente de deformação elástica. O limite proporcional é expresso em libras por polegada quadrada em unidades imperiais, ou Newton por metro quadrado em unidades métricas. Para intensidades de carga além do limite proporcional, a deformação consiste em deformações elásticas e plásticas.
Como mencionado anteriormente neste artigo, a deformação mede a mudança dimensional proporcional sem carga aplicada. Tais valores de deformação são facilmente determinados e só deixam de ser suficientemente precisos quando a deformação plástica se torna dominante.
Quando o metal experimenta deformação, seu volume permanece constante. Portanto, se o volume permanece constante à medida que a dimensão muda em um eixo, então as dimensões de pelo menos um outro eixo devem mudar também. Se uma dimensão aumenta, outra deve diminuir. Por exemplo, uma forma pode mudar de curta e grossa para longa e fina, mas o volume permanece o mesmo. Existem algumas exceções. Por exemplo, o encruamento envolve a absorção de energia de deformação na estrutura do material, o que resulta em um aumento em uma dimensão sem uma diminuição compensatória em outras dimensões. Isso faz com que a densidade do material diminua e o volume aumente.
Se uma carga de tração é aplicada a um material, o material se alongará no eixo da carga (perpendicular ao plano de tensão de tração), conforme ilustrado na imagem abaixo (Tração). Por outro lado, se a carga for compressiva, a dimensão axial diminuirá, conforme ilustrado na imagem abaixo (Compressão). Se o volume for constante, uma contração ou expansão lateral correspondente deve ocorrer. Essa mudança lateral terá uma relação fixa com a deformação axial. A relação, ou razão, da deformação lateral para a axial é chamada de razão de Poisson em homenagem ao seu descobridor. É geralmente simbolizada pela letra ν.
Mudança de Forma do Cilindro Sob Tensão
Deformação de Estruturas Cúbicas
Se um material pode ou não se deformar plasticamente em baixas tensões aplicadas depende de sua estrutura de rede. É mais fácil para planos de átomos deslizarem uns pelos outros se esses planos estiverem densamente empacotados. Portanto, estruturas de rede com planos densamente empacotados permitem mais deformação plástica do que aquelas que não são densamente empacotadas. Além disso, estruturas de rede cúbicas permitem que o deslizamento ocorra mais facilmente do que redes não cúbicas; isso se deve à sua simetria, que fornece planos densamente empacotados em várias direções. A maioria dos metais é composta por cristais de cúbico de corpo centrado (BCC), cúbico de face centrada (FCC) ou hexagonal compactado (HCP). Uma estrutura cristalina cúbica de face centrada se deformará mais facilmente sob carga antes de quebrar do que uma estrutura cúbica de corpo centrado.
A rede BCC, embora cúbica, não é densamente empacotada e forma metais fortes. α-ferro (uma forma de ferro chamada ferro 'alfa') e tungstênio têm a forma BCC. A rede FCC é tanto cúbica quanto densamente empacotada e forma materiais mais dúcteis. Prata, ouro e chumbo têm estrutura FCC. Finalmente, redes HCP são densamente empacotadas, mas não cúbicas. Metais HCP como cobalto e zinco não são tão dúcteis quanto os metais FCC.
Resumo
As informações importantes deste capítulo são resumidas abaixo.
Resumo da Deformação
- Deformação é a mudança dimensional proporcional, ou a intensidade ou grau de distorção, em um material sob tensão.
- Deformação plástica é a mudança dimensional que não desaparece quando a tensão inicial é removida.
- Limite proporcional é a quantidade de tensão pouco antes do ponto (limiar) em que a deformação plástica começa a aparecer, ou o nível de tensão e o valor correspondente de deformação elástica.
- Existem dois tipos de deformação:
Deformação elástica é uma mudança dimensional transitória que existe apenas enquanto a tensão inicial é aplicada e desaparece imediatamente após a remoção da tensão.
Deformação plástica (deformação plástica) é uma mudança dimensional que não desaparece quando a tensão inicial é removida.