282640_Dureza Brinell

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  • LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA

    1 Engenharia Mecnica

    IPUC PUC Minas

    1a AULA PRTICA DE LABORATRIO

    ENSAIOS MECNICOS - Ensaio de Dureza pelo Mtodo Brinell

    DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro

    NBR NM 187-1 - Materiais metlicos Dureza Brinell - Parte 1: Medio da dureza Brinell

    Maio/1999- NBR NM 187-2

    NBR 6443 - Bloco Padro para Ensaio de Dureza Brinell

    Histrico

    O ensaio de dureza , juntamente com o ensaio de trao, um dos mais empregados na

    seleo e controle de qualidade dos metais. Intrinsecamente a dureza uma condio da

    superfcie do material e no representa nenhuma propriedade fundamental da matria.

    Dois procedimentos so convencionalmente usados na sua avaliao:

    1. Resistncia penetrao de uma ponta rgida, com geometria pr-definida e sob

    condies de carregamento padronizadas;

    2. Resistncia ao risco que envolve um processo de corte de um metal pelo outro e,

    conseqentemente, est relacionada plasticidade de camadas superficiais muito

    finas.

    A resistncia penetrao est relacionada tenso mdia de escoamento do material

    numa faixa estreita de deformao. Este ensaio muito simples de ser executado e

    particularmente til na avaliao dos diferentes componentes microestruturais do material.

    Os mtodos empregados na medio da dureza se distinguem basicamente pela forma

    do penetrador empregado e pelas condies de aplicao da carga. A escolha do mtodo

    depende, dentre outros fatores, da natureza e dimenses da amostra alm da espessura da

    camada a ser analisada. De acordo com a velocidade de aplicao da carga os procedimentos

    de medio se classificam em estticos e dinmicos, sendo que os mtodos mais usuais

    empregam a penetrao esttica.

    Certos cuidados de validade do ensaio devem ser observados para os diferentes

    mtodos de medio de dureza e a camada superficial observada deve ser representativa das

    condies do restante do material. Assim, os defeitos superficiais (trincas, poros, xidos,

    carepa, etc) podem interferir no resultado. O acabamento superficial est intimamente

    relacionado com a carga e a forma do penetrador empregado, bem como com o procedimento

    de medio utilizado no ensaio.

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    Mtodos de Ensaio de Dureza

    O ensaio de dureza largamente utilizado na especificao e comparao de materiais.

    Intrinsecamente, uma caracterstica referente superfcie do metal, entretanto, para

    materiais homogneos, tomada como uma propriedade global e representativa deste. O

    termo dureza assume diversos significados face existncia de uma grande divergncia de

    opinies entre os estudiosos das mais diversas reas, sendo que, portanto, no possvel

    encontrar um conceito nico para esta caracterstica. Ainda assim, o ensaio utilizado para

    que se possam efetuar comparaes entre os mais distintos materiais. Em geral, para os

    metais, a dureza implica em uma resistncia deformao plstica. A definio de dureza

    como a resistncia que o material oferece ao risco utilizada pelos mineralogistas como mais

    uma ferramenta na identificao dos diversos minerais. Para tanto se utiliza um mtodo que

    emprega uma escala qual foram atribudos nmeros de 0 a 10, denominada escala Mohs, e

    que consiste na padronizao de 10 minerais arranjados na ordem decrescente da capacidade

    de serem riscados. Essa escala no muito adequada para avaliao da dureza de metais, uma

    vez que os intervalos no so suficientemente espaados na faixa de durezas mais altas e

    sendo que a maioria das ligas metlicas se encaixam nesta faixa.

    Para a avaliao da dureza de materiais metlicos alguns mtodos so mais

    comumente utilizados dentre os quais podem ser citados: Mtodo Brinell; Vickers, Rockwell,

    Meyer, Knoop, Shore, dentre outros.

    1.1. Mtodo Brinell

    Nascido em 21 de novembro de 1849 e falecido em 17 de novembro de 1925, o sueco

    J. A. Brinell estudou muitos aspectos do ferro e de sua produo. Seu trabalho mais

    importante foi sobre as transformaes do ao durante o aquecimento e o resfriamento. Suas

    descobertas sobre o controle de carbono contido nas fases contribuem at hoje para novas

    descobertas a respeito de propriedades do ao. Por volta de 1900, este sueco props um

    mtodo para avaliar a dureza, que consistia na impresso de uma superfcie metlica com uma

    esfera de ao de 10 mm de dimetro, empregando-se uma carga de 3000 Kgf. O nmero de

    dureza Brinell (HBN) foi, ento, expresso pela carga P dividida pela rea superficial da

    impresso:

    2Kgf/mm S

    PBHN (1)

    Sendo S a rea da calota impressa no material:

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    S Dh (2)

    Aps determinao de uma relao entre o dimetro da esfera do penetrador (D) e o dimetro

    da projeo da impresso no plano (d), tm-se:

    ))((

    2

    22 dDDD

    PBHN

    (3)

