Nos ensaios de materiais, propriedades mecânicas são as que ditam qual será o comportamento mecânico de determinado material durante o seu processamento e atuação. Durante o seu uso, os materiais são submetidos a diversos tipos de esforços mecânicos de torção, tração, compressão, cisalhamento e fadiga, sendo que em alguns casos esses são combinados.

Devido a isso, é extremamente importante que possamos prever o comportamento do material, ou seja, suas propriedades mecânicas, antes mesmo deste ser utilizado. Para isso são realizados os ensaios de materiais, os quais permitem a simulação da aplicação de diferentes cargas externas.

A partir da realização dos ensaios mecânicos é possível extrair propriedades como módulo de elasticidade, limite de ruptura, plasticidade, dureza, tenacidade à fratura, dentre outras. Assim, deve-se escolher cuidadosamente o ensaio para que as propriedades obtidas sejam as desejadas.

A analise de falhas é fundamental para garantir a qualidade de um produto ou material. Acesse nosso artigo e saiba mais sobre esse assunto!!

Quais os principais motivos para fazer os ensaios de materiais?

A solução proposta pela EESC jr. em ensaios mecânicos ajuda a garantir que o seu produto esteja em conformidade com normas técnicas e regulamentações. Além disso, ao investir em ensaios mecânicos você investe automaticamente em retorno econômico. O produto terá uma baixa chance de falhar futuramente, aumentando a satisfação do cliente e evitando falhas catastróficas que causem grande prejuízo.

Tipos de ensaios de materiais

Ensaios destrutivos

Para isso, são feitos corpos de prova do material que se pretende analisar, esses seguem padrões estabelecidos por normas técnicas, normalmente da ASTM (American Society for Testing and Materials) de modo que seja possível estabelecer um efeito comparativo entre os ensaios. Nesses ensaios o corpo de prova é totalmente ou parcialmente deformado, tornando-se muitas vezes inutilizável.

Os ensaios destrutivos são utilizados principalmente para determinar ou verificar as propriedades dos materiais para suas aplicações, assim os ensaios destrutivos podem ser realizados em diversos materiais, como polímeros, cerâmicas, metais e compósitos.

Assim, dentre os ensaios destrutivos podemos citar os principais:

1) Tração

No ensaio de tração, é aplicada carga de forma uniaxial no corpo de prova, fornecendo informações sobre a resistência do material obtendo então as seguintes propriedades: limite de resistência à tração, módulo de elasticidade, limite de escoamento, tenacidade e ductilidade. É um ensaio de fácil execução e reprodutibilidade.

2) Compressão

O ensaio de compressão pode ser realizado na mesma máquina do ensaio de tração, o mesmo também fornece informações sobre a resistência do material e é realizado normalmente em materiais frágeis. Nesses casos o ensaio de tração pode levar a uma fratura em tensões abaixo do limite de escoamento. Assim, o ensaio de compressão permite aumentar a deformação e analisar o comportamento do material para esses casos.

3)  Dureza

Os ensaios de dureza possuem execução rápida e fácil. Com isso, o método mais utilizado atualmente consiste na medição através da penetração de um identador no material, e assim a dureza é avaliada através da deformação causada. A medida de dureza obtida pode ser facilmente convertida para diversas escalas, a depender da necessidade de comparação, sendo essas, Rockwell B, Rockwell C, Vickers, entre outras. A dureza fornecida auxilia na determinação da resistência à ruptura do material, assim como na sua capacidade de deformação.

4) Impacto

Os ensaios de impacto consistem nos métodos de Charpy e Izod, e assim, uma carga brusca e repentina é aplicada ao corpo de prova ocasionando a sua ruptura. Assim, é possível analisar o comportamento do material frente a cargas dinâmicas, e consequentemente verificar quanta energia esse absorveu até a sua ruptura. Ademais, também é possível analisar a superfície fraturada, identificando se o material apresenta fratura predominante frágil ou dúctil, o que influenciará na sua aplicação.

5) Torção

Neste ensaio ocorre a aplicação de forças de torção no corpo de prova, de modo a fornecer um gráfico da sua deformação em função da carga aplicada. Nesse caso, a ruptura do material é dada por cisalhamento, e no final do ensaio, obtemos a resistência à torção do material. Logo, esse ensaio é muito útil para assegurar a qualidade do material ensaiado, uma vez que a aplicação de torques é comum em eixos e sistemas de transmissão de movimento, sendo possível prever o seu comportamento.

6) Fadiga

O ensaio de fadiga consiste na aplicação de cargas ou deformações cíclicas no material. Assim é possível se determinar a vida ou resistência em fadiga do material, sendo amplamente utilizado em componentes os quais sofrem solicitação de forma cíclica.
Esse ensaio pode avaliar diferentes solicitações, sendo elas tração-tração, flexão, tração-compressão e torção. O resultado do ensaio é apresentado na forma de uma curva que relaciona a tensão pelo número de ciclos (curva S-N), sendo possível então determinar o limite de fadiga ou resistência à fadiga do material.

Ensaios não destrutivos

Os END não danificam o corpo de prova, esses ensaios são utilizados não para determinar propriedades do material, mas sim para detectar falhas como por exemplo detectar uma trinca, além de detectar descontinuidades após a fabricação do material, evitando uma posterior falha e garantindo a confiabilidade. Portanto, os tipos de falhas que podem ser detectadas pelos END incluem: trincas, porosidade, bolhas, inclusões, delaminações, entre outras.
Os END mais amplamente utilizados são:

1)  Inspeção Visual

A inspeção visual, é uma técnica de END que consiste na observação da peça a olho nu ou com utilização de uma lupa procurando detectar imperfeições na superfície, distorções na estrutura e até mesmo o grau de acabamento de um componente, as quais possam levar a uma posterior falha. Portanto, a inspeção visual requer a atuação de profissionais capacitados para a sua realização. Assim, são fornecidas informações importantes sobre a vida da peça, assim como sobre a necessidade ou não da realização de ensaios destrutivos.

2)  Líquidos Penetrantes

Consiste na aplicação de um líquido na descontinuidade do material analisado, o qual passa por um processo de retirada e posterior aplicação de um revelador. Portanto, com esse processo podemos evidenciar o local exato de trincas, dobras, poros e falhas que antes não eram visíveis a olho nu. O ensaio de líquidos penetrantes é amplamente utilizado para detectar vazamentos em tubos, tanques, e componentes internamente pressurizados.

3)  Ultrassom

Para esse ensaio é utilizado um equipamento específico, o qual transmite sinais elétricos controlados que são transformados em ondas ultrassônicas. Com isso, ao avaliar o tempo de retorno até o detector é possível analisar com alta precisão a presença de descontinuidades no material, podendo essas ser superficiais e até mesmo internas. 

Como podemos ajudar?

A EESC jr. conta com profissionais capacitados para atuar nos ensaios de materiais de um produto ou material, garantindo sua qualidade e segurança ao usuário final. Conte-nos mais sobre o seu problema!! Agende um diagnóstico gratuito.

Texto escrito por Matheus Castaldi Cid, Consultor do Núcleo de Materiais da EESC jr. – Empresa júnior de Engenharia e Arquitetura da USP de São Carlos.