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1 1- Introdução Nos séculos passados, como a construção dos objetos era essencialmente artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo próprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças, ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto. O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricação obrigou à criação de métodos padronizados de produção, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e métodos de controle de qualidade dos produtos. Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios de materiais: é por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornarão adequados ao seu uso. 2- Tipos de ensaios mecânicos Existem vários critérios para classificar os ensaios mecânicos. A classificação que adotaremos neste módulo agrupa os ensaios em dois blocos: Ensaios destrutivos; Ensaios não destrutivos. 2.1-Ensaios destrutivos São aqueles que deixam algum sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados. Os ensaios destrutivos abordados são: Tração; Compressão; Cisalhamento; Dobramento;

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1- Introduo

Nos sculos passados, como a construo dos objetos era essencialmente artesanal, no havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lmina de ao, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo prprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse rpida quebra da ferramenta era o mtodo racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peas, ou seja, a anlise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto. O acesso a novas matrias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricao obrigou criao de mtodos padronizados de produo, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e mtodos de controle de qualidade dos produtos. Nesse quadro, fcil perceber a importncia dos ensaios de materiais: por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornaro adequados ao seu uso.

2- Tipos de ensaios mecnicosExistem vrios critrios para classificar os ensaios mecnicos. A classificao que adotaremos neste mdulo agrupa os ensaios em dois blocos:

Ensaios destrutivos; Ensaios no destrutivos.

2.1-Ensaios destrutivosSo aqueles que deixam algum sinal na pea ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes no fiquem inutilizados. Os ensaios destrutivos abordados so:

Trao; Compresso; Cisalhamento; Dobramento; 1

Flexo; Embutimento; Toro; Dureza; Fluncia; Fadiga; Impacto.

2.2.1-Ensaios de Trao

Para que servem os ensaios de trao: O ensaio de trao consiste em submeter o material a um esforo que tende a along-lo at a ruptura. Os esforos ou cargas so medidos na prpria mquina de ensaio. No ensaio de trao o corpo deformado por alongamento, at o momento em que se rompe. Os ensaios de trao permitem conhecer como os materiais reagem aos esforos de trao, quais os limites de trao que suportam e a partir de que momento se rompe.

Antes da ruptura, a deformao Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma fora, como na ilustrao a baixo. Quando esta fora aplicada na direo do eixo longitudinal, dizemos que se trata de uma fora axial. Ao mesmo tempo, a fora axial perpendicular seo transversal do corpo.

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Observe novamente a ilustrao anterior. Repare que a fora axial est dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a fora axial est dirigida para fora do corpo, trata-se de uma fora axial de trao.

A aplicao de uma fora axial de trao num corpo preso produz uma deformao no corpo, isto , um aumento no seu comprimento com diminuio da rea da seo transversal. Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o efeito do alongamento num corpo submetido a um ensaio de trao.

H dois tipos de deformao, que se sucedem quando o material submetido a uma fora de trao: a elstica e a plstica. Deformao elstica: no permanente. Uma vez cessados os esforos, o material volta sua forma original. Deformao plstica: permanente. Uma vez cessados os esforos, o material recupera a deformao elstica, mas fica com uma deformao residual plstica, no voltando mais sua forma original. Diagrama tenso-deformao: Quando um corpo de prova submetido a um ensaio de trao, a mquina de ensaio fornece um grfico que mostra as relaes entre a fora aplicada e as deformaes ocorridas durante o ensaio. 3

Mas o que nos interessa para a determinao das propriedades do material ensaiado a relao entre tenso e deformao. Voc j sabe que a tenso (T) corresponde fora (F) dividida pela rea da seo (S) sobre a qual a fora aplicada. No ensaio de trao convencionou-se que a rea da seo utilizada para os clculos a da seo inicial (So). Assim, aplicando a frmula podemos obter os valores de tenso para

montar um grfico que mostre as relaes entre tenso e deformao. Este grfico conhecido por diagrama tenso-deformao. Os valores de deformao, representados pela letra grega minscula e (psilon), so indicados no eixo das abscissas (x) e os valores de tenso so indicados no eixo das ordenadas (y). A curva resultante apresenta certas caractersticas que so comuns a diversos tipos de materiais usados na rea da Mecnica.

Analisando o diagrama tenso-deformao passo a passo, voc vai ficar conhecendo cada uma das propriedades que ele permite determinar. A primeira delas o limite elstico. Limite elstico

Observe o diagrama a seguir. Note que foi marcado um ponto A no final da parte reta do grfico. Este ponto representa o limite elstico.

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O limite elstico recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido antes deste ponto e a fora de trao for retirada, o corpo volta sua forma original, como faz um elstico. Mdulo de elasticidade: Na fase elstica, se dividirmos a tenso pela deformao, em qualquer ponto, obteremos sempre um valor constante. Este valor constante chamado mdulo de elasticidade. A expresso matemtica dessa relao : representa o mdulo de elasticidade. O mdulo de elasticidade a medida da rigidez do material. Quanto maior for o mdulo, menor ser a deformao elstica resultante da aplicao de uma tenso e mais rgida ser o material. Esta propriedade muito importante na seleo de materiais para fabricao de molas. Limite de proporcionalidade: Porm, a lei de Hooke s vale at um determinado valor de tenso, denominada limite de proporcionalidade, que o ponto representado no grfico a seguir por A., a partir do qual a deformao deixa de ser proporcional carga aplicada. Na prtica, considera-se que o limite de proporcionalidade e o limite de elasticidade so coincidentes. , onde E a constante que

Escoamento: Terminada a fase elstica, tem incio a fase plstica, na qual ocorre uma deformao permanente no material, mesmo que se retire a fora de trao. No incio da fase plstica ocorre um fenmeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformao permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformao. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito prximos uns dos outros.

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Limite de resistncia: Aps o escoamento ocorre o encruamento, que um endurecimento causado pela quebra dos gros que compem o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais trao externa, exigindo uma tenso cada vez maior para se deformar. Nessa fase, a tenso recomea a subir, at atingir um valor mximo num ponto chamado de limite de resistncia (B).

Limite de ruptura:

Continuando a trao, chega-se ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura (C). Note que a tenso no limite de ruptura menor que no limite de resistncia, devido diminuio da rea que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga mxima.

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Agora voc j tem condies de analisar todos esses elementos representados num mesmo diagrama de tenso-deformao, como na figura a seguir.

Estrico: a reduo percentual da rea da seo transversal do corpo de prova na regio aonde vai se localizar a ruptura. A estrico determina a ductilidade do material. Quanto maior for porcentagem de estrico, mais dctil ser o material.

Confiabilidade dos ensaios: Os ensaios no indicam propriedades de uma maneira absoluta, porque no reproduzem totalmente os esforos a que uma pea submetida, em servio. Quando realizados no prprio produto, os ensaios tm maior significado, pois procuram simular as condies de funcionamento do mesmo. Mas na prtica isso nem sempre realizvel. Alm disso, os resultados assim obtidos teriam apenas uma importncia particular para aquele produto. Para determinarmos as propriedades dos materiais, independentemente das estruturas em que sero utilizados, necessrio recorrer confeco de corpos de prova. Os resultados obtidos dependem do formato do corpo de prova e do mtodo aula de ensaio adotado. Por exemplo, no ensaio de trao de um corpo de prova de ao, o alongamento uma medida da sua ductilidade. Este valor afetado pelo comprimento do corpo de prova, pelo seu formato, pela velocidade de aplicao da carga e pelas imprecises do mtodo de anlise dos resultados do ensaio. 7

Portanto, os resultados dos ensaios, quando no so suficientemente representativos dos comportamentos em servio, exigem na fase de projeto das estruturas a introduo de um fator multiplicativo chamado coeficiente de segurana, o qual leva em considerao as incertezas, no s provenientes da determinao das propriedades dos materiais, mas tambm da preciso das hipteses tericas referentes existncia e ao clculo das tenses em toda a estrutura. Normas tcnicas voltadas para ensaios de trao: Quando se trata de realizar ensaios mecnicos, as normas mais utilizadas so as referentes especificao de materiais e ao mtodo de ensaio. Um mtodo descreve o correto procedimento para se efetuar um determinado ensaio mecnico. Desse modo, seguindo-se sempre o mesmo mtodo, os resultados obtidos para um mesmo material so semelhantes e reprodutveis onde quer que o ensaio seja executado. As normas tcnicas mais utilizadas pelos laboratrios de ensaios provm das seguintes instituies: ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas ASTM - American Society for Testing and Materials DIN - Deutsches Institut fr Normung AFNOR - Association Franaise de Normalisation BSI - British Standards Institution ASME - American Society of Mechanical Engineer ISO - International Organization for Standardization JIS - Japanese Industrial Standards SAE - Society of Automotive Engineers COPANT - Comisso Panamericana de Normas Tcnicas Alm dessas, so tambm utilizadas normas particulares de indstrias ou companhias governamentais. Equipamento para o ensaio de trao: O ensaio de trao geralmente realizado na mquina universal, que tem este nome porque se presta realizao de diversos tipos de ensaios. Analise

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cuidadosamente a ilustrao a seguir, que mostra os componentes bsicos de uma mquina universal de ensaios.