    A fim de se obter o mesmo nmero de dureza Brinell (HBN) com uma carga ou um

    dimetro da esfera variado necessrio produzir impresses geometricamente similares, o que

    pode ser alcanado desde que se mantenha o ngulo 2 (fig. 1) constante. A equao 4 mostra

    que para se manter o ngulo 2 e o nmero de dureza HBN constantes, a carga e o dimetro

    da esfera devem variar, mantendo-se a razo constante:

    23

    3

    22

    2

    21

    1

    D

    P

    D

    P

    D

    P (4)

    Alguns inconvenientes so encontrados neste mtodo para avaliao da dureza de

    metais ou ligas metlicas. Dentre estes inconvenientes podem ser citados a impossibilidade de

    se avaliar a dureza de aos muito duros (temperados, por exemplo), uma vez que este o

    material da esfera do penetrador o que provocaria uma deformao desta e, portanto, a

    obteno de resultados errneos. Por outro lado, o tamanho da impresso torna o mtodo

    inconveniente para pequenos objetos ou partes de peas que podero ser criticamente

    tensionadas, o tornaria a impresso mais um concentrador de tenses.

    Figura 1- Parmetros bsicos num teste Brinell.

    Brinell desenvolveu uma relao entre o limite de resistncia a trao (RT ) do

    material e o nmero de dureza HB definida por:

    HBRT 36,0 (5)

    D/2

    d/2 h

    P

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    1.2. Parte Experimental

    1.2.1. Objetivos

    Avaliar a dureza de diversos materiais metlicos pelo mtodo Brinell.

    Avaliar a resistncia mecnica do material, conhecendo-se a sua dureza Brinell.

    1.2.2. Materiais

    Aos comuns, ligas de cobre (lato e bronze) e liga de alumnio.

    1.2.3.. Equipamento

    Durmetro______________ - Marca:_________________Modelo:__________________

    1.2.4. Procedimento

    Pelo mtodo Brinell podem ser ensaiados materiais com durezas desde HB8 at

    HB450. Para materiais mais duros a esfera poder sofrer uma deformao, tendo alteraes

    nas suas dimenses cuja grandeza excede a tolerncia especificada pela norma.

    Para se obter o mesmo valor de dureza HB, no ensaio de uma mesma amostra, com

    esferas de diferentes dimetros, torna-se necessrio manter constante a relao P/D2 (condio

    de semelhana geomtrica das impresses). Entretanto, na prtica, impossvel conseguir tal

    invariabilidade. Um ensaio considerado satisfatrio se o dimetro da impresso d se mantm

    em torno de 0,25D < d < 0,5D, qualquer que seja a carga empregada. Na tabela I so

    indicados valores adequados de P, D, e d, alm do tempo de aplicao de carga para diferentes

    metais de uso corrente.

    Tabela I. Parmetros de aplicao do mtodo de dureza Brinell.

    Dimetro D Dimetro d da Cargas (Kgf)

    (mm) impresso (mm) P = 30D2 P = 10D

    2 P = 5D

    2 P = 2D

    2

    10

    5

    2,5

    1

    2,0 - 6,0

    1,0 - 3,0

    0,5 - 1,5

    0,2 - 0,6

    3000

    750

    187,5

    30

    1000

    250

    62,5

    10

    500

    125

    31,25

    5

    200

    50

    12,5

    2

    Tempo de aplicao da carga (s) 10 - 30 30 30 - 60 60

    Condies de emprego recomendadas

    Aos, ferros

    fundidos, bronzes

    especiais

    Lates, ligas de Mg

    (HB31 - 130)

    Cobre, duralumnio, zinco e suas

    ligas

    Estanho, chumbo

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    1.3. Resultados

    Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais.

    Material

    Condies Resultados

    Grau de

    Carga

    Dimetro

    da esfera

    (mm)

    Carga

    (Kgf)

    Dimetro

    da

    impresso

    Dureza Mdia

    RT = 0,36HB (Kgf/mm

    2)

    Ao

    Lato

    Bronze

    Alumnio

    1.4. Bibliografia

    1. 1 NBR 6394 - Jul/1981 - Determinao da Dureza Brinell de Materiais Metlicos

    2. NBR 6443 - Bloco Padro para Ensaio de Brinell

    3. SOUZA, S.A., Ensaios Mecnicos de Materiais Metlicos. So Paulo, Edgard

    Blucher, 1974.

    4. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.

    5. Normas da ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas.

    6. Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961.

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    7. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Trmicos dos Aos - Depto. de

    Engenharia Metalrgica da EE.UFMG - MG 1979;

    1.5. Exerccios Propostos

    1) Qual a dureza que mais interessa:

    a) ao mineralogista?

    b) ao engenheiro mecnico?

    2) Ao se ensaiar um ao pelo mtodo Brinell empregou-se uma carga de 750 Kgf e obteve-se

    um dimetro da impresso igual a 2,00 mm. Pergunta-se:

    a) Qual o dimetro da esfera do penetrador utilizado?

    b) O ensaio pode ser considerado vlido?

    c) Qual o valor da dureza HB?

    d) Qual a resistncia mecnica deste ao?

    e) Se a carga empregada fosse de 3000Kgf, qual deveria ser o dimetro da esfera do

    penetrador a ser utlizada?