Explicação da resistência à tração:principais definições, importância, tipos e exemplos do mundo real

Para os fabricantes, a resistência à tração é uma das primeiras coisas necessárias na hora de escolher um material adequado para seus produtos. Neste artigo, abordaremos exatamente o que é, como difere de outras especificações semelhantes e como calculá-lo.

O que é resistência à tração?

A resistência à tração de um material é quanta carga ou força de tração ele pode suportar em uma área específica antes de se esticar ou quebrar permanentemente. Embora a sua resistência ao escoamento seja o ponto imediatamente antes de o material começar a esticar de uma forma que não possa voltar à sua forma original, a resistência à tração é o ponto em que ele quebra. Um material como o aço tem alta resistência à tração, mas um elástico estará bem na parte inferior da escala. 

Para materiais que se esticam de forma previsível – como uma mola, por exemplo – a resposta à força aplicada, a sua “elasticidade”, dependerá da sua “zona elástica linear”. Se a força estiver dentro desta zona, a mola retornará à sua forma original assim que a força acabar. Caso contrário, o material quebrará ou será danificado sem possibilidade de reparo. Você pode ver como a força de tração difere de outros tipos em termos de direção no diagrama abaixo.

Qual é a importância de realizar um teste de resistência à tração?

Testes de tração são usados para aprender sobre as propriedades de resistência de novas formulações de materiais. É utilizado para verificar os resultados de tratamentos térmicos de outros processos, ou para verificar se um lote de material atende às suas especificações originais. A validação das propriedades das matérias-primas recebidas é uma parte crítica do controle do processo e da prevenção de falhas. Isso acontece se um fornecedor faz o teste e o cliente aceita, ou se o cliente escolhe verificar as afirmações do fornecedor sobre uma grande quantidade de material.

Na fábrica do fabricante da peça, testar a resistência à tração dos materiais pode ser uma etapa de controle do processo. Ajuda a garantir que os materiais estejam nas condições corretas em relação ao tratamento térmico, endurecimento, cura ou qualquer outra etapa de fabricação que altere a resistência e a ductilidade do material. Num ambiente de pesquisa e desenvolvimento, o teste de tração é uma maneira fácil de verificar se uma formulação proposta possui as características procuradas para uma nova aplicação ou para melhoria de uma já existente.

Os testes de tração podem ser realizados em barras de teste moldadas ou usinadas a partir de matéria-prima. Eles também podem ser usinados a partir de um molde real ou de um componente usinado se houver uma necessidade crítica de verificar as propriedades em uma seção de uma peça grande.

Qual é a importância da resistência à tração em peças impressas em 3D?

A resistência à tração é um fator importante na impressão 3D, especificamente devido ao potencial de propriedades de tração direcionais. Por exemplo, peças plásticas impressas em 3D usando a tecnologia FDM (modelagem de deposição fundida) terão uma resistência à tração menor ao longo do eixo z, onde o eixo z se refere à altura vertical da peça. Isso ocorre porque as camadas individuais não estão completamente fundidas entre si e apenas estão em contato umas com as outras em uma pequena área de superfície.

Muitas folhas de dados de materiais impressos em 3D indicarão as resistências à tração em diferentes direções dentro do material (geralmente nas direções Z e XY). Outras tecnologias de impressão 3D, como SLM (fusão seletiva a laser), produzirão peças com estrutura isotrópica, o que significa que suas propriedades são iguais em todas as direções.

Qual é a resistência à tração ideal para materiais de impressão 3D?

A resistência à tração ideal depende da aplicação da peça, do material utilizado e da magnitude e direção das cargas aplicadas. Por exemplo, se uma peça for carregada apenas em compressão, a resistência à tração não importa. Ou se a peça for um invólucro para componentes eletrônicos, a resistência à tração é menos importante do que as propriedades antiestáticas e de absorção de umidade. Ao projetar peças impressas em 3D, o material é selecionado com base na aplicação e não o contrário. 

É importante determinar a resistência à tração de materiais impressos em 3D?

Sim, é importante determinar a resistência à tração dos materiais impressos em 3D. Porém, somente se a peça impressa em 3D for exposta a cargas mecânicas. Por exemplo, ao projetar uma peça ABS impressa em 3D, seria um erro usar as propriedades normais do ABS. O material de impressão 3D pode ter menor resistência à tração em comparação com a resistência à tração teórica do material com base na tecnologia de impressão 3D utilizada.