Mquina conhecido como Mquina Universal.

Dinammetro um equipamento utilizado para medir foras. Fixa-se o corpo de prova na mquina por suas extremidades, numa posio que permite ao equipamento aplicar-lhe uma fora axial para fora, de modo a aumentar seu comprimento. A mquina de trao hidrulica, movida pela presso de leo, e est ligada a um dinammetro que mede a fora aplicada ao corpo de prova. A mquina de ensaio possui um registrador grfico que vai traando o diagrama de fora e deformao, em papel milimetrado, na medida em que o ensaio realizado. Corpos de prova: O ensaio de trao feito em corpos de prova com caractersticas especificadas de acordo com normas tcnicas. Suas dimenses devem ser adequadas capacidade da mquina de ensaio.

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Normalmente utilizam-se corpos de prova de seo circular ou de seo retangular, dependendo da forma e tamanho do produto acabado do qual foram retirados, como mostram as ilustraes a seguir.

A parte til do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, a regio onde so feitas as medidas das propriedades mecnicas do material. As cabeas so as regies extremas, que servem para fixar o corpo de prova mquina de modo que a fora de trao atuante seja axial. Devem ter seo maior do que a parte til para que a ruptura do corpo de prova no ocorra nelas. Suas dimenses e formas dependem do tipo de fixao mquina. Os tipos de fixao mais comuns so:

Entre as cabeas e a parte til h um raio de concordncia para evitar que a ruptura ocorra fora da parte til do corpo de prova (Lo). Segundo a ABNT, o comprimento da parte til dos corpos de prova utilizados nos ensaios de trao deve corresponder a 5 vezes o dimetro da seo da parte til. Por acordo internacional, sempre que possvel um corpo de prova deve ter 10 mm de dimetro e 50 mm de comprimento inicial. No sendo possvel a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimenses proporcionais a essas. 10

Corpos de prova com seo retangular so geralmente retirados de placas, chapas ou lminas. Suas dimenses e tolerncias de usinagem so normalizadas pela ISO/R377 enquanto no existir norma brasileira correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superfcie e ausncia de trincas.

2.2.2- Ensaio de compressoPodemos observar o esforo de compresso na construo mecnica, principalmente em estruturas e em equipamentos como suportes, bases de mquinas, barramentos etc. s vezes, a grande exigncia requerida para um projeto a resistncia compresso. Nesses casos, o projetista deve especificar um material que possua boa resistncia compresso, que no se deforme facilmente e que assegure boa preciso dimensional quando solicitado por esforos de compresso. O ensaio de compresso o mais indicado para avaliar essas caractersticas, principalmente quando se tratam de materiais frgeis, como ferro fundido, madeira, pedra e concreto. tambm recomendado para produtos acabados, como molas e tubos. Porm, no se costuma utilizar ensaios de compresso para os metais. Estudando os assuntos desta aula, voc ficar sabendo quais as razes que explicam o pouco uso dos ensaios de compresso na rea da mecnica, analisar as semelhanas entre o esforo de compresso e o esforo de trao, j estudado nas aulas anteriores, e ficar a par dos procedimentos para a realizao do ensaio de compresso. O que a compresso e a trao tm em comum:

De modo geral, podemos dizer que a compresso um esforo axial, que tende a provocar um encurtamento do corpo submetido a este esforo.

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Nos ensaios de compresso, os corpos de prova so submetidos a uma fora axial para dentro, distribuda de modo uniforme em toda a seo transversal do corpo de prova.

Do mesmo modo que o ensaio de trao, o ensaio de compresso pode ser executado na mquina universal de ensaios, com a adaptao de duas placas lisas - uma fixa e outro mvel. entre elas que o corpo de prova apoiado e mantido firme durante a compresso. As relaes que valem para a trao valem tambm para a compresso. Isso significa que um corpo submetido compresso tambm sofre uma deformao elstica e a seguir uma deformao plstica. Na fase de deformao elstica, o corpo volta ao tamanho original quando se retira a carga de compresso.

Nos ensaios de compresso, a lei de Hooke tambm vale para a fase elstica da deformao, e possvel determinar o mdulo de elasticidade para diferentes materiais.

Limitaes do ensaio de compresso:

O ensaio de compresso no muito utilizado para os metais em razo das dificuldades para medir as propriedades avaliadas neste tipo de ensaio. Os valores numricos so de difcil verificao, podendo levar a erros.

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Um problema que sempre ocorre no ensaio de compresso o atrito entre o corpo de prova e as placas da mquina de ensaio. A deformao lateral do corpo de prova barrada pelo atrito entre as superfcies do corpo de prova e da mquina. Para diminuir esse problema, necessrio revestir as faces superiores e inferior do corpo de prova com materiais de baixo atrito (parafina, teflon etc.). Outro problema a possvel ocorrncia de flambagem, isto , encurvamento do corpo de prova. Isso decorre da instabilidade na compresso do metal dctil. Dependendo das formas de fixao do corpo de prova, h diversas possibilidades de encurvamento, conforme mostra a figura ao lado.

A flambagem ocorre principalmente em corpos de prova com comprimento maior em relao ao dimetro. Por esse motivo, dependendo do grau de ductilidade do material, necessrio limitar o comprimento dos corpos de prova, que devem ter de 3 a 8 vezes o valor de seu dimetro. Em alguns materiais muito dcteis esta relao pode chegar a 1:1 (um por um). Outro cuidado a ser tomado para evitar a flambagem o de garantir o perfeito paralelismo entre as placas do equipamento utilizado no ensaio de compresso. Deve-se centrar o corpo de prova no equipamento de teste, para garantir que o esforo de compresso se distribua uniformemente. Ensaio de compresso em materiais dcteis:

Nos materiais dcteis a compresso vai provocando uma deformao lateral aprecivel. Essa deformao lateral prossegue com o ensaio at o corpo de prova se transformar num disco, sem que ocorra a ruptura.

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por isso que o ensaio de compresso de materiais dcteis fornece apenas as propriedades mecnicas referentes zona elstica. As propriedades mecnicas mais avaliadas por meio do ensaio so: limite de proporcionalidade, limite de escoamento e mdulo de elasticidade.

Ensaio de compresso em materiais frgeis:

O ensaio de compresso mais utilizado para materiais frgeis. Uma vez que nesses materiais a fase elstica muito pequena, no possvel determinar com preciso as propriedades relativas a esta fase. A nica propriedade mecnica que avaliada nos ensaios de compresso de materiais frgeis o seu limite de resistncia compresso.

Ensaio de compresso em produtos acabados

Ensaios de achatamento em tubos - Consistem em colocar uma amostra de um segmento de tubo deitada entre as placas da mquina de compresso e aplicar carga at achatar a amostra.

A distncia final entre as placas, que varia conforme a dimenso do tubo deve ser registrada. O resultado avaliado pelo aparecimento ou no de fissuras, ou seja, rachaduras, sem levar em conta a carga aplicada. Este ensaio permite avaliar qualitativamente a ductilidade do material, do tubo e do cordo de solda do mesmo, pois quanto mais o tubo se deformar sem trincas, mais dctil ser o material.

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Ensaios em molas - Para determinar a constante elstica de uma mola, ou para verificar sua resistncia, faz-se o ensaio de compresso. Para determinar a constante da mola, constri-se um grfico tenso-deformao, obtendo-se um coeficiente angular que a constante da mola, ou seja, o mdulo de elasticidade. Por outro lado, para verificar a resistncia da mola, aplicam-se cargas predeterminadas e mede-se a altura da mola aps cada carga.

2.2.3- Ensaio de cisalhamentoPode ser que voc no tenha se dado conta, mas j praticou o cisalhamento muitas vezes em sua vida. Afinal, ao cortar um tecido, ao fatiar um pedao de queijo ou cortar aparas do papel com uma guilhotina, estamos fazendo o cisalhamento. No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento com tesouras, prensas de corte, dispositivos especiais ou simplesmente aplicando esforos que resultem em foras cortantes. Ao ocorrer o corte, as partes se movimentam paralelamente, por escorregamento, uma sobre a outra, separando-se. A esse fenmeno damos o nome de cisalhamento. Todo material apresenta certa resistncia ao cisalhamento. Saber at onde vai esta resistncia muito importante, principalmente na estamparia, que envolve corte de chapas, ou nas unies de chapas por solda, por rebites ou por parafusos, onde a fora cortante o principal esforo que as unies vo ter de suportar.

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A fora que produz o cisalhamento Ao estudar os ensaios de trao e de compresso, voc ficou sabendo que, nos dois casos, a fora aplicada sobre os corpos de prova atua ao longo do eixo longitudinal do corpo.

No caso do cisalhamento, a fora aplicada ao corpo na direo perpendicular ao seu eixo longitudinal.

