Ensaio de Dureza

SUMRIO

Introduo________________________________________________________________02

Dureza Rockwell __________________________________________________________ 03

Dureza Vickers___________________________________________________________ _06

Dureza Brinell_____________________________________________________________11

Microdureza___________________ ___________________________________________14

Ensaio de trao ___________________________________________________________17

Ruptura do corpo de prova___________________________________________________18

Ensaio Jominy_____________________________________________________________19

Bibliografia_______________________________________________________________22

Introduo:

No estudo de materiais, a dureza uma propriedade caracterstica de cada material slido. Isso expressa a sua resistncia a deformaes permanentes e est diretamente relacionado com a estrutura atmica de cada material. A disciplina Materiais de Construo Mecnica tem o objetivo de demonstrar quais so as caractersticas de cada material, como podemos interferir de modo a modific-las e assim, evoluir no estudo dos materiais.

Ensaio de Dureza Rockwell

Introduo:

Ensaio de Rockwell o processo de medio de dureza mais utilizado no mundo, pois ele permite avaliar a dureza de diversos metais desde os mais moles, at os mais duros. O modelo de Rockwell foi desenvolvido no incio do sculo XX e para isso, ele utilizou dos avanados de medies de dureza para criar seu modelo, que diminui os erros de medio associado a quem est executando. Este mtodo demonstra uma facilidade de se detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho de impresso, tambm fcil de ser executado e podemos ter um resultado bem rpido. O modelo de Rockwell consiste em aplicar cargas por etapas para garantirmos que o contato do penetrador com o corpo de prova seja firme at que por final, seja aplicada a carga total do teste. Atravs da combinao de tipos de penetradores e cargas aplicadas, podemos realizar vrios tipos de ensaio. Os penetradores utilizados podem ser esfricos ou cnicos: Esfricos: so de ao endurecidos (temperados), com dimetros de 1/16, 1/8, 1/4e 1/2; Cnico: possui um cone de diamante com 120 de conicidade;

A leitura do grau de dureza feita num mostrador que existe no equipamento de medio. Esse mostrador consiste de uma escala predeterminada adequada faixa de dureza do corpo de prova. Quando utilizamos um penetrador cnico de diamante, fazemos a leitura na escala externa do mostrador, que possui uma cor preta. E quando utilizamos um penetrador cnico, fazemos a leitura na escala vermelha. O valor indicado na escala o valor da dureza Rockwell que corresponde a profundidade alcanada pelo penetrador, levando em considerao a recuperao plstica aps a retirada da carga sobre o material e tambm, a profundidade alcanada durante a aplicao da pr-carga.

O equipamento utilizado para medio:

O equipamento utilizado para a medio da dureza Rockwell o Durmetro, ou Durmetro 2 em nosso laboratrio. Existem dois tipos de Durmetro, um padro, que indicado para qualquer medio, e um superficial, que indicado para medies de chapas, laminas e afins. Eles se diferem apenas pela preciso de seus componentes.

Profundidade de penetrao:

O corpo de prova deve possuir uma espessura 17 vezes maior que a profundidade de penetrao, pois isto importante para definir a dureza do material. Porm, no existem meios de definir a profundidade alcanada pelo penetrador, mas possvel obter este valor a partir da dureza indicada na escala da mquina de ensaio, utilizando as seguintes frmulas:

Penetrador de diamanta:

o HR normal: P = 0,002 x (100 - HR) o HR superficial: P = 0,001 x (100 HR)

Penetrador esfrico:

o HR normal: P = 0,002 x (130 - HR) o HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR) Sendo o HR o valor da dureza.

Procedimento de ensaio:

Selecionar o suporte para o corpo de prova; o Selecionar a carga aplicada; o Posicionar o corpo de prova (girando a base de onde ele est apoiado em um local que esteja devidamente retificado); o Aplicar a carga (utilizando a alavanca); o Aguardar 10 segundos; o Fazer a leitura da escala; o Remover a carga;

Resultados obtidos:

Analise de resultados:

uma tcnica simples, no destrutiva e atravs dela podemos determinar algumas propriedades mecnicas. Vale ressaltar que os resultados obtidos utilizando tabelas diferentes no devem ser comparados, pois no existe uma relao entre ambos. Somente ensaios realizados com a mesma ferramenta e carga devem ser comparados.

