Ensaio de torção

Ensaios de laboratório como o de tração, o de compressão e o de torção têm geometrias de zona de deformação bastante simples; basicamente sem trabalho redundante. Esses ensaios, cada um com suas limitações, podem ser utilizados para o estudo do comportamento dos materiais em condições similares às das operações industriais. Com ensaios isotérmicos até a fratura determina-se a curva de escoamento plástico dos materiais metálicos impondo taxas de deformação e temperatura similares às utilizadas industrialmente. Com ensaios de múltiplas deformações é possível replicar o processamento industrial e investigar os mecanismos que atuam nos intervalos entre passes. Assim, é possível medir a resistência e a ductilidade dos materiais em diferentes condições de operação e avaliar o papel dos mecanismos de encruamento e de amaciamento na evolução microestrutural, além de projetar e investigar sequência de passes que aperfeiçoam as propriedades dos materiais e que podem ser implementadas industrialmente.

Para que um ensaio de laboratório simule um processo industrial é fundamental que este possa executar as funções básicas do processamento. Deve possuir uma fonte de energia que gera potência e a transmita às ferramentas, que a armazenam elasticamente e transferem-na ao material. Em consequência, o corpo de prova dissipa a potência enquanto é deformado plasticamente. A resposta do material é dada em dois modos complementares: uma taxa de produção de entropia devido às mudanças microestruturais e outra devido ao aumento de temperatura. É a parcela correspondente às mudanças microestruturais que leva às variações no esforço aplicado pela máquina.

Dentre os vários ensaios, o de torção vem sendo utilizado na simulação física do processamento a quente há mais de meio século. O estado de tensão atuante na superfície de uma amostra cilíndrica submetida a um esforço de torção está ilustrado na figura abaixo. A tensão cisalhante máxima atua em dois planos mutuamente perpendiculares, ou seja, perpendicular e paralelamente ao eixo da amostra. As tensões principais σ­1 e σ3 formam ângulos de 45° com o eixo do corpo de prova e são iguais em magnitude às tensões cisalhantes máximas. σ1 é a tensão trativa, σ3 é a tensão compressiva de igual valor e σ2, que é igual a zero, é a tensão intermediária.

3Representação do estado de tensões atuante na superfície de uma amostra cilíndrica submetida a um esforço de torção.

 

Nos ensaios de torção, uma das extremidades de um corpo de prova cilíndrico, com diâmetro menor na região central, é mantida fixa, enquanto a outra é submetida a um esforço de rotação.  O contato entre as garras (ferramenta) e o material se dá nas extremidades do corpo de prova, que não são deformadas durante o ensaio. Assim, o atrito é nulo. Durante o ensaio, o corpo de prova conserva a sua forma inicial. Isto permite a aplicação de grandes deformações, sendo que a deformação na região útil corresponde exatamente ao movimento de rotação imposto. A potência que é dissipada no corpo de prova é gerada por um motor, que pode ter a sua velocidade controlada e variada, permitindo realizar ensaios em uma larga faixa de taxas de deformação.

         As curvas tensão equivalente vs. deformação equivalente para a superfície de amostras cilíndricas torcionadas são calculadas a partir do torque e ângulo de rotação medidos, utilizando-se as relações:

    e                           

Onde M é o torque aplicado, teta é o ângulo de rotação, R e L são o raio e o comprimento útil do corpo de prova. Os coeficientes m e n representam a sensibilidade do material às mudanças na taxa de deformação e na deformação, respectivamente. 

 

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