Esta fora cortante, aplicada no plano da seo transversal (plano de tenso), provoca o cisalhamento. Como resposta ao esforo cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua seo transversal uma reao chamada resistncia ao cisalhamento. A resistncia de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinada situao de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento.

Como feito o ensaio de cisalhamento

A forma do produto final afeta sua resistncia ao cisalhamento. So por essa razo que o ensaio de cisalhamento mais freqentemente feito em produtos acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordes de solda, barras e chapas.

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tambm por isso que no existem normas para especificao dos corpos de prova. Quando o caso, cada empresa desenvolve seus prprios modelos, em funo das necessidades. Do mesmo modo que nos ensaios de trao e de compresso, a velocidade de aplicao da carga deve ser lenta, para no afetar os resultados do ensaio. Normalmente o ensaio realizado na mquina universal de ensaios, qual se adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado. Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utilizam-se um dispositivo como o que est representado simplificadamente na figura a seguir.

O dispositivo fixado na mquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos so inseridos entre as duas partes mveis. Ao se aplicar uma tenso de trao ou compresso no dispositivo, transmite-se uma fora cortante seo transversal do produto ensaiado. No decorrer do ensaio, esta fora ser elevada at que ocorra a ruptura do corpo. No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. S que, em vez dos pinos, utilizam-se junes soldadas. Para ensaiar barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma extremidade livre, utiliza-se o dispositivo abaixo:

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No caso de ensaio de chapas, emprega-se um estampo para corte, como o que mostrado a seguir.

Neste ensaio normalmente determina-se somente a tenso de cisalhamento, isto , o valor da fora que provoca a ruptura da seo transversal do corpo ensaiado. Tenso de cisalhamento

A tenso de cisalhamento ser aqui identificada por TC. Para calcular a tenso de cisalhamento, usamos a frmula:

onde F representa a fora cortante e S representa a rea do corpo.

2.2.4- Dobramento e flexoImagine-se sentado beira de uma piscina, numa belo tarde ensolarado, completamente relaxado, apenas observando o movimento. De repente, voc v algum dando um salto do trampolim. 18

Se voc prestar ateno, vai observar que a prancha se deforma sob o peso do atleta e depois volta sua forma original. Sem dvida, um dos fatores que contribuem para a beleza do salto a capacidade da prancha do trampolim de suportar o esforo aplicado. Agora, pense no que aconteceria se a prancha do trampolim se dobrasse em vez de voltar sua forma original. Seria catastrfico! Neste caso e em muitos outros, importante conhecer o comportamento dos materiais frente a esse tipo de esforo. Por exemplo, j lhe aconteceu de estar parado sobre uma ponte, num congestionamento, sentindo o cho tremer sob as rodas do seu carro enquanto os veculos ao seu lado se movem? Sorte sua o fato de a ponte balanar. Isso significa que a estrutura estava suportando o esforo produzido pelo peso dos veculos. Da flexo ao dobramento

Observe as duas figuras a seguir: a da esquerda mostra um corpo apoiado em suas duas extremidades e a da direita mostra um corpo preso de um lado, com a extremidade oposta livre. Os dois corpos esto sofrendo a ao de uma fora F, que age na direo perpendicular aos eixos dos corpos.

A fora F leva uma regio dos corpos a se contrair, devido compresso, enquanto que outra regio se alonga, devido trao. Entre a regio que se contrai e a que se alonga fica uma linha que mantm sua dimenso inalterada a chamada linha neutra. Em materiais homogneos, costuma-se considerar que a linha neutra fica a igual distncia das superfcies externas inferiores e superior do corpo ensaiado.

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Quando esta fora provoca somente uma deformao elstica no material, dizemos que se trata de um esforo de flexo. Quando produz uma deformao plstica, temos um esforo de dobramento. Isso quer dizer que, no fundo, flexo e dobramento so etapas diferentes da aplicao de um mesmo esforo, sendo a flexo associada fase elstica e o dobramento fase plstica. Em algumas aplicaes industriais, envolvendo materiais de alta resistncia, muito importante conhecer o comportamento do material quando submetido a esforos de flexo. Nesses casos, o ensaio interrompido no final da fase elstica e so avaliadas as propriedades mecnicas dessa fase. Quando se trata de materiais dcteis, mais importante conhecer como o material suporta o dobramento. Nesses casos, feito diretamente o ensaio de dobramento, que fornece apenas dados qualitativos. O ensaio de flexo e o ensaio de dobramento utilizam praticamente a mesma montagem, adaptada mquina universal de ensaios: Dois roletes, com dimetros determinados em funo do corpo de prova, que funcionam como apoios, afastados entre si a uma distncia preestabelecida; Um cutelo semicilndrico, ajustado parte superior da mquina de ensaios.

Esses ensaios podem ser feitos em corpos de prova ou em produtos, preparados de acordo com normas tcnicas especficas. Embora possam ser feitos no mesmo equipamento, na prtica esses dois ensaios no costumam ser feitos juntos. por isso que, nesta aula, abordaremos cada um deles separadamente. Que tal comear pelo ensaio de dobramento, que menos complicado? 20

2.2.4.1-O ensaio de dobramento

Experimente dobrar duas barras de um metal: por exemplo, uma de alumnio recozido e outra de alumnio encruado. Voc vai observar que a de alumnio recozido dobra-se totalmente, at uma ponta encostar-se outra. A de alumnio encruado, ao ser dobrado, apresentar trincas e provavelmente quebrar antes de se atingir o dobramento total. O ensaio de dobramento isso: ele nos fornece somente uma indicao qualitativa da ductilidade do material. Normalmente os valores numricos obtidos no tm qualquer importncia. Como feito o ensaio de dobramento

O ensaio consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilneo e seo circular (macia ou tubular), retangular ou quadrada, assentado em dois apoios afastados a uma distncia especificada, de acordo com o tamanho do corpo de prova, por meio de um cutelo, que aplica um esforo perpendicular ao eixo do corpo de prova, at que seja atingido um ngulo desejado.

O valor da carga, na maioria das vezes, no importa. O ngulo determina a severidade do ensaio e geralmente de 90, 120 ou 180. Ao se atingir o ngulo especificado, examina-se a olho nu a zona tracionada, que no deve apresentar trincas, fissuras ou fendas. Caso contrrio, o material no ter passado no ensaio.

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Processos de dobramento

H dois processos de dobramento: o dobramento livre e o dobramento semiguiado. Veja, a seguir, as caractersticas de cada um. Dobramento livre - obtido pela aplicao de fora nas extremidades do corpo de prova, sem aplicao de fora no ponto mximo de dobramento.

Dobramento semiguiado - O dobramento vai ocorrer numa regio determinada pela posio do cutelo.

Ensaio de dobramento em barras para construo civil

Barras de ao usadas na construo civil so exemplos de materiais que, alm de apresentarem resistncia mecnica, devem suportar dobramentos severos durante sua utilizao, e por isso so submetidos a ensaio de dobramento. Esta caracterstica to importante que normalizada e classificada em normas tcnicas. Neste caso, o ensaio consiste em dobrar a barra at se atingir um ngulo de 180 com um cutelo de dimenso especificada de acordo com o tipo de ao da barra - quanto maior a resistncia do ao, maior o cutelo. O dobramento normalmente do tipo semiguiado. A aprovao da barra dada pela ausncia de fissuras ou fendas na zona tracionada do corpo de prova.

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Ensaio de dobramento em corpos de provas soldados

O ensaio de dobramento em corpos de prova soldados, retirados de chapas ou tubos soldados, realizado geralmente para a qualificao de profissionais que fazem solda (soldadores) e para avaliao de processos de solda. Na avaliao da qualidade da solda costuma-se medir o alongamento da face da solda. O resultado serve para determinar se a solda apropriada ou no para uma determinada aplicao.

2.2.4.2- O ensaio de flexo

O ensaio de flexo realizado em materiais frgeis e em materiais resistentes, como o ferro fundido, alguns aos, estruturas de concreto e outros materiais que em seu uso so submetidos a situaes onde o principal esforo o de flexo. Como j foi dito, a montagem do corpo de prova para o ensaio de flexo semelhante do ensaio de dobramento. A novidade que se coloca um extensmetro no centro e embaixo do corpo de prova para fornecer a medida da deformao que chamamos de flexa, correspondente posio de flexo mxima.

Nos

materiais

frgeis,

as

flexas

medidas

so

muito

pequenas.

Conseqentemente, para determinar a tenso de flexo, utilizamos a carga que provoca a fratura do corpo de prova. 23

2.2.5 - Ensaio de embutimento

E na estamparia que o ensaio de embutimento encontra sua principal aplicao, basta observar alguns objetos de uso dirio, como uma panela, a lataria dos automveis e outras tantas peas produzidas a partir de chapas metlicas, por processos de estampagem. A estampagem o processo de converter finas chapas metlicas em peas ou produtos, sem fratura ou concentrao de microtrincas. As chapas utilizadas neste processo devem ser bastante dcteis.

