As propriedades mecânicas dos materiais metálicos referem-se às diversas propriedades exibidas sob a ação de forças externas, que determinam a adequação e durabilidade dos materiais em diferentes ambientes. A seguir estão os principais indicadores de propriedades mecânicas de materiais metálicos:
1. Resistência e limite de escoamento
Resistência é a capacidade de um material metálico resistir à ação de uma força externa (carga) e evitar deformação plástica excessiva ou fratura. É o indicador mais básico e um dos mais importantes das propriedades mecânicas dos materiais metálicos. A resistência pode ser dividida em vários tipos, incluindo resistência à tração, resistência à compressão, resistência à flexão e resistência ao cisalhamento, entre as quais a resistência à tração é a mais comumente utilizada.
- Resistência à tração (σb ou Rm): refere-se ao valor máximo de tensão que um material pode suportar durante a tração, ou seja, a tensão máxima que pode ser alcançada antes do arrancamento. Reflete a capacidade do material de resistir à fratura, simbolizada como Rm ou σb, e a unidade é MPa (megapascais). A resistência à tração é um parâmetro importante para avaliar a tenacidade e a capacidade de deformação plástica de um material.
- Resistência ao escoamento (σs ou ReL, Rp0.2): refere-se ao material no processo de tração, quando a tensão atinge um determinado valor crítico, mesmo que a tensão não seja mais aumentada, o material continuará a sofrer deformação plástica significativa do valor da tensão. Para materiais com fenômeno de escoamento óbvio, o limite de escoamento é o ponto de escoamento da tensão; para materiais sem fenômeno de escoamento óbvio, geralmente é estipulado produzir 0,2% de deformação residual do valor da tensão como seu limite de escoamento, conhecido como condição de limite de escoamento. A resistência ao escoamento é o início da deformação plástica do material é um símbolo importante, mas também o projeto estrutural dos indicadores de resistência comumente usados.
2. Plasticidade e alongamento
Plasticidade refere-se à capacidade de um material metálico produzir deformação plástica significativa sem fratura quando sujeito a forças externas. Um material com boa plasticidade pode absorver uma grande quantidade de energia através da deformação plástica, melhorando assim a sua capacidade de resistir ao impacto e à fadiga.
- Alongamento (δ): A porcentagem do alongamento total de um material após a ruptura por tração em relação ao comprimento original marcado. É um importante indicador da plasticidade de um material. A engenharia geralmente δ Maior ou igual a 5% do material é chamada de materiais plásticos, como aço-carbono, alumínio, cobre, etc.; e δ Menor ou igual a 5% do material são chamados de materiais frágeis, como ferro fundido, vidro, cerâmica, etc..
- Encolhimento da seção (ψ): refere-se à porcentagem da área máxima reduzida da seção em relação à área de fratura original do material após a fratura por tração. É também um índice importante para medir a plasticidade do material. Juntamente com o alongamento, pode avaliar de forma abrangente a capacidade de deformação plástica do material.
3. Dureza
Dureza é a capacidade de um material resistir a outros objetos mais duros pressionados em sua superfície. É um indicador do grau de dureza e maciez do material e também é um parâmetro importante que reflete a resistência ao desgaste e o desempenho de corte do material.
- Dureza Brinell (HBS, HBW) e dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC): são dois métodos de teste de dureza comumente usados. A dureza Brinell é aplicável a materiais mais macios, enquanto a dureza Rockwell é aplicável a materiais mais duros. O teste de dureza pode ser utilizado não apenas para avaliar as propriedades mecânicas do material, mas também para verificar a qualidade da camada superficial do material, como descarbonetação e carburação.
4. Resistência ao impacto
A tenacidade ao impacto é a capacidade de um material resistir a cargas de impacto. É um importante indicador da resistência à fratura de materiais sob carregamento dinâmico.
- Valor de resistência ao impacto (Ak): geralmente em joules/centímetro quadrado (J/cm²) como unidade, indicando a capacidade do material de absorver energia sob a ação da carga de impacto. Um material com boa tenacidade ao impacto possui alta resistência à fratura por impacto e é adequado para aplicações onde é necessário aplicar cargas de impacto.
5. Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é a relação entre tensão e deformação durante a fase de deformação elástica de um material. É uma medida importante da rigidez de um material.
- Módulo de elasticidade (E): geralmente expresso em Pascal (Pa) ou Gigapascal (GPa). Para materiais metálicos comuns, como o aço, o módulo de elasticidade está normalmente entre 200-210 GPa. Materiais com alto módulo de elasticidade também apresentam alta rigidez e alta resistência à deformação elástica.
6. Resistência à fratura
A tenacidade à fratura é a capacidade de um material resistir à extensão da trinca quando contém trincas. É um importante indicador da resistência de um material à fratura frágil.
- Resistência à fratura (KIC): indica o fator de intensidade de tensão do material sob condições de deformação plana, quando a trinca começa a se expandir. Materiais com alta tenacidade à fratura também apresentam forte resistência à fratura frágil e são adequados para aplicações que exigem ambientes de alta tensão ou baixa temperatura.
7. Resistência à fadiga
A resistência à fadiga é a capacidade de um material resistir aos danos por fadiga sob cargas alternadas. É um indicador importante da-vida útil de longo prazo de um material.
- Limite de fadiga (σ-1): indica o valor máximo de tensão de um material sob tempos infinitos de carga alternada sem danos por fadiga. Materiais com alta resistência à fadiga também têm uma vida útil longa e são adequados para ocasiões em que precisam suportar cargas alternadas.
Os indicadores de propriedades mecânicas de materiais metálicos incluem resistência, plasticidade, dureza, tenacidade ao impacto, módulo de elasticidade, tenacidade à fratura e resistência à fadiga. Esses indicadores juntos determinam a aplicabilidade e durabilidade dos materiais metálicos em diferentes ambientes. Em aplicações práticas, é necessário selecionar os materiais metálicos adequados de acordo com os requisitos específicos de uso, a fim de obter a melhor qualidade do produto e efeito de uso.