Dureza Vickers

Introduo:

O mtodo de Rockwell tem suas limitaes, tal como valores intermedirios entre as tabelas, o que era um problema. Com isso foi criado o mtodo Vickers em 1925, que cria uma relao entre o dimetro da esfera penetrante e o dimetro da calota esfrica obtida. Com ele podemos variar a esfera penetrante para medir qualquer valor de dureza, desde matrias mais moles, at os materiais mais duros. Este mtodo foi desenvolvido por Smith e Sandland e tem este nome porque a empresa que fabricava mquinas para operar com este mtodo chamava-se Vickers-Armstrong.

Ensaio de dureza Vickers:

Ensaio de dureza Vickers normalizado pela ASTM E92 (Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials) Para o ensaio de dureza Vickers, analisamos a resistncia que o material oferece a um penetrador padro, com uma determinada carga aplicada. O penetrador consiste de uma pirmide de diamante, com base quadrada e ngulo de 136 entre as faces.

(Imagem: Penetrador Vickers, fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza_Vickers)

As impresses provocadas pelo penetrador possuem similaridade geomtrica, independente da carga aplicada.

(fonte: http://www.globalst.com.br/bvg/en_mec/13.pdf)

Aps aplicarmos a carga, medimos as duas diagonais das impresses (d1 e d2) atravs do microscpio que existe no equipamento.

(fonte: http://www.globalst.com.br/bvg/en_mec/13.pdf)

O valor da dureza Vickers o quociente da Carga aplicada pela rea da pirmide. HV = F / A E conhecendo as diagonais, conseguimos calcular a rea das pirmides de base quadrada, atravs da frmula: A = d2 / [2 sen (136/2) ]

as duas equaes: HV = F / [d2 / (2 sem 68) ] Simplificando: HV = 1,8544 F / d2 Sendo d = (d1 + d2) / 2 A equao final : HV = 1,8544 F / [ (d1 + d2) / 2 ]2 As cargas neste ensaio podem varias entre: 49N e 980N para ensaios de carga normal; 1,46N a 49N para ensaios de carga pequena; 0,0098N a 1,96N para ensaios de microcarga.


O equipamento utilizado para a medio da dureza Vickers o Durmetro, ou Durmetro 3 em nosso laboratrio.

(Imagem: Durmetro para dureza Brinell e Vickers fonte: http://www.ufjf.br/lrm/infra-estrutura/)

Representao do resultado:

Representamos a dureza Vickers colocando primeiro o valor calculado atravs da medio das diagonais em seguida HV, mais o valor da carga aplicado. Exemplo: 440 HV 30 440 o valor calculado de dureza; HV indica que foi utilizado Dureza Vickers; 30 o valor da carga aplicado em Kgf.

Cargas aplicadas:

Neste mtodo, podemos utilizar qualquer carga para medir a dureza de um material, pois as impresses so proporcionais carga aplicada. Por questes de padronizao, so preferencialmente utilizadas cargas de 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 e 120 Kgf.

Para cargas elevadas, acima de 120Kfg, pode-se usar um penetrador esfrico de ao temperado de 1 ou 2mm de dimetro, porm este acaba sendo um ensaio Brinell.

Defeitos de impresso:

Uma impresso perfeita deve conter os lados da base do tringulo retos, porm, devido ao afundamento ou aderncia do metal em volta das faces do penetrador podemos encontrar imperfeies.

(Imagem: Defeitos de impresso, fonte: http://www.globalst.com.br/bvg/en_mec/13.pdf)

Quando estes defeitos so encontrados, temos uma variao da rea real da impresso. Sendo que na impresso com afundamento, teremos uma dureza maior que a real, e no caso de aderncia, uma dureza menor que a real. Podemos corrigir estes defeitos alterando o valor da carga aplicada e tambm, talvez seja necessrio a troca da ferramenta penetrante.


Selecionar os corpos de prova, devidamente retificados em uma face; o Selecionar a rea de atuao do penetrador utilizando o microscpio do equipamento; o Acionar a ferramenta (pressionando o boto preto na parte debaixo do equipamento); o Aguardar a alavanca subir, e quando ela ficar imvel, esperar 30 segundos para desativar o equipamento; o Puxar a alavanca para baixo para desativar. o Realizar a medio utilizando o microscpio do equipamento movendo as escalas.