Ductilidade de chapas

A operao de estampagem envolve dois tipos de deformaes: o estiramento, que o afinamento da chapa, e a estampagem propriamente dita, que consiste no arrastamento da chapa para dentro da cavidade da matriz por meio de um puno. Nessa operao, a chapa fica presa por um sujeitador que serve como guia para o arrastamento. Ensaio de embutimento

A ductilidade a caracterstica bsica para que o produto possa ser estampado. E j estudamos diversos ensaios que podem avaliar esta caracterstica - trao, compresso, dobramento etc. Uma chapa pode apresentar diversa pequena heterogeneidades, que no afetariam o resultado de ductilidade obtido no ensaio de trao. Mas, ao ser deformado a

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frio,

a

chapa

pode

apresentar

pequenas

trincas

em

conseqncia

dessas

heterogeneidades. Alm de trincas, uma pea estampada pode apresentar diversos outros problemas, como enrugamento, distoro, textura superficial rugosa, fazendo lembrar uma casca de laranja etc. ocorrncia destes problemas est relacionada com a matriaprima utilizada. Nenhum dos ensaios que estudamos anteriormente fornece todas as informaes sobre a chapa, necessrias para que se possam prever estes problemas. Para evitar surpresas indesejveis, como s descobrir que a chapa inadequada ao processo de estampagem aps a produo da pea, foi desenvolvido o ensaio de embutimento. Este ensaio reproduz, em condies controladas, a estampagem de uma cavidade previamente estabelecida. Os ensaios de embutimento permitem deformar o material quase nas mesmas condies obtidas na operao de produo propriamente dita, s que de maneira controlada, para minimizar a variao nos resultados. Existem ensaios padronizados para avaliar a capacidade de estampagem de chapas. Os mais usados so os ensaios de embutimento Erichsen e Olsen. Esses ensaios so qualitativos e, por essa razo, os resultados obtidos constituem apenas uma indicao do comportamento que o material apresentar durante o processo de fabricao. Descrio do ensaio

Os ensaios de embutimento so realizados por meio de dispositivos acoplados a um equipamento que transmite fora. Podem ser feitos na j conhecida mquina universal de ensaios, adaptada com os dispositivos prprios, ou numa mquina especfica para este ensaio, como a que mostramos ao lado. A chapa a ser ensaiada presa entre uma matriz e um anel de fixao, que tem por finalidade impedir que o material deslize para dentro da matriz.

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Depois que a chapa fixada, um puno aplica uma carga que fora a chapa a se abaular at que a ruptura acontea. Um relgio medidor de curso, graduado em dcimos de milmetro, fornece a medida da penetrao do puno na chapa. O resultado do ensaio a medida da profundidade do copo formado pelo puno no momento da ruptura. Alm disso, o exame da superfcie externa da chapa permite verificar se ela perfeita ou se ficou rugosa devido granulao, por ter sido usado um material inadequado. Ensaio Erichsen

No caso do ensaio de embutimento Erichsen o puno tem cabea esfrica de 20 mm de dimetro e a carga aplicada no anel de fixao que prende a chapa de cerca de 1.000 kgf.

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O atrito entre o puno e a chapa poderia afetar o resultado do ensaio. Por isso, o puno deve ser lubrificado com graxa grafitada, de composio determinada em norma tcnica, para que o nvel de lubrificao seja sempre o mesmo. O momento em que ocorre a ruptura pode ser acompanhado a olho nu ou pelo estalo caracterstico de ruptura. Se a mquina for dotada de um dinammetro que mea a fora aplicada, pode-se determinar o final do ensaio pela queda brusca da carga que ocorre no momento da ruptura. A altura h do copo o ndice Erichsen de embutimento.

Existem diversas especificaes de chapas para conformao a frio, que estabelecem um valor mnimo para o ndice Erichsen, de acordo com a espessura da chapa ou de acordo com o tipo de estampagem para o qual a chapa foi produzida (mdia profunda ou extraprofunda).

Ensaio Olsen

Outro ensaio de embutimento bastante utilizado o ensaio Olsen. Ele se diferencia do ensaio Erichsen pelo fato de utilizar um puno esfrico de 22,2 mm de dimetro e pelos corpos de prova, que so discos de 76 mm de dimetro.

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Olsen verificou que duas chapas supostamente semelhantes, pois deram a mesma medida de copo quando ensaiadas, precisavam de cargas diferentes para ser deformadas: uma delas necessitava do dobro de carga aplicado outra, para fornecer o mesmo resultado de deformao. Por isso, Olsen determinou a necessidade de medir o valor da carga no instante da trinca. Isso importante porque numa operao de estampagem deve-se dar preferncia chapa que se deforma sob a ao de menor carga, de modo a no sobrecarregar e danificar o equipamento de prensagem.

2.2.6 - Ensaio de toro

A toro diferente da compresso, da trao e do cisalhamento porque nestes casos o esforo aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na toro o esforo aplicado no sentido de rotao. O ensaio de toro de execuo relativamente simples, porm para obter as propriedades do material ensaiado so necessrios clculos matemticos complexos. Como na toro uma parte do material est sendo tracionada e outra parte comprimida, em casos de rotina pode usar os dados do ensaio de trao para prever como o material ensaiado se comportar quando sujeito a toro.

Rotao e toro

Pense num corpo cilndrico, preso por uma de suas extremidades, como na ilustrao ao lado.

Imagine que este corpo passe a sofrer a ao de uma fora no sentido de rotao, aplicada na extremidade solta do corpo. 28

O corpo tender a girar no sentido da fora e, como a outra extremidade est engastada, ele sofrer uma toro sobre seu prprio eixo. Se certo limite de toro for ultrapassado, o corpo se romper. Um exemplo e o eixo de transmisso dos caminhes um timo exemplo para ilustrar como atua este esforo. Uma ponta do eixo est ligada roda, por meio do diferencial traseiro. A outra ponta est ligada ao motor, por intermdio da caixa de cmbio.

O motor transmite uma fora de rotao a uma extremidade do eixo. Na outra extremidade, as rodas oferecem resistncia ao movimento. Como a fora que o motor transmite maior que a fora resistente da roda, o eixo tende a girar e, por conseqncia, a movimentar a roda. Esse esforo provoca uma deformao elstica no eixo, como mostra a ilustrao ao lado.

Momento torsor

No existe coisa mais chata que um pneu furar na hora errada. E os pneus sempre furam em hora errada! Se j lhe aconteceu de ter de trocar um pneu com uma chave de boca de brao curto, voc capaz de avaliar a dificuldade que representa soltar os parafusos da roda com aquele tipo de chave. 29

Um artifcio simples ajuda a reduzir bastante a dificuldade de realizar esta tarefa: basta encaixar um cano na haste da chave, de modo a alongar o comprimento do brao.

Fica claro que o alongamento do brao da chave o fator que facilita o afrouxamento dos parafusos, sob efeito do momento da fora aplicada.

Propriedades avaliadas no ensaio de toro

A partir do momento torsor e do ngulo de toro pode-se elaborar um grfico semelhante ao obtido no ensaio de trao, que permite analisar as seguintes propriedades:

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Estas propriedades so determinadas do mesmo modo que no ensaio de trao e tm a mesma importncia, s que so relativas a esforos de toro. Isso significa que, na especificao dos materiais que sero submetidos a esforos de toro, necessrio levar em conta que o mximo torque que deve ser aplicado a um eixo tem de ser inferior ao momento torsor no limite de proporcionalidade. Corpo de prova para ensaio de toro

Este ensaio bastante utilizado para verificar o comportamento de eixos de transmisso, barras de toro, partes de motor e outros sistemas sujeitos a esforos de toro. Nesses casos, ensaiam-se os prprios produtos. Quando necessrio verificar o comportamento de materiais, utilizam-se corpos de prova. Para melhor preciso do ensaio, empregam-se corpos de prova de seo circular cheia ou vazada, isto , barras ou tubos. Estes ltimos devem ter um mandril interno para impedir amassamentos pelas garras do aparelho de ensaio. Em casos especiais podem-se usar outras sees. Normalmente as dimenses no so padronizadas, pois raramente se escolhe este ensaio como critrio de qualidade de um material, a no ser em situaes especiais, como para verificar os efeitos de vrios tipos de tratamentos trmicos em aos, principalmente naqueles em que a superfcie do corpo de prova ou da pea a mais atingida. Entretanto, o comprimento e o dimetro do corpo de prova devem ser tais que permitam as medies de momentos e ngulos de toro com preciso e tambm que no dificultem o engastamento nas garras da mquina de ensaio. Por outro lado, tambm muito importante uma centragem precisa do corpo de prova na mquina de ensaio, porque a fora deve ser aplicada no centro do corpo de prova.

Equipamento para o ensaio de toro

O ensaio de toro realizado em equipamento especfico: a mquina de toro.

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Esta mquina possui duas cabeas s quais o corpo de prova fixado. Uma das cabeas giratria e aplica ao corpo de prova o momento de toro. A outra est ligada a um pndulo que indica, numa escala, o valor do momento aplicado ao corpo de prova.

