Lidamos frequentemente com objectos feitos de materiais como o aço, o alumínio ou o plástico. Alguma vez se perguntou como é que os especialistas determinam a quantidade de tensão que um material pode suportar? É aqui que entram em jogo duas propriedades essenciais dos materiais, o limite de elasticidade e a resistência à tração. Muitas pessoas confundem estes dois termos, uma vez que ambos estão relacionados com a resistência. Esta confusão leva frequentemente a debates sobre limite de elasticidade vs. resistência à tração.
O limite de elasticidade e a resistência à tração apenas parecem semelhantes. No entanto, descrevem fases muito diferentes do comportamento do material sob tensão. É por isso que, ao lidar com qualquer metal ou plástico, é fundamental conhecer as diferenças entre os dois. Se é a primeira vez que está a aprender estes conceitos, não se preocupe! Neste guia, explicarei a principal diferença entre a tensão de cedência e a tensão de rotura da forma mais simples possível. Por isso, vamos lá começar!
Visão geral da resistência ao escoamento e da resistência à tração
Comecemos por compreender o que é o limite de elasticidade.
O limite de elasticidade é a quantidade de tensão a que um material começa a deformar-se permanentemente. Por outras palavras, no ponto de cedência, um material começa a perder a sua elasticidade sem quebrar. Após este ponto, o material não voltará à sua forma original.
Vou explicar em palavras mais simples. Quando se estica um material, este atinge um ponto em que começa a perder a sua elasticidade. No entanto, não a perde totalmente. Este é o ponto exato, que se designa por ponto de cedência. Isto significa que, antes de atingir o ponto de cedência, um material ainda pode voltar à sua forma original quando a tensão é libertada. No entanto, após o ponto de cedência, o material não voltará à sua forma original e deformar-se-á permanentemente.
A resistência à tração é a quantidade máxima de força que um material pode suportar antes de se partir. Em termos simples, é o ponto em que o material se parte e já não consegue voltar à sua forma original. Falha ou fratura permanentemente sob tensão.
Como referi anteriormente, no ponto de cedência, um material começa a dobrar ou a deformar-se. Antes do ponto de cedência, o material ainda pode suportar alguma tensão. Mas a resistência à tração representa o limite máximo da capacidade de um material para resistir à rutura sob tensão. Na resistência à tração, ocorrem as seguintes condições num material:
- Estica-se elasticamente.
- Cede (começa a deformação permanente).
- Estica-se mais.
- Atinge a tensão máxima.
- Quebra
A tensão máxima que um material pode suportar antes de se partir é a sua resistência à tração.
Unidade de resistência à tração e resistência ao escoamento
Curiosamente, tanto a resistência à tração como a resistência ao escoamento são medidas nas mesmas unidades. Estas incluem:
- Pascal (Pa)
- Megapascal (MPa)
- Libras por polegada quadrada (psi)
Resistência ao escoamento vs. Resistência à tração: Principais diferenças
Agora já tem uma noção básica da resistência à tração e do limite de elasticidade dos materiais. Certo? Vamos comparar a resistência à tração e o limite de elasticidade e ver o que os distingue.
1- Fase do comportamento dos materiais
A principal diferença entre a tensão de cedência e a tensão de rotura é a fase em que ocorrem sob tensão. Se discutirmos a tensão de cedência, podemos dizer que ocorre numa fase anterior quando é aplicada uma força ao material. Por outras palavras, na fase de cedência, o material começa a deformar-se permanentemente. Antes do ponto de cedência, o material pode voltar à sua forma original quando a tensão é removida.
Uma vez atingida a fase de cedência, o material já não recupera totalmente. Por outro lado, a resistência à tração surge muito mais tarde do que a resistência ao escoamento. Basicamente, é a fase final do comportamento de um material sob tensão. Nesta altura, o material já atingiu o seu ponto de cedência e sofre finalmente uma deformação permanente. O material atinge a sua resistência máxima a uma força de tração e parte-se.
2- Tipo de deformação
A tensão de cedência e a tensão de rotura diferem no tipo de deformação que provocam no material. A deformação refere-se a uma alteração na forma causada pela tensão aplicada. Lembre-se que esta alteração pode ser permanente ou temporária, dependendo da força aplicada. Por exemplo, no limite de elasticidade, o material encontra-se inicialmente na fase de deformação elástica.
Significa que se libertarmos a tensão, o material regressa à sua forma original sem se partir. Quando o ponto de cedência é ultrapassado, o material sofre uma deformação permanente. Mas no ponto de resistência à tração, o material sofre uma deformação extrema. Quando um material atinge a sua resistência à tração, já se deformou. Mesmo que a tensão seja removida, não voltará à sua forma original e acabará por fraturar.
3- Posição na curva tensão-deformação
A curva tensão-deformação é um gráfico que mostra como um material responde a uma força aplicada. Nesta curva, a tensão de cedência e a tensão de rotura aparecem em posições diferentes. Como? Na verdade, o limite de elasticidade na curva tensão-deformação encontra-se perto do final da parte reta da curva. Esta posição indica que o material está sob tensão mas não está permanentemente deformado.
Mostra o comportamento elástico de certos materiais e pode ser devolvido à sua forma original. No entanto, a resistência à tração na curva tensão-deformação está no topo da curva. A altura da curva indica que o material está sob tensão muito elevada e está prestes a quebrar. A altura da curva indica que o material está sob tensão muito elevada e está prestes a quebrar.