Como calcular a resistência à tração de um material?

Para medir corretamente a resistência à tração, dividimos a força por unidade de área da seção transversal do material em vez de toda a sua superfície. Mas você não será capaz de calcular diretamente a resistência à tração de um material sem primeiro conhecer sua curva tensão-deformação.

σ =F/A – eq 1

• σ =estresse
• F =força
• A =área

A unidade de resistência à tração do SI é MPa (N/mm2). Basicamente, a resistência é igual à tensão no ponto de ruptura do material, e este ponto de ruptura pode ser caracterizado pela força por unidade de área.

Quais são os diferentes tipos de resistência à tração?

Existem alguns tipos diferentes de resistência à tração, mas o termo pode significar o que for mais útil para você. Por exemplo, números elaborados sob condições padrão serão mais úteis para engenheiros que desejam comparar formulações ou lotes de materiais, ou para aqueles que estão tentando descobrir se um material será bom para uma tarefa específica. Os tipos mais comuns usados ​​são resistência ao escoamento, resistência à tração final e resistência à ruptura, e veremos isso com mais detalhes abaixo.

1. Força de rendimento

Conforme mencionado um pouco antes, o limite de escoamento é o ponto em que a deformação permanente (ou plástica) começa em um material. Para o aço, isto ocorre quando ele foi deformado além do seu limite proporcional, geralmente visto como uma linha reta em uma curva tensão-deformação. Para materiais sem um ponto de escoamento distinto, como o alumínio, o limite de escoamento é relatado como a tensão que coincide com a deformação de 0,2%. Na maioria dos casos, as peças metálicas são projetadas para manter as tensões no ambiente de serviço abaixo do limite de escoamento. No caso de materiais muito frágeis, como a cerâmica, estes falharão com deformações muito pequenas e não cederão de todo. Outros materiais, como os elastômeros, podem ser esticados muitas vezes seu comprimento original sem quebrar e apenas apresentam uma pequena deformação permanente quando a carga é removida.

2. Força de ruptura

Também conhecida como resistência à fratura, refere-se ao ponto em que o material não suporta mais carga e quebra. Isto pode ser visto como o ponto final de uma curva tensão-deformação, ou seja, o ponto “ε ”No diagrama de limite de escoamento acima. O ponto de ruptura também é o ponto usado para medir o alongamento total.

3. Força Suprema

Esta é a tensão máxima que um material pode suportar antes de quebrar sob uma carga de tração. Alguns metais sofrerão endurecimento por deformação após ultrapassarem seu ponto de escoamento e continuarão a se deformar à medida que a tensão aumenta até atingirem a resistência à tração máxima do material. Nem todos os materiais, por exemplo os plásticos, terão uma resistência à tração final bem definida.

Qual material tem a maior resistência à tração?

O material que apresenta maior resistência à tração é o grafeno. O grafeno tem uma resistência à tração de aproximadamente 130 GPa, tornando-o mais forte que os nanotubos de carbono, que até recentemente tinham a maior resistência à tração. Esses materiais são muito mais fortes que o metal elementar mais forte, o tungstênio, que tem uma resistência à tração final de 0,98 GPa, ou o Inconel® tratado termicamente, um pouco mais forte, com uma resistência à tração final de 1,034 GPa. Deve-se notar, entretanto, que nem o grafeno nem os nanotubos de carbono podem ser produzidos em massa de forma barata. 

Qual material tem a menor resistência à tração?

Os plásticos tendem a ter resistência à tração muito baixa em comparação com metais e cerâmicas. Por exemplo, o LDPE (polietileno de baixa densidade) tem uma resistência à tração de 10 MPa. Definir o material com a menor resistência à tração é difícil, pois os materiais de baixa resistência à tração têm aplicação prática limitada, especificamente para usos de suporte de carga. A listagem de materiais baseados em baixa resistência à tração não é uma prática comum. 

Qual dispositivo é usado para medir a resistência à tração?

Um testador de tração é usado para medir a resistência à tração de uma amostra. Esta máquina segura a peça de teste em cada extremidade e aplica uma quantidade controlada de força de tração a ela, a uma taxa constante.  A máquina registra automaticamente dados sobre a carga aplicada e o deslocamento das garras para análise posterior.


Para saber mais, consulte nosso artigo completo sobre Máquina de teste de tração.

Quais são as aplicações da resistência à tração?