Fraturas tpicas

O aspecto das fraturas varia conforme o corpo de prova seja feito de material dctil ou frgil. Os corpos de provas de materiais dcteis apresentam uma fratura segundo um plano perpendicular ao seu eixo longitudinal.

Para materiais frgeis, a fratura se d segundo uma superfcie no plana, mas que corta o eixo longitudinal segundo uma linha que, projetada num plano paralelo ao eixo, forma 45 aproximadamente com o mesmo (fratura helicoidal).

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2.2.7- Dureza2.2.7.1- DUREZA BRINELL Num bom dicionrio, voc encontra que dureza qualidade ou estado de duro, rijeza. Duro, por sua vez, definido como difcil de penetrar ou de riscar, consistente, slido. Essas definies no caracterizam o que dureza para todas as situaes, pois ela assume um significado diferente conforme o contexto em que empregada:

Na rea da metalurgia, considera-se dureza como a resistncia deformao plstica permanente. Isso porque uma grande parte da metalurgia consiste em deformar plasticamente os metais. Na rea da mecnica, a resistncia penetrao de um material duro no outro, pois esta uma caracterstica que pode ser facilmente medida. Para um tcnico em usinagem, a resistncia ao corte do metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior ou menor dificuldade de usinar um metal caracterizada como maior ou menor dureza. Ou seja, a dureza no uma propriedade absoluta. S tem sentido falar em dureza quando se comparam materiais, isto , s existe um material duro se houver outro mole. Ensaio de dureza Brinell

Em 1900, J. A. Brinell divulgou este ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido relao existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistncia trao. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de ao temperado, de dimetro D, sobre uma superfcie plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esfrica de dimetro d.

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A dureza Brinell representada pelas letras HB. Esta representao vem do ingls Hardness Brineli, que quer dizer dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) a relao entre a carga aplicada (F) e a rea da calota esfrica impressa no material ensaiado (Ac). A unidade kgf/mm2, que deveria ser sempre colocada aps o valor de HB, omitida, uma vez que a dureza Brinell no um conceito fsico satisfatrio, pois a fora aplicada no material temvalores diferentes emcada ponto da calota. Escolha das condies de ensaio

O ensaio padronizado, proposto por Brinell, realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de dimetro, de ao temperado. Porm, usando cargas e esferas diferentes, possvel chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condies:

A carga ser determinada de tal modo que o dimetro de impresso d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do dimetro da esfera D. A impresso ser considerada ideal se o valor de d ficar na mdia entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375 mm. Para obter um dimetro de impresso dentro do intervalo citado no item anterior, deve-se manter constante a relao entre a carga (F) e o dimetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a relao igual a uma constante chamada fator de carga.

O dimetro da esfera determinado em funo da espessura do corpo de prova ensaiado. A espessura mnima indicada em normas tcnicas de mtodo de ensaio. No caso da norma brasileira, a espessura mnima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota.

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A esfera de 10 mm produz grandes calotas na pea. Por isso a mais adequada para medir materiais que tm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito discrepantes. Em casos assim, a dureza determinada pela mdia entre as fases, como acontece com os ferros fundidos, bronzes etc. A utilizao de esferas diferentes de 10 mm s vlida para materiais homogneos. Esferas de dimetros menores produziriam calotas menores e, no caso de materiais heterogneos, poderia ocorrer de se estar medindo a dureza de apenas uma das fases. Com isso, o valor de dureza seria diferente do esperado para o material. O nmero de dureza Brinell deve ser seguido pelo smbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga durante 15 segundos. Em outras condies, o smbolo HB recebe um sufixo formado por nmeros que indicam as condies especficas do teste, na seguinte ordem: dimetro da esfera, carga e tempo de aplicao da carga. Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10 mm de dimetro e uma carga de 1.000 kgf, aplicada por 30 segundos, representado da seguinte forma: 85HB 10/1000/30

Vantagens e limitaes do ensaio Brinell

O ensaio Brinell usado especialmente para avaliao de dureza de metais no ferrosos, ferro fundido, ao, produtos siderrsicos em geral e de peas no temperadas. E o nico ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que no tenham estrutura interna uniforme. feito em equipamento de fcil operao. Por outro lado, ouso deste ensaio limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de ao temperado s possvel medir dureza at 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera.

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DUROMETRO BRINELL

O ensaio no deve ser realizado em superfcies cilndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o dimetro da esfera utilizada, porque haveria escoamento lateral do material e a dureza medida seria menor que a real. Em alguns materiais podem ocorrer deformaes no contorno da impresso, ocasionando erros de leitura. As figuras a seguir mostram uma superfcie com impresso normal e duas impresses com deformao. A figura a representa a impresso normal; na figura b observa-se que houve aderncia do material esfera durante a aplicao da carga; e na figura c, as bordas esto abauladas, dificultando a leitura do dimetro.

2.2.7.2- DUREZA ROCKWELL

Em 1922, Rockwell desenvolveu um mtodo de ensaio de dureza que utilizava um sistema de pr-carga. Este mtodo apresenta algumas vantagens em relao ao ensaio BrinelI, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles at os mais duros. Entretanto, tambm tem limitaes, o que indica que est longe de ser a soluo tcnica ideal. O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido rapidez e facilidade de execuo, iseno de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho da impresso.

Em que consiste o mtodo Rockwell?

Neste mtodo, a carga do ensaio aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pr-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material 36

ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita. A leitura do grau de dureza feita diretamente num mostrador acoplado mquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada faixa de dureza do material. Quando se utiliza o penetrador cnico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esfrico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha. Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor dado diretamente na escala determinada. O valor indicado na escala do mostrador o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde profundidade alcanada pelo penetrador, subtradas a recuperao elstica do material, aps a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicao da pr-carga. Em outras palavras: a profundidade da impresso produzida pela carga maior a base de medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representao esquemtica da profundidade produzida por um penetrador cnico de diamante. Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de mquinas, ambas com a mesma tcnica de operao, que diferem apenas pela preciso de seus componentes.

Equipamento para ensaio de dureza Rockwell

A mquina padro mede a dureza Rockwell normal e indicada para avaliao de dureza em geral. A mquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial, e indicada para avaliao de dureza em folhas finas ou lminas, ou camadas superficiais de materiais. Na mquina Rockwell normal, cada diviso da escala equivale a 0,02 mm; na mquina Rockwell superficial, cada diviso equivale a 0,01 mm.

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As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em funo do tipo de penetrador e do valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pr-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pr-carga de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Estas escalas no tm relao entre si. Por isso, no faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala s pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma escala.

Representao da dureza Rockwell

O nmero de dureza Rockwell deve ser seguido pelo smbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Veja, por exemplo, a interpretao do resultado 64HRC: 64 o valor de dureza obtido no ensaio; HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; a ltima letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada.

Utilizando as escalas de dureza Rockwell

Suponha que lhe peam para fazer um ensaio de dureza Rockwell na escala C. Recorrendo aos quadros apresentados anteriormente, que trazem as escalas de dureza Rockwell, possvel identificar as condies de realizao do ensaio. Como fazer isso? Acompanhe a demonstrao. Uma vez que o ensaio deve ser feito na escala C, voc j sabe que se trata de um ensaio de dureza Rockwell normal. O ensaio de dureza Rockwell normal, logo a mquina a ser utilizada a padro. O penetrador para esta escala o cnico de diamante. O penetrador deve ter 120 de conicidade. A carga maior do ensaio de 150 kgf. A leitura do resultado feita na escala preta do relgio. 38

A representao HR15T indica que as informaes devero ser procuradas na escala Roclcwell superficial. Logo, a mquina deve ser a mais precisa. O penetrador ser uma esfera de ao com 1,5875 mm de dimetro. Ser aplicada uma pr-carga de 3 kgf e a carga maior ser de15 kgf. O resultado dever ser lido na escala vermelha.

Profundidade de penetrao

A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio importante para definir a espessura mnima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mnima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador. Entretanto, no h meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell. possvel obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do valor de dureza indicado na escala da mquina de ensaio, utilizando as frmulas a seguir: Penetrador de diamante: HR normal: P = 0,002 x (100 HR) HR superficial: P = 0,001 x (100 HR) Penetrador esfrico: HR normal: P = 0,002 x (130 HR) HR superficial: P = 0,001 x (100 HR)

Por exemplo, a profundidade aproximada de penetrao que ser atingida ao ensaiar um material com dureza estimada de 4OHRC de 0,12 mm. Como se chegou a este resultado? Consultando as tabelas com as escalas de dureza Rockwell, ficamos sabendo que a escala C se refere dureza Rockwell normal e que esta escala utiliza penetrador de diamante. O passo seguinte foi escolher a frmula: P = 0,002 x (100 HR) e fazer as contas. A primeira coisa a ser feita descobrir a profundidade aproximada atingida pelo penetrador. Para isso, deve ter ido ao quadro com a escala B (dureza Rockwell normal), e

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constatado que esta escala usa penetrador esfrico. Com essas informaes, deve ter escolhido a frmula: P = 0,002 x (130 80) para encontrar o valor da profundidade aproximada. Feitos os clculos, deve ter concludo que esta profundidade de aproximadamente 0,1 mm. Uma vez que a espessura do corpo de prova equivale, em geral, a pelo menos 17 vezes a medida da profundidade, a espessura mnima da chapa deve ser de 1,7 mm. O ensaio de dureza Rockwell torna possvel avaliar a dureza de materiais que no poderiam ser submetidos ao ensaio Brinell. Mesmo assim, h situaes em que nem o ensaio Brinell nem o Rockwell so recomendveis.

