Explicação da resistência ao rendimento:definição, importância, gráficos e como calcular

Compreender as diferentes tensões que um material experimenta é a chave para saber como ele responderá quando for um produto e enfrentar pressões e tensões no mundo real. Quando você tiver uma ideia de como ele se comportará, você terá a tranquilidade apoiada pela ciência sobre os materiais que escolher e saberá até que ponto algo pode esticar, dobrar ou comprimir antes de quebrar e deformar. Um conceito útil que se enquadra neste guarda-chuva de tensões é a medição do limite de escoamento, que exploraremos mais detalhadamente mais adiante.

O que é limite de rendimento?

A resistência ao escoamento informa aos engenheiros quando um material passa da deformação elástica para a deformação plástica, sendo a primeira algo de onde deveria se recuperar e a última um ponto no qual não pode mais retornar à sua forma ou formato original. Pode ser calculado através de uma fórmula específica, que veremos a seguir. Mas primeiro, é importante compreender como fica traçado num gráfico e que outros pontos existem num gráfico tensão-deformação.

Como o limite de rendimento se relaciona com a impressão 3D?

A resistência ao escoamento é relevante para a impressão 3D porque a resistência de uma peça impressa em 3D é amplamente baseada no material, na orientação e na qualidade da impressão. As peças impressas em 3D são mais fortes dentro do plano de cada camada impressa do que na direção da pilha formada de camadas impressas. As ligações moleculares entre as camadas são mais fracas do que aquelas dentro das camadas, portanto, se for aplicada força excessiva, elas podem delaminar. Orientar uma peça para aproveitar a melhor resistência dentro da camada pode aumentar o limite de escoamento geral da peça.

Para saber mais, consulte nosso guia completo tudo o que você precisa saber sobre impressão 3D.

A resistência ao escoamento afeta o desempenho de um material impresso em 3D?

Sim, o limite de escoamento de um material impresso em 3D tem um grande impacto em seu desempenho. Uma peça impressa em 3D com limite de escoamento inadequado pode deformar-se plasticamente sob as cargas normais de serviço em uma aplicação. A deformação plástica não só reduz a capacidade de carga da peça, mas também aumenta a probabilidade de ocorrência de uma fratura.

Como compreender o gráfico da curva tensão-deformação da resistência ao escoamento?

Para obter uma representação visual do limite de rendimento, você pode colocar pontos em uma curva tensão-deformação – mas o limite de rendimento não é a única coisa que pode ser calculada e apresentada neste gráfico. Abaixo, você pode ver um exemplo de sua aparência e detalharemos os outros recursos que você notará.

Para saber mais, consulte nosso artigo sobre a curva tensão-deformação.

Quais são as diferentes maneiras de explicar o gráfico tensão-deformação da resistência ao escoamento?

O ponto de escoamento é apenas um ponto em uma curva tensão-deformação. Ao redor desse ponto estão outras características que podem ser descritas e medidas a partir de uma curva tensão-deformação. Esses pontos de interesse e regiões são explicados na lista abaixo:

1. Ponto de rendimento

Este é o ponto que mostra quando começa a deformação plástica e dá aos fabricantes e engenheiros uma ideia de como um material resistirá à resistência à tração. Ao traçar você mesmo, depois de calcular a fórmula, você descobrirá que ela existe onde termina a porção linear da curva tensão-deformação e onde começa a porção não linear. Curiosamente, você também notará que alguns materiais têm dois pontos de escoamento, como aço-carbono.

2. Limite Elástico

Olhar para este ponto indica a quantidade máxima de deformação que um material pode suportar antes de se deformar permanentemente. Assim que a tensão diminuir, ela retornará à sua forma original, mas se você ultrapassar esse limite, ocorrerá deformação. É a última parada no caminho para a deformação antes que o ponto de escoamento apareça. 

3. Limite de proporcionalidade

Você encontrará este ponto no final da porção linear da curva tensão-deformação e compartilha o ponto em que a tensão e a deformação não são mais diretamente proporcionais entre si. Para encontrar esse número, você usaria o módulo de Young, também conhecido como módulo de elasticidade. 

4. Limite Elástico Verdadeiro

Este ponto não é usado com frequência, mas mostra quando a estrutura cristalina de um material começa a mudar sob tensão – especificamente a menor quantidade de tensão quando isso começa a acontecer. A razão pela qual raramente é mostrado ou pensado muito é porque é um ponto difícil de detectar.

5. Pontos de rendimento superior e inferior

O limite superior de rendimento mostra quando a estrutura cristalina do material começa a ver deslocamentos em sua estrutura, mas é fortemente impactado até mesmo pelas menores influências na deformação e no equipamento de teste que está sendo usado, por isso não é totalmente confiável quando se trata de escolhas de projeto e engenharia. O ponto de escoamento mais baixo, no entanto, é muito mais fácil de repetir nos testes e é o período em que as bandas Luders aparecem em uma seção de teste, pouco antes do início do endurecimento por deformação.