4- Papel no projeto de engenharia
No projeto de engenharia, o limite de elasticidade e a resistência à tração desempenham papéis diferentes, mas essenciais. Os engenheiros utilizam estes dois valores para garantir que um material é seguro para um trabalho específico. Por exemplo, a tensão de cedência é utilizada principalmente como um limite de conceção. Em termos simples, para os engenheiros, a tensão de cedência é o limite seguro que não deve ser ultrapassado.
Ao conceberem qualquer material, asseguram que a tensão aplicada se mantém abaixo do limite de elasticidade do material. Isto evita que o material se dobre ou mude permanentemente de forma. Por outro lado, a resistência à tração é utilizada principalmente para compreender o limite máximo de rutura de um material.
Conhecendo a resistência à tração, os engenheiros podem determinar a tensão máxima que um material pode suportar antes de se partir. Isto ajuda-os a determinar o ponto de rutura final e as verificações de segurança para materiais específicos. Conhecendo este valor, o engenheiro começa a explorar formas de evitar a rotura do material.
5- Método de teste e identificação
Tanto o limite de elasticidade como a resistência à tração são medidos através de ensaios de tração. Um ensaio de tração é uma experiência que mede o comportamento de um material quando é puxado ou esticado. Ajuda os engenheiros a compreender a resistência, a elasticidade e o ponto de rutura dos materiais. A máquina utilizada para esta experiência é designada por testador de tração.
É equipamento de ensaio que tem duas pinças: uma segura a parte superior da amostra e a outra segura a parte inferior. Quando se liga o aparelho de teste de tração, este puxa a amostra lentamente. Ao longo do tempo, regista a tensão aplicada e o alongamento do material.
Depois disso, o aparelho de teste gera automaticamente as curvas de tensão-deformação. A partir desta curva, é possível ler as forças de tração e de rendimento de um material. Para garantir resultados precisos e consistentes, os testes de tração seguem normas de teste internacionais. Estas incluem:
- Normas ASTM (American Society for Testing and Materials): ASTM E8 para metais.
- Normas ISO (International Organization for Standardization): ISO 6892.
6- Importância da seleção de materiais
Tanto a resistência à tração como a resistência ao escoamento ajudam a escolher o material certo, mas de formas diferentes. Como? Por exemplo, a tensão de cedência é crítica quando a forma de um material é importante. Os engenheiros escolhem materiais com elevada tensão de cedência. Isto garante que a peça não se deforma permanentemente em condições normais.
Em contrapartida, a resistência à tração ajuda-o a escolher o material que não se parte sob tensão extrema. Através de ensaios de tração, os engenheiros determinam a resistência máxima à rutura de um material. Como resultado, têm a certeza de que o material não se partirá subitamente em condições severas. Em suma, a resistência à tração garante que o material não se parte. No entanto, o limite de elasticidade garante que o material mantém a sua forma.
7- Utilização em aplicações do mundo real
O limite de elasticidade e a resistência à tração não são apenas conceitos teóricos. Ambos são utilizados em várias aplicações, ajudando os fabricantes a escolher o material mais fiável. Por exemplo, se discutirmos as aplicações do limite de elasticidade, estas incluem:
- Construir vigas e pontes: O limite de elasticidade ajuda a selecionar o aço utilizado na estrutura para que não se deforme.
- Quadro de automóvel: O limite de elasticidade ajuda a garantir que as peças do veículo se mantêm em forma durante a condução.
- Peças de máquinas: Os veios, as engrenagens e as alavancas têm de suportar cargas pesadas sem se deformarem. O limite de elasticidade ajuda a garantir a fiabilidade destas peças de máquinas.
Vamos agora discutir as aplicações da resistência à tração em vários sectores.
- Cabos e cordas: A resistência à tração ajuda a garantir que os cabos utilizados em elevadores e gruas não se partem.
- Fixadores e parafusos: A resistência à tração ajuda a garantir que os fixadores mantêm as peças unidas sem se partirem.
- Peças para aeronaves: Os materiais utilizados são seguros e capazes de suportar cargas pesadas.
Porque é que a resistência ao escoamento tem mais importância do que a resistência à tração?
O limite de elasticidade é mais importante porque determina quando um material começa a dobrar-se ou a mudar permanentemente de forma. No mundo real, os engenheiros concentram-se principalmente na forma e na função dos materiais. Se um material se deformar, pode causar problemas graves, mesmo que não se parta. Por isso, os engenheiros e os peritos dão importância ao limite de elasticidade de um material.
Como resultado, certificam-se de que a tensão aplicada a determinados materiais é inferior aos seus pontos de cedência para que não se deformem. Além disso, a resistência à tração é muito superior ao limite de elasticidade. Os materiais em condições normais raramente atingem esse ponto. É por isso que a resistência à tração é menos crítica para os materiais de conceção normais. Em suma, a resistência à tração só é importante em situações de emergência. Isto ajuda a manter a segurança, a estabilidade e o desempenho a longo prazo.
Conclusão
A resistência à tração e o limite de elasticidade são termos-chave na ciência dos materiais. No entanto, muitas pessoas confundem-nos e consideram-nos frequentemente a mesma coisa. Por isso, neste artigo, explorei as principais diferenças entre tensão de rotura e tensão de cedência. Por exemplo, a tensão de cedência é o ponto em que um material começa a deformar-se. Antes deste ponto, o material pode regressar à sua forma original.
Quando a tensão de cedência é excedida, o material não pode voltar à sua forma original. Em contrapartida, a resistência à tração é a tensão máxima que um material pode suportar antes de se partir. Mostra a tensão máxima que um material pode suportar. Este ponto surge muito mais tarde do que o limite de elasticidade. Neste ponto, o material não pode voltar à sua forma original. Conhecer a diferença entre tensão de rotura e tensão de cedência ajuda-o a escolher o material certo.