2.2.7.3- DUREZA VICKERS

Foi Smith e Sandland, em 1925, que desenvolveram um mtodo de ensaio que ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers. Este mtodo leva em conta a relao ideal entre o dimetro da esfera do penetrador Brinell e o dimetro da calota esfrica obtida, e vai alm porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza, incluindo desde os materiais mais duros at os mais moles. Isso no quer dizer que o ensaio Vickers resolva todos os problemas de avaliao de dureza dos materiais. Mas, somado aos outros dois mtodos j estudados, um bom caminho para atender s necessidades de processos industriais cada vez mais exigentes e sofisticados. O ensaio desenvolvido por Smith e Sandland ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers porque a empresa que fabricava as mquinas mais difundidas para operar com este mtodo chamava-se Vickers-Armstrong. A dureza Vickers se baseia na resistncia que o material oferece penetrao de uma pirmide de diamante de base quadrada e ngulo entre faces de 136, sob uma determinada carga. O valor de dureza Vickers (HV) o quociente da carga aplicada (F) pela rea de impresso (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relao, expressa em linguagem matemtica a seguinte: HV = F /A

A mquina que faz o ensaio Vickers no fornece o valor da rea de impresso da pirmide, mas permite obter, por meio de um microscpio acoplado, as medidas das 40

diagonais (d1 e d2) formadas pelos vrtices opostos da base da pirmide. Outra forma de obter os valores de dureza Vickers consultar tabelas montadas para determinadas cargas, em funo da diagonal mdia. Representao do resultado do ensaio

A dureza Vickers representada pelo valor de dureza, seguido do smbolo HV e de um nmero que indica o valor da carga aplicada. Consideremos o valor da dureza : 296,7 HV 10. A representao 440 1-1V 30 indica que o valor da dureza Vickers 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf. O tempo normal de aplicao da carga varia de 10 a 15 segundos. Quando a durao da aplicao da carga diferente, indica-se o tempo de aplicao aps a carga. Por exemplo, na representao: 440 HV 30/20, o ltimo nmero indicaque a carga foi aplicada por 20 segundos. Cargas usadas no ensaio Vickers

Neste mtodo, ao contrrio do que ocorre no Brinell, as cargas podem ser de qualquer valor, pois as impresses so sempre proporcionais carga, para um mesmo material. Deste modo, o valor de dureza ser o mesmo, independentemente da carga utilizada. Por uma questo de padronizao, as cargas recomendadas so: 1, 2, 3,4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf. Para cargas muito altas (acima de 120 kgf), em vez do penetrador de pirmide de diamante pode-se tambm usar esferas de ao temperado de 1 ou 2 mm de dimetro na mesma mquina. Neste caso, o ensaio feito na mquina Vickers o ensaio de dureza Brinell.

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Para aplicaes especficas, voltadas principalmente para superfcies tratadas (carbonetao, tmpera) ou para a determinao de dureza de microconstituintes individuais de uma microestrutura, utiliza-se o ensaio de microdureza Vickers. A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prtico que o ensaio Vickers, s que utiliza cargas menores que 1 kgf. A carga pode ter valores to pequenos como 10 gf. Na microdureza, como a carga aplicada pequena, a impresso produzida microscpica, como mostra a figura ampliada, ao lado.

Comparando Brinell e Vickers

O ensaio Vickers produz valores de impresso semelhantes aos da dureza Brinell. Isso ocorre porque o ngulo de 136 da ponta de diamante produz uma impresso que mantm a relao ideal de 0,37S entre o dimetro da calota esfrica (d) e o dimetro da esfera do penetrador Brinell (D), seja qual for a carga aplicada. E isso o que mostra o desenho ao lado. Defeitos de impresso

Uma impresso perfeita, no ensaio Vickers, deve apresentar os lados retos. Entretanto, podem ocorrer defeitos de impresso, devidos ao afundamento ou aderncia do metal em volta das faces do penetrador. Como o clculo do valor de dureza Vickers utiliza a medida da mdia de duas diagonais, esses erros afetam o resultado da dureza: teremos um valor de dureza maior do que o real nos casos de afundamento e um valor de dureza menor do que o real, nos casos de aderncia. possvel corrigir esses defeitos alterando-se o valor da carga do ensaio para mais ou para menos, dependendo do material e do tipo de defeito apresentado Por outro 42

lado, devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicao de carga, que alteram muito os valores reais de dureza. A preparao do corpo de prova para microdureza deve ser feita, obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-se, de preferncia, o polimento eletroltico, para evitar o encruamento superficial. Quando se usam cargas menores do que 300 gf, pode haver recuperao elstica, dificultando a medida das diagonais. A mquina de dureza Vickers requer aferio constante, pois qualquer erro na velocidade de aplicao da carga traz grandes diferenas nos valores de dureza.

2.2.8- ENSAIO DE FLUENCIA

A fluncia a deformao plstica que ocorre num material, sob tenso constante ou quase constante, em funo do tempo. A temperatura tem um papel importantssimo nesse fenmeno. A fluncia ocorre devido movimentao de falhas, que sempre existem na estrutura cristalina dos metais. No haveria fluncia se estas falhas no existissem. Existem metais que exibem o fenmeno de fluncia mesmo temperatura ambiente, enquanto outros resistem a essa deformao mesmo a temperatura elevadas. As exigncias de uso tm levado ao desenvolvimento de novas ligas que resistam melhor a esse tipo de deformao. A necessidade de testar esses novos materiais, expostos a altas temperaturas ao longo do tempo, define a importncia deste ensaio. Nos ensaios de fluncia, o controle da temperatura muito importante. Verificouse que pequenas variaes de temperatura podem causar significativas alteraes na velocidade de fluncia. Imagine a importncia desta caracterstica para os foguetes, avies a jato, instalaes de refinarias de petrleo, equipamentos de indstria qumica, instalaes nucleares, cabos de alta tenso etc., nos quais os esforos so grandes e as temperaturas de trabalho oscilam em torno de 1.000C. Equipamento para ensaio de fluncia

Na maioria dos casos, avalia-se a fluncia de um material submetendo-o ao esforo de trao. Os corpos de prova utilizados nos ensaios de fluncia so semelhantes aos do ensaio de trao. 43

O equipamento para a realizao deste ensaio permite aplicar uma carga de trao constante ao corpo de prova. O corpo de prova fica dentro de um forno eltrico, de temperatura constante e controlvel. Um extensmetro acoplado ao equipamento, para medir a deformao em funo do tempo.

Como os extensmetros so instrumentos de preciso, no suportam altas temperaturas. Por isso so ligados ao corpo de prova por meio de hastes de extenso, como mostra a figura ao lado.

Preparao do ensaio

Nos ensaios de fluncia, o corpo de prova deve passar por um perodo de aquecimento, at que se atinja a temperatura estabelecida. Mas importante que o corpo de prova no sofra superaquecimento. A prtica comum aquecer primeiro o corpo de prova at 10C abaixo da temperatura do ensaio, por um perodo de 1 a 4 horas, para completa homogeneizao da estrutura. S depois disso o corpo de prova deve ser levado temperatura do ensaio. O aquecimento pode ser feito por meio de resistncia eltrica, por radiao ou induo. A temperatura deve ser medida em dois ou trs pontos, preferencialmente por meio de pirmetros ligados ao corpo de prova por termopares aferidos, de pequeno dimetro.

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Para avaliar a fluncia, utilizam-se trs tipos de ensaios: Ensaio de fluncia propriamente dito; Ensaio de ruptura por fluncia; Ensaio de relaxao. Os ensaios de fluncia so muito longos, podendo durar de um ms at pouco mais de um ano. Por isso seu uso se restringe a atividades de pesquisa e desenvolvimento de novos materiais ou ligas metlicas.