6. Tensão de rendimento compensada (tensão de prova)

Isso também é chamado de tensão de prova e é o método mais comum de descrever o limite de escoamento de um material. Você pode encontrá-lo desenhando uma linha paralela à porção linear da curva tensão-deformação. Onde este ponto e a curva tensão-deformação se cruzam é ​​a resistência ao rendimento. 

O que significa estreitamento e fratura no teste de resistência ao escoamento?

Estes não são pontos na curva, mas sim coisas que podem acontecer a um material durante o teste de resistência ao escoamento. O estreitamento é uma forma de deformação que ocorre antes que uma fratura ocorra nos níveis máximos de tensão de engenharia e geralmente é limitada a uma parte específica do material. Então ocorrerá uma fratura ou ruptura. Uma vez que ocorre o estreitamento, a tensão diminuirá porque a área da amostra diminuiu.

Qual é a importância da resistência ao rendimento?

O limite de escoamento é importante porque caracteriza a tensão mais alta que um material pode tolerar antes que ocorra deformação permanente. A tensão de escoamento de um material é frequentemente usada por engenheiros para determinar a carga máxima permitida que uma peça ou estrutura projetada pode suportar. Conhecendo o limite de escoamento de um material, os engenheiros podem projetar peças mais seguras e duráveis.

Qual é a fórmula para o limite de rendimento?

Para calcular o limite de escoamento, você pode confiar na fórmula que sempre é usada para determinar a tensão em geral. Você pode ver como a fórmula fica escrita abaixo.

O símbolo F nesta equação significa força aplicada e A0 é a área da seção transversal da amostra de material que você está testando.

O valor é normalmente expresso em Pascal (Pa), a unidade SI para tensão, ou em libras por polegada quadrada (psi). O limite de escoamento é geralmente escrito como σY, que usa a letra grega Sigma para representar tensão de engenharia e Y para rendimento. Você também pode encontrá-lo escrito como SY.

Qual é a unidade de resistência ao rendimento?

A resistência ao escoamento é geralmente expressa em Pascal (Pa), a unidade SI para tensão, ou em libras por polegada quadrada (psi). 

Qual é o símbolo da resistência ao rendimento?

O símbolo para o limite de escoamento é σY. A letra grega σ é o símbolo usado para tensão de engenharia, enquanto o subscrito “Y” significa “rendimento”. Ocasionalmente, “SY” também é usado para denotar o limite de escoamento.

Como você lê a resistência ao rendimento em um gráfico de tensão-deformação?

Para ler um gráfico de resistência ao escoamento (curva tensão-deformação), primeiro escolha um valor de tensão no eixo Y. Segundo, desenhe uma linha horizontal que se estenda entre o ponto selecionado no eixo Y até a linha do gráfico tensão-deformação. Terceiro, marque o ponto de intersecção da linha desenhada e o gráfico de limite de escoamento. Em seguida, desenhe uma linha vertical começando do ponto marcado até o eixo X. O ponto onde a linha vertical cruza o eixo X é a deformação que corresponde à tensão selecionada no eixo Y.

Quais são exemplos de resistência ao rendimento

A comparação de materiais muitas vezes pode dar a melhor ideia de como o limite de escoamento é representado e como são os valores típicos - colocamos alguns exemplos aqui:

1. Aços: Dependerá de como o aço é forjado, formado e criado, mas o aço A36 laminado a quente oscila em torno de 220 MPa, e os aços que foram temperados ou revenidos em óleo podem ter um valor mais alto de até 1.570 MPa.
2. Aços inoxidáveis: A faixa para aços inoxidáveis pode começar em torno de 250 MPa para um aço inoxidável austenítico, enquanto um aço inoxidável endurecido por precipitação pode ter um limite de escoamento de até 1.000 MPa.
3. Ligas de alumínio: Estes tendem a ser inferiores ao aço, mas superiores ao plástico. Um alumínio de grau 1100 tem um limite de escoamento médio de cerca de 24 MPa, enquanto um alumínio 7075 tem um limite de escoamento médio de cerca de 483 MPa. 
4. Plásticos: Dependendo do plástico com o qual você está trabalhando, você pode esperar uma resistência ao escoamento de 4 MPa para algo como PVC plastificado e 300 MPa de uma poliamida preenchida com fibra de carbono.

Qual dispositivo é usado para medir a resistência ao escoamento?

Uma máquina de teste universal, também conhecida como máquina de teste de tração, é usada para medir o limite de escoamento. Estas máquinas realizam testes de tração durante os quais uma carga de tração continuamente crescente é aplicada a um corpo de prova, normalmente a uma taxa de deformação constante. À medida que a carga é aplicada, a tensão e a deformação sofridas pela amostra de teste são capturadas digitalmente e representadas graficamente.  A tensão é exibida no eixo Y, enquanto a deformação é mostrada no eixo X. A resistência ao escoamento é determinada criando uma linha paralela e deslocada com deformação positiva de 0,2% a partir da porção linear do gráfico tensão-deformação. A tensão no ponto de intersecção da linha de deslocamento e o gráfico tensão-deformação é a resistência ao escoamento do material.

Para saber mais, consulte nosso artigo sobre a máquina de teste de tração.



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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