Resultados obtidos:


No necessrio ficar realizando as contas, pois existem tabelas que relacionam a carga aplicada com o valor da diagonal encontrada. E como utilizamos uma carga de 49N, tiramos o resultado da tabela HV5.

(Tabela retirada de: http://www.bsmetalurgica.com.br/ws/files/dureza-de-corpos-sinterizados.pdf)

Ensaio de dureza Brinell

Introduo:

O ensaio de dureza Brinel foi desenvolvido em 1900 pelo engenheiro sueco Johan August Brinell. Este foi o primeiro ensaio de dureza normatizado e amplamente utilizado na engenharia e metalurgia. Ele foi amplamente aceito por existir uma relao entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistncia a trao. Os ensaios de dureza demonstram a resistncia do material deformao plstica. um teste simples tpico que consiste de um penetrador de formato esfrico e uma carga aplicada.

O ensaio de dureza Brinell:

O ensaio de dureza Brinell normatizado pela ASTM E10 (Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials) e consiste de um penetrador esfrico, de ao endurecido ou de tungstnio, uma carga definida e um corpo de prova.

(Imagem: Ensaio Brinell e Durmetro para ensaio de dureza Brinell, fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza_Brinell e http://www.ufjf.br/lrm/infra-estrutura/)

A carga aplicada sobre o penetrador e o corpo de prova, em um intervalo de tempo definido, e em uma superfcie plana e polida do corpo de prova, para evitar imperfeies na medio. Ento verificado a impresso da superfcie causa pelo penetrador no corpo de prova. A dureza Brinell definida como a carga aplicada dividida pela rea superficial da marca gerada na superfcie do corpo de prova.HB = carga (Kgf) / rea da impresso

(Imagem: Fig 01, fonte: http://www.mspc.eng.br/ciemat/ensaio120.shtml)

Sendo: P o valor da carga aplicada em Kgf; D o dimetro da esfera; d o comprimento mximo causado pela impresso.

Para garantir a preciso, d deve ser medido em duas direes sendo d1 e d2 e calculado uma mdia dos dois. d = (d1 + d2) / 2 Existe tambm uma relao que define a dureza dos metais com a utilizao de esferas penetradoras diferentes. P1 / D1 = P2 / D2 = P3 / D3


Para medir dureza Brinell, utilizamos o mesmo equipamento de dureza Vickers, o Durmetro, no caso de nosso laboratrio, Durmetro 3.

Representao de dureza Brinell:

O valor calculado atravs de medies pelo modelo de dureza Brinell, deve ser seguido de HB em seguida, o dimetro da esfera, a carga aplicada e o tempo de aplicao. Existem tabelas que relacionam a carga aplicada com o dimetro da impresso no corpo de prova, como segue a seguir.

(Tabela: Dureza Brinell em funo do dimetro da impress0, fonte: http://www.globalst.com.br/bvg/en_mec/11.pdf)

Esta uma das possveis tabelas encontradas para dureza Brinell, basta olhar o dimetro da impresso e cruzar com a carga aplicada. O valor encontrado ser a dureza Brinell que representada da seguinte forma:

Exemplo: 85 HB 10 / 1000 / 30 85 o valor da dureza; HB significa que foi utilizado o modelo de Brinell; o dimetro da esfera (10mm); 1000 a carga aplicada de 1000Kgf; 30 o tempo de aplicao da carga, 30 segundos.

Ensaio de Microdureza

A microdureza a medida da dureza de formaes microscpicas. Este tipo de teste utilizado quando temos apenas uma seo do corpo de prova, tal como a anlise da camada cementada de uma amostra. Com ele, podemos definir o perfil de variao de dureza em relao distncia na amostra, e com isso podemos traar suas propriedades mecnicas.

O ensaio de Microdureza:

O ensaio de microdureza est relacionado a cargas pequenas, abaixo de 10Kgf, aplicadas atravs de um penetrador no equipamento de microdureza. Pode-se utilizar penetradores do tipo Knoop e ou Vickers, ambos sendo piramidais de base quadrada. A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prtico que o ensaio Vickers, s que utiliza cargas menores que 1 kgf. A microdureza Knoop foi desenvolvida por F. Knoop, nos Estados Unidos e, sua diferena em relao Vickers, est na pirmide do penetrador que alongada.O procedimento de teste semelhante ao teste Padro Vickers, exceto que feito em escala microscpica, com instrumentos mais precisos.