Ensaio de fluncia propriamente dito

Este ensaio consiste em aplicar uma determinada carga em um corpo de prova, a uma dada temperatura, e avaliar a deformao que ocorre durante a realizao do ensaio. importante ressaltar que, neste ensaio, tanto a carga como a temperatura so mantidas constantes durante todo o processo. A durao deste ensaio muito varivel: geralmente leva umtempo superior a 1.000 horas. E normal o ensaio ter a mesma durao esperada para a vida til do produto. s vezes, quando no possivel esperar muito tempo, utilizam-se extrapolaes, isto , o ensaio feito durante um tempo mais curto e, a partir da deformao obtida nesse intervalo, estima-se o comportamento do material por um tempo mais longo (vida til do produto) e avalia-se a quantidade de deformao esperada ao longo deste tempo. O resultado do ensaio dado por uma curva de deformao (fluncia) pelo tempo de durao do ensaio. Para obter resultados significativos, necessrio realizar diversos ensaios no material, com diferentes cargas e temperaturas. As curvas assim obtidas devem representar as diversas situaes prticas de uso do produto. O objetivo do ensaio, em muito casos, determinar as tenses necessrias para produzir uma deformao de 0,5%, 1,0% e, em alguns casos, at 2,0%, por um dado perodo de tempo, em funo da temperatura. Com isso possvel determinar a vida til e a mxima condio de uso do produto. Ensaio de ruptura por fluncia

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Este ensaio semelhante ao anterior, s que neste caso os corpos de prova so sempre levados at a ruptura. Para isso, utilizam-se cargas maiores e, portanto, so obtidas maiores velocidades de fluncia. A deformao atingida pelos corpos de prova bem maior: enquanto no ensaio de fluncia a deformao do corpo de prova poucas vezes ultrapassa 1%, nos ensaios de ruptura por fluncia pode atingir 50%. A tenso e a temperatura so mantidas constantes neste ensaio. Os resultados obtidos no ensaio so: tempo para a ruptura do corpo de prova, medida da deformao e medida da estrico, em certos casos. Este ensaio muito usado pela sua brevidade, comparado com o ensaio de fluncia propriamente dito. Sua durao fica em torno de 1.000 horas. Porm, so necessrios muitos corpos de provas, ensaiados com cargas diferentes, para se obter resultados significativos. Ensaio de relaxao

Os ensaios de fluncia e de ruptura por fluncia envolvem elevado nmero de equipamentos e milhares de horas de ensaio. O ensaio de relaxao elimina essa dificuldade, produzindo dados sobre velocidade de fluncia/tenso numa gama variada de velocidades, com apenas um corpo de prova. Na sua forma mais simples, o ensaio de relaxao feito mantendo a deformao constante, por meio da reduo da tenso aplicada ao corpo de prova ao longo do tempo. O resultado justamente a queda da tenso ao longo do tempo, que mantm a velocidade de deformao constante, num dado valor. A maioria dos ensaios de relaxao duram de 1.000 a 2.000 horas. Os resultados no tm relao direta com aplicao prtica e so extrapolados empiricamente para situaes reais. A principal desvantagem deste ensaio prende-se s exigncias do equipamento, cujo sistema de medio de fora deve permitir medies precisas de pequenas variaes de carga ao longo do tempo. Outro aspecto delicado na realizao deste tipo de ensaio a necessidade de um estreito controle da temperatura da sala onde se encontra o

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equipamento, pois mesmo pequenas flutuaes da temperatura provocam efeitos de dilatao nos componentes da mquina, que podem alterar os resultados. Embora na prtica esses ensaios se restrinjam s atividades de pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e ligas metlicas, evidente sua importncia para determinar as condies seguras de uso de diversos produtos.

2.2.9- ENSAIO DE FADIGAFadiga a ruptura de componentes, sob uma carga bem inferior carga mxima suportada pelo material, devido a solicitaes cclicas repetidas. A ruptura por fadiga comea a partir de uma trinca (nucleao) ou pequena falha superficial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido solicitaes cclicas. Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material no suporte mais o esforo que est sendo aplicado, a pea se rompe repentinamente.

A fratura por fadiga tpica: geralmente apresenta-se fibrosa na regio da propagao da trinca e cristalina na regio da ruptura repentina. Voc pode observar aproximadamente o que acontece na fadiga, dobrando repetidamente um pedao de arame de ao. Aps dobrar algumas vezes, se voc observar atentamente, notar algumas pequenas trincas. Se continuar dobrando, observar que a trinca aumenta de tamanho at ocorrer a ruptura do arame. 47

O

estudo da fadiga importante porque a grande maioria das falhas de

componentes de mquinas, em servio, se deve fadiga. E a ruptura por fadiga ocorre sem nenhum aviso prvio, ou seja, num dado momento a mquina est funcionando perfeitamente e, no instante seguinte, ela falha. Tenses cclicas

Na definio de fadiga, destacou-se que ela se deve a esforos cclicos repetidos. De maneira geral, peas sujeitas a fadiga esto submetidas a esforos que se repetem com regularidade. Trata-se das tenses cclicas. A tenso cclica mais comum caracterizada por uma funo senoidal, onde os valores de tenso so representados no eixo das ordenadas e o nmero de ciclos no eixo das abscissas. As tenses de trao so representadas como positivas e as tenses de compresso como negativas. A figura a seguir apresenta trs tipos de ciclos de tenso. Um ciclo de tenso corresponde a um conjunto sucessivo de valores de tenso, que se repete na mesma seqncia e no mesmo perodo de tempo. A figura a mostra um grfico de tenso reversa, assim chamado porque as tenses de trao tm valor igual s tenses de compresso. No grfico b todas as tenses so positivas, ou seja, o corpo de prova est sempre submetido a uma tenso de trao, que oscila entre um valor mximo e um mnimo. O grfico c representa tenses positivas e negativas, como no primeiro caso, s que as tenses de compresso tm valores diferentes das tenses de trao. Tipos de ensaio de fadiga

Os aparelhos de ensaio de fadiga so constitudos por um sistema de aplicao de cargas, que permite alterar a intensidade e o sentido do esforo, e por um contador de nmero de ciclos. O teste interrompido assim que o corpo de prova se rompe. O ensaio realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitao que se deseja aplicar: O ensaio mais usual, realizado em corpos de prova extrados de barras ou perfis metlicos, o de flexo rotativa.

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Este ensaio consiste em submeter um corpo de prova a solicitaes de flexo, enquanto o mesmo girado em torno de um eixo, por um sistema motriz com contagiros, numa rotao determinada e constante. Corpo de prova

O corpo de prova deve ser usinado e ter bom acabamento superficial, para no prejudicar os resultados do ensaio. A forma e as dimenses do corpo de prova variam, e constituem especificaes do fabricante do equipamento utilizado. O ambiente onde feito o ensaio tambm padronizado. As formas mais utilizadas de corpo de prova so apresentadas nas figuras a seguir. Para uma mesma tenso, pode-se obter resultados de ensaio dispersos e que devem ser tratados estatisticamente. Mas, em geral, o ensaio realizado em cerca de 10 corpos de prova, para cada um dos diversos nveis de tenso.

Curva S-N Os resultados do ensaio de fadiga geralmente so apresentados numa curva tenso-nmero de ciclos, ou simplesmente curva S-N. O S vem da palavra inglesa stress, que quer dizer tenso, e N representa o nmero de ciclos. Observando a curva obtida, nota-se que, medida que se diminui a tenso aplicada, o corpo de prova resiste a um maior nmero de ciclos. Nota-se, tambm, que

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diminuindo a tenso a partir de um certo nvel - em que a curva se torna horizontal - o nmero de ciclos para o rompimento do corpo de prova torna-se praticamente infinito. Esta tenso mxima, que praticamente no provoca mais a fratura por fadiga, chama-se limite de fadiga ou resistncia fadiga do metal considerado. Mas, para a maioria dos materiais, especialmente os metais no ferrosos como o alumnio, a curva obtida no diagrama S-N decrescente. Portanto, necessrio definir um nmero de ciclos para obter a correspondente tenso, que ser chamada de resistncia fadiga. Para o alumnio, cobre, magnsio e suas ligas, deve-se levar o ensaio a at 50 milhes de ciclos e, em alguns casos, a at 500 milhes de ciclos, para neste nmero definir a resistncia fadiga.

