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Capítulo 2 – Aços Estruturais

Aços estruturais

O Aço é uma liga metálica composta, basicamente por Ferro e Carbono na proporção máxima de 2,11% de carbono.

O Carbono, quando adicionado ao minério de ferro através de processos siderúrgicos específicos, confere ao minério uma elasticidade muito interessante para diversas aplicações, como obtenção de peças por estampagem, possibilidade de tratamentos térmicos para aumento da dureza, e em estruturas metálicas

Antes de receber o Carbono, o minério de ferro é frágil , ou seja, quando solicitado a esforços críticos vai à ruptura sem sofrer deformações significativas.

Após receber uma pequena fração de Carbono diluída em sua composição, este material passa a ser chamado Dúctil.

Acidentes em estruturas metálicas, viga deformada, flambagem local mesa, flambagem local alma

O aço se deforma devido à sua elevada ductilidade

Assista à video-aula abaixo:

 

Aula 1 – Ensaio de Tração

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Ensaio de tração – Passo a passo

O corpo de prova cilindrico é posicionado no equipamento.

Note a geometria do corpo de prova, simétrico e esbelto para evidenciar as deformações decorrentes do esforço aplicado.

Então o equipamento inicia a aplicação de esforço axial, sendo monitorada em tempo real pelo computador. O gráfico ilustra a tensão contra a deformação da peça. A primeira região é chamada região elástica pois toda a deformação que ocorre nessa fase desaparece se a máquina interromper a aplicação de força.

Observe que o gráfico desenha uma reta na região elástica, e à partir da inclinação dessa reta extrai-se o Módulo de Elasticidade (ou módulo de Young) do material.

Em determinada tensão, o material sai do regime elástico e passa para o regime plástico. à partir dessa tensão, o material sofre deformações permanentes, e perde resistência mecânica, deformando em maior proporção, sem aumentos significativos de tensão aplicada. A essa tensão damos o nome de Limite de Escoamento. Durante todo o curso, nos referiremos a essa constante apenas como Fy

As estruturas metálicas são dimensionadas para trabalhar abaixo desse limite.

Uma característica peculiar dos aços é que depois de certo tempo sendo submetido a tensões acima do limite de escoamento, o material recupera sua resistência mecânica e passa novamente a exigir maiores tensões para causar alguma deformação linear.

O estágio final do ensaio de tração se inicia com o surgimento de uma estricção, em outras palavras, uma acelerada redução de seção transversal. Esse é o sinal de que o ensaio está muito próximo da tensão limite de ruptura.

Então, o gráfico para de registrar aumentos de tensão (na verdade a tensão passa a diminuir), mas continua a registrar deformações, e então vai à ruptura.

observe que o corpo de prova não rompe na tensão máxima, mas ainda existe uma deformação razoável e redução da tensão até que ocorra a ruptura.

Nem todos os gráficos de ensaio de tração apresentarão as regiões elástica e plástica bem definidos, sendo que em alguns aços essas regiões são mescladas, de forma que a região de escoamento é quase inexistente. Isso depende da composição qúimica do aço que está sendo ensaiado.

Classificação dos Aços

Os aços se classificam de acordo com a proporção de carbono em sua composição:

Aços de Baixo Carbono – Até 0,30% de Carbono

Nessa categoria se encontram os aços estruturais que são o principal objeto de nosso estudos nesse curso. Possuem custo relativamente baixo em comparação aos outros aços de maior proporção de carbono e não aceitam tratamentos térmicos com eficiência, ou seja, não se obtém dureza considerável quando submetidos a têmpera ou revenimento.

Aços de Médio Carbono – de 0,30% a 0,60% de Carbono

São aços de maior resistência mecânica, e são utilizados principalmente na fabricação de peças de máquinas e ferramentas, devido à possibilidade de tratamentos térmicos e sua boa usinabilidade. Seu custo é mais alto que os de baixo carbono e podem receber têmpera e revenimento com bom aumento da resistência mecânica.

Aços de Alto Carbono – à partir de 0,60% de Carbono

São os aços de maior custo, e podem ser tratados termicamente com elevação considerável da dureza do material. Por isso são usados na fabricação de facas e ferramentas de corte, pois a elevada dureza do material permite que esse corte os mais diversos tipos de materiais.

Como foi dito anteriormente, nossos estudos serão focados nos aços estruturais, que por sua vez têm uma sub-classificação, agora baseados no limite de escoamento do material:

Limite de escoamento: é a propriedade mecânica que indica a tensão máxima que o material pode ser submetido sem sofrer deformações permanentes. Esse assunto será abordado com mais profundidade nesse mesmo capítulo quando falarmos sobre ensaio de tração. Um material que possui Limite de escoamento de 250MPa (2500 kgf/cm²) e possui uma área de seção transversal de 1cm² pode ser submetido a uma carga axial de 2500kg antes de se deformar permanentemente

Apresentação3