A resistência à tração é uma propriedade do material e não tem aplicação.

Quais são os fatores que podem afetar a resistência à tração de um material?

A resistência à tração pode ser afetada por vários fatores, como.

1. Temperatura :A resistência à tração de um material geralmente diminui quando sua temperatura aumenta. Abaixo da temperatura ambiente, a maioria dos materiais torna-se ligeiramente mais resistente, mas também se torna menos dúctil.
2. Endurecimento por trabalho :Todo o conceito do processo é deformar plasticamente um material para torná-lo mais duro. Ao rolar, martelar, dobrar ou esticar um metal, sua estrutura cristalina passa por mudanças microscópicas que aumentam o rendimento e a resistência à tração final, ao mesmo tempo em que reduzem sua ductilidade.
3. Aditivos :Fibra de vidro ou carbono adicionada a um material pode aumentar a resistência à tração de não metais, como o náilon, por exemplo.
4. Tratamento térmico :Assim como o endurecimento, isso também altera a microestrutura do metal e, dependendo do tipo de tratamento, pode resultar em um aumento OU em uma diminuição na resistência à tração.
5. Defeitos :Defeitos superficiais e internos podem reduzir a resistência à tração de um material, pois criam pontos fracos onde as rachaduras podem começar.

Quais são os dois tipos de falha na resistência à tração?

Existem dois tipos principais de ruptura por resistência à tração:frágeis e dúcteis.

1. Falha frágil

A falha frágil ocorre principalmente com materiais duros, como ferro fundido. O material não se deformará muito antes de falhar repentinamente.


Para saber mais, consulte nosso artigo sobre Falha Frágil

2. Falha Dúctil

A falha dúctil é o principal modo de falha por tração para muitos aços estruturais e materiais mais macios, como o alumínio, e é gradual em vez de instantânea. Depois que o material começa a escoar, a deformação plástica continua e depois se localiza, produzindo um “gargalo” que será o local da separação final do material.


Para saber mais, consulte nosso artigo sobre Falha Dúctil

Perguntas frequentes sobre resistência à tração

Qual é a diferença entre resistência à tração e tensão de tração?

A tensão de tração de um material é a quantidade de força por unidade de área que ele experimenta devido a uma carga de tensão, mas a resistência à tração é seu rendimento, resistência final ou resistência à fratura.

Qual é a diferença entre resistência à tração e resistência ao escoamento?

A resistência à tração de um material mostra quão bem ele pode resistir às cargas de tensão aplicadas a ele. Várias métricas de resistência à tração especificamente definidas são valiosas para os engenheiros:resistência ao escoamento, a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente e resistência à tração final, muitas vezes referida simplesmente como "resistência à tração", abreviadamente, que é a tensão máxima que um material pode suportar antes que a falha se torne inevitável.

Qual é a melhor resistência à tração para impressão 3D?

Ao projetar peças impressas em 3D, o material é selecionado com base na aplicação e não o contrário. Depende também do tipo de material e da direção e quantidade das cargas. Por exemplo, se uma peça for carregada apenas em compressão ou se for um invólucro para componentes eletrônicos (onde as propriedades antiestáticas e de absorção de umidade são mais importantes), então a resistência à tração não importa muito. Se a peça for exposta a cargas mecânicas, você definitivamente precisará saber a resistência à tração.

Por exemplo, se você estiver projetando uma peça ABS impressa em 3D, seria um erro usar as propriedades normais do ABS. O material de impressão 3D pode ter menor resistência à tração em comparação com a resistência à tração teórica do material com base na tecnologia de impressão 3D utilizada. Muitas folhas de dados de materiais impressos em 3D mostrarão as resistências à tração em diferentes direções dentro do material (geralmente nas direções Z e XY). Outras tecnologias de impressão 3D, como SLM (fusão seletiva a laser), produzirão peças com estrutura isotrópica, o que significa que suas propriedades são iguais em todas as direções.



Kat de Naoum

Kat de Naoum é escritora, autora, editora e especialista em conteúdo do Reino Unido com mais de 20 anos de experiência em redação. Kat tem experiência em escrever para diversas organizações técnicas e de manufatura e adora o mundo da engenharia. Além de escrever, Kat foi paralegal por quase 10 anos, sete dos quais em finanças de navios. Ela escreveu para muitas publicações, tanto impressas quanto online. Kat é bacharel em literatura e filosofia inglesa e mestre em redação criativa pela Kingston University.

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