(Imagem: Impresso de microdureza, fonte: http://mecanica-blog.blogspot.com/2010/05/dureza-vickers-hv-1925.html)

Abaixo temos uma ilustrao demonstrando a diferena dos penetradores Knoop e Vickers.

(Imagem: Pirmide Knoop e Impresso do endentador Vickers, fonte: http://java.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_7430.htm)O nmero da dureza Vickers a razo entre a carga aplicada e a rea da impresso: HV = F / A O nmero de dureza Knoop assim como Vickers, a razo entre a carga aplicada e a rea da impresso: KNH = F / A = F / CL Onde: F carga aplicada; A a rea da impresso; L o comprimento medido da diagonal maior da impresso; C uma constante do endentador = 0,07028.

Comparando teste Vickers e Knoop:

O teste Knoop normatizado pela ASTM D1474 (Standard Test Methods for Indentation Hardness of Organic Coatings), e o teste Vickers normatizado pela ASTM E92. A pirmide Vickers, penetra aproximadamente o dobro da profundidade da pirmide Knoop; A diagonal da impresso Vickers aproximadamente 1/3 do comprimento maior da diagonal Knoop; O teste Vickers menos sensvel s condies da superfcie do que o teste Knoop; O teste Vickers mais sensvel a erros que o teste Knoop; Vickers bom para pequenas reas curvas; Knoop melhor para pequenas rea alongadas; Knoop bom para materiais frgeis, muito duros e sees muito finas.

(Imagem: Medidor de microdureza, fonte: http://www.nei.com.br/produto/2009/07/medidor+de+microdureza+quality+control+indl+tecnica+ltda.html)

Preparao de amostras:

A amostra a ser analisada normalmente uma seo transverso de um corpo de prova, deve possuir sua superfcie devidamente lixada ou polida e para facilitar, estar fixada em um meio que pode ser baquelite.

(Imagem: Embutimento a quente para metalografia, fonte: http://www.hansenic.com.br/consuniveis.htm)

Representando a microdureza:

Os nmeros de dureza Knoop e Vickers so designados por HK e HV respectivamente e as escalas de dureza para ambos so aproximadamente equivalentes.


Selecionar a carga, atravs de molas, no equipamento (depende da profundidade e do material); Colocar o material com a baquelite no equipamento; Ajustar o foco do microscpio; Mudar do microscpio para o penetrador; Aplicar a carga, girando a alavanca abaixo da amostra; Aguardar 30 segundos aps estabilizar; Retirar a carga e voltar o microscpio para medir as diagonais; Deslocar uma determinada distncia e realizar outra medio. Resultados encontrados:


Os resultados encontrados, mostram que, quando mais nos afastamos da superfcie do corpo cementado, menor a sua dureza, logo podemos perceber uma aplicao do teste de microdureza.

Ensaio de trao

Introduo:

O ensaio de trao consiste em aplicar uma carga uniaxial e constante para deformar um corpo de prova, de onde podemos verificar algumas propriedades mecnicas deste material. Com este ensaio podemos verificar o comportamento elstico do corpo de prova, o seu limite de escoamento, a carga mxima suportada, o momento de fratura dentre outras propriedades.

O ensaio de trao:

O ensaio de trao realizado em corpo de prova padro, normalizado pela NBR 6152, normalmente circular, podendo tambm ser de outras formas geomtricas. O corpo de prova possui dimetro de 12,8mm, e sua seo lateral, deve possuir pelo menos quatro vezes o seu dimetro. A mquina de ensaio de trao projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, e tambm exibir os resultados em forma de grfico, relacionando a deformao com a carga aplicada, como segue um exemplo abaixo. A mquina fixa o corpo em 2 pontos, e promove o alongamento dele atravs da aplicao de uma tenso que corresponde fora dividida pela rea da seo sobre a qual ela est aplicada.

(Figura: Corpos de prova) = P / S0

Durante a deformao elstica, o corpo de prova atende a lei de Hooke, onde temos que: = E .

sendo: = ( l l0 ) / l0 onde: l o comprimento final para a carga P aplicada l0 o comprimento inicial da seo; Acima de uma certa tenso, os matriais comeam a se deformar plasticamente (deformao permanente). Este ponto tem o nome de limite de escoamento. A deformao pode continuar at o limite de resistncia a trao. Quando chega neste ponto, podemos notar a carga mxima suportada pelo corpo de prova e a partir dele, surge alguma trinca, o que pode levar a ruptura do corpo.

(Figura: Grfico tenso deformao. Fonte: http://www.urisan.tche.br/~lemm/arquivos/ensaios_mecanicos.pdf)

Ruptura do corpo de prova:

A ruptura, acontece aps a carga mxima ter sido aplicada, e normalmente, a carga de ruptura pode ser inferior a carga mxima. O processo de deformao acontece quando o corpo tende a se alongar no sentido paralelo e oposto a aplicao da carga, e isso causa estreitamento no eixo perpendicular a ao da fora.

(Figura: Clula de carga. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_tra%C3%A7%C3%A3o)

(Figura: Fratura dctil. Fonte: http://www.urisan.tche.br/~lemm/arquivos/ensaios_mecanicos.pdf)

Na figura acima podemos perceber que em b, acontece o limite de resistncia a trao, onde acontece uma trinca, que leva a ruptura do corpo, e em e, a ruptura total. Os metais tem como caracterstica a rpida propagao trincas, sem que seja necessrio uma deformao macroscpica.

O equipamento para o ensaio de trao:

O ensaio de trao realizado em uma mquina chama Universal que tem este nome por permitir que vrios tipos de ensaios sejam realizados. Em nosso laboratrio utilizamos uma PANTEC ATMI que est ligada a um computador e pode gerar um relatrio sobre o ensaio que est em anexo a este trabalho.

Ensaio Jominy

Introduo:

O ensaio Jominy utilizado na metalurgia para avaliar a temperabilidade dos materiais, ou seja, a capacidade de se obter martensita por tratamento trmico de tmpera.

O ensaio Jominy:

O ensaio de Jominy normatizado pela ASTM A255 e pela NBR 6339. Ele realizado em um corpo de prova com uma polegada de dimetro e quatro polegadas de comprimento. O corpo aquecido em um forno por um tempo e temperatura normatizados em seguida, colocado em um recipiente que ir bombear gua com um fluxo controlado em uma de suas faces. Isso faz com que a face que tenha contato com a gua transforme sua estrutura para martensita e a parte que tem menos contato com a gua formar ferrita, perlita dentre outros. O aquecimento do forno deve ser acima da temperatura crtica de austenitizao (normalmente at 900C para aos comerciais) e mantido por um tempo para a estabilizao da estrutura formada (cerca de 30 minutos).O jato de gua deve possuir aproximadamente dez milmetros de dimetro, colocado pouco abaixo da base do corpo de prova. Ele deve ser regulado, com presso constante equivalente a uma altura livre de 65 milmetros.

(Figura: Esquematizao grfica do dispositivo Jominy)

Aps ser resfriado, o corpo de prova, dever passar por um processo de retificao fazendo uma espcie de chanfro lateral, onde deve ser feita varias medidas de dureza variando-se a distancia em relao face que estava em contato com a gua. A variao da distncia deve ser de 1,6mm e a dureza medida pelo mtodo de Rockwell C. O resultado obtido, representado abaixo:

(Figura: Variao da dureza ao longo do corpo de prova)

Como podemos perceber a face que estava em contato com a gua tem um nvel de dureza maior em relao a qualquer outro ponto do corpo de prova.

O equipamento para o ensaio Jominy:

Para este ensaio, utilizado um forno industrial que atinja temperaturas elevadas, acima de 900C, uma ferramenta para transportar o corpo de prova que estar em temperatura elevada, o dispositivo para ensaio Jominy, como demonstrado em figura acima, e por fim, um Durmetro para fazer o teste de dureza.

Bibliografia:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwell http://www.distribuidorots.com.br/ots/downloads/Ensaio%20de%20dureza.pdf http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza_Vickershttp://www.globalst.com.br/bvg/en_mec/13.pdf http://www.globalst.com.br/bvg/en_mec/11.pdfhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Durezahttp://mecanica-blog.blogspot.com.br/http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza_Knoop http://www.urisan.tche.br/~lemm/arquivos/ensaios_mecanicos. http://amigonerd.net/trabalho/2320-ensaio-jominyhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_Jominy

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