Fatores que influenciam a resistencia fadiga

Uma superfcie mal acabada contm irregularidades que, como se fossem um entalhe, aumentam a concentrao de tenses, resultando em tenses residuais que tendem a diminuir a resistncia fadiga. Defeitos superficiais causados por polimento (queima superficial de carbono nos aos, recozimento superficial, trincas etc.) tambm diminuem a resistncia fadiga. Tratamentos superficiais (cromeao, niquelao etc.) diminuem a resistncia fadiga, por introduzirem grandes mudanas nas tenses residuais, alm de conferirem porosidade ao metal. Por outro lado, tratamentos superficiais endurecedores podem aumentar a resistncia fadiga. O limite de fadiga depende da composio, da estrutura granular, das condies de conformao mecnica, do tratamento trmico etc. O tratamento trmico adequado aumenta no somente a resistncia esttica, como tambm o limite de fadiga. O encruamento dos aos dcteis aumenta o limite de fadiga. O meio ambiente tambm influencia consideravelmente o limite de fadiga, pois a ao corrosiva de um meio qumico acelera a velocidade de propagao da trinca. A forma um fator crtico, porque a resistncia fadiga grandemente afetada por descontinuidades nas peas, como cantos vivos, encontros de paredes, mudana brusca de sees. A resistncia fadiga pode ser melhorada

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Sempre que possvel, deve-se evitar a concentrao de tenses. Por exemplo, um rasgo de chaveta num eixo um elemento que concentra tenso e, conseqentemente, diminui a resistncia fadiga. Os projetos devem prever tenses contrrias favorveis (opostas s tenses principais aplicadas), por meio de processos mecnicos, trmicos ou similares. Uma compensao deste tipo encontrada em amortecedores de vibraes de motores a exploso. Defeitos metalrgicos como incluses, poros, pontos moles etc. devem ser eliminados. Deve-se selecionar os materiais metlicos de acordo com o ciclo de tenses: Para aplicaes com baixas tenses cclicas, onde a deformao pode ser facilmente controlada, deve-se dar preferncia a ligas de alta ductilidade. Para aplicaes com elevadas tenses cclicas, envolvendo deformaes cclicas predominantemente elsticas, deve-se preferir ligas de maior resistncia mecnica. Microestruturas estveis, isto , que no sofrem alteraes espontneas ao longo do tempo, apresentam maior resistncia fadiga.

De tudo que foi dito sobre fadiga nesta aula, voc deve ter concludo que, no uso normal dos produtos, ns os submetemos permanentemente a ensaios de fadiga, que s terminam quando o produto falha. Porm, a indstria tem que se preocupar com a fadiga antes de lanar o produto no mercado, pois este ensaio fornece informaes que afetam diretamente a segurana do consumidor.

2.2.10- Ensaio de ImpactoO ensaio de impacto, que se caracteriza por submeter o corpo ensaiado a uma fora brusca e repentina, que deve romp-lo. E bem melhor saber quanto o material resiste a uma carga dinmica numa situao de ensaio do que numa situao real de uso. As fraturas produzidas por impacto podem ser frgeis ou dcteis. As fraturas frgeis caracterizam-se pelo aspecto cristalino e as fraturas dcteis apresentam aparncia fibrosa.

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Os materiais frgeis rompem-se sem nenhuma deformao plstica, de forma brusca. Por isso, esses materiais no podem ser utilizados em aplicaes nas quais sejam comuns esforos bruscos, como em eixos de mquinas, bielas etc. Para estas aplicaes so desejveis materiais que tenham capacidade de absorver energia e dissip-la, para que a ruptura no acontea, ou seja, materiais que apresentem tenacidade. Esta propriedade est relacionada com a fase plstica dos materiais e por isso se utilizam as ligas metlicas dcteis neste tipo de aplicao. Porm, mesmo utilizando ligas dcteis, com resistncia suficiente para suportar uma determinada aplicao, verificou-se na prtica que um material dctil pode romper-se de forma frgil. Fatores que influenciam o comportamento frgil dos materiais dcteis

Um material dctil pode romper-se sem deformao plstica aprecivel, ou seja, de maneira frgil, quando as condies abaixo estiverem presentes: velocidade de aplicao da carga suficientemente alta; trinca ou entalhe no material; temperatura de uso do material suficientemente baixa.

Uma trinca promove concentrao de tenses muito elevadas, o que faz com que a maior parte da energia produzida pela ao do golpe seja concentrada numa regio localizada da pea, com a conseqente formao da fratura frgil. A existncia de uma trinca, por menor que seja, muda substancialmente o comportamento do material dctil. A temperatura tem um efeito muito acentuado na resistncia dos metais ao choque, ao contrrio do que ocorre na resistncia esttica. A energia absorvida por um 52

corpo de prova varia sensivelmente com a temperatura do ensaio. Em outras palavras: A existncia de trincas no material, a baixa temperatura e a alta velocidade de carregamento constituem os fatores bsicos para que ocorra uma fratura do tipo frgil nos materiais metlicos dcteis. Este ensaio usado para medir a tendncia de um metal de se comportar de maneira frgil. O choque ou impacto representa um esforo de natureza dinmica, porque a carga aplicada repentina e bruscamente. No impacto, no s a fora aplicada que conta. Outro fator a velocidade de aplicao da fora. Fora associada com velocidade traduz-se em energia. O ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por uma amostra do material, quando submetida ao de um esforo de choque de valor conhecido. O mtodo mais comum para para ensaiar metais o do golpe, desferido por um peso em oscilao. A mquina correspondente o martelo penduiar.

O pndulo levado a uma certa posio, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe. A sua trajetria continua at certa altura, que corresponde posio final, onde o pndulo apresenta uma energia final. A diferena entre as energias inicial e final corresponde energia absorvida pelo material. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia adotada o joule. Em mquinas mais antigas, a unidade de energia pode ser dada em : kgf m, kgf cm ou kgf mm. A mquina dotada de uma escala, que indica a posio do pndulo, e calibrada de modo a indicar a energia potencial. No ensaio de impacto, a massa do martelo e a acelerao da gravidade so conhecidas. A altura inicial tambm conhecida. 53

A nica varivel desconhecida a altura final, que obtida pelo ensaio. O mostrador da mquina simplesmente registra a diferena entre a altura inicial e a altura final, aps o rompimento do corpo de prova, numa escala relacionada com a unidade de medida de energia adotada. Corpos de prova

Nos ensaios de impacto, utilizam-se duas classes de corpos de prova com entalhe: o Charpy e o Izod. H um tipo especial para ferros fundidos e ligas no ferrosas fundidas sob presso. Esses corpos de prova seguem especificaes de normas internacionais, baseadas na norma americana E-23 da ASTM. Os corpos de prova Charpy compreendem trs subtipos (A, B e C), de acordo com a forma do entalhe. As diferentes formas de entalhe so necessrias para assegurar que haja ruptura do corpo de prova, mesmo nos materiais mais dcteis. Quando a queda do martelo no provoca a ruptura do corpo de prova,o ensaio deve ser repetido com outro tipo de corpo de prova, que apresente entalhe mais severo, de modo a garantir a ruptura. Dos trs tipos apresentados, o que apresenta maior rea de entalhe, ou seja, o entalhe mais severo. O corpo de prova Izod tem a mesma forma de entalhe do Charpy tipo A, localizada em posio diferente (no centralizada). O corpo de prova Charpy apoiado na mquina e o Izod engastado, o que justifica seu maior comprimento. Corpos de prova de ferro fundido e ligas no ferrosas fundidas sob presso no apresentam entaihe. A nica diferena entre o ensaio Charpy e o Izod que no Charpy o golpe desferido na face oposta ao entalhe e no Izod desferido no mesmo lado do entalhe.

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A energia medida um valor relativo e serve apenas para comparar resultados obtidos nas mesmas condies de ensaio. Isso explica por que os resultados desse ensaio no tm aplicao nos clculos de projetos de engenharia. Mesmo tomando-se todos os cuidados para controlar a realizao do ensaio, os resultados obtidos com vrios corpos de prova de um mesmo metal so bastante diversos. Para chegar a concluses confiveis a respeito do material ensaiado, recomendvel fazer o ensaio em pelo menos trs corpos de prova. Em condies de temperatura diversas da temperatura ambiente, os resultados deste ensaio variam sensivelmente.

2.2- Ensaios no destrutivos

So aqueles que aps sua realizao no deixam nenhuma marca ou sinal e, por conseqncia, nunca inutilizam a pea ou corpo de prova. So tcnicas utilizadas na inspeo de materiais e equipamentos sem danificlos. Sendo executadas nas etapas de fabricao, construo, montagem e manuteno. Por essa razo, podem ser usados para detectar falhas em produtos acabados e semi-acabados. muito importante definir claramente os critrios de aceitao e rejeio de cada componente de um determinado produto, pois isso determina a escolha do tipo de ensaio no destrutivo aplicado a cada material, o que fundamental para garantir a segurana e o bem-estar dos usurios. Geralmente, um nico tipo de ensaio no abrange toda a extenso da pea ou da parte a ser examinada. Podemos fazer uma comparao. Por exemplo, o exame do prprio corpo humano. Sabemos que num exame de rotina o mdico usa vrios tipos de END para diagnosticar um problema ou atestar que o paciente se encontra em perfeita sade. Que exames so esses? Por exemplo, quando o mdico examina a garganta com um palito ou uma lanterninha apropriada, est realizando um exame visual. Ouvir os batimentos do corao com o estetoscpio, analisar os pulmes por meio de uma chapa radiogrfica ou medir a presso arterial podem fazer parte de um nico processo de avaliao da sade de um paciente. Analisando o resultado de cada um dos exames, o mdico tira concluses e toma decises. Descontinuidades e defeitos 55

importante que fiquem claro, os conceitos de descontinuidade e defeito de peas. Esses termos so muito comuns na rea de ensaios no destrutivos. Para entend-los, vejamos um exemplo simples: um copo de vidro com pequenas bolhas de ar no interior de sua parede, formadas devido a imperfeies no processo de fabricao, pode ser utilizado sem prejuzo para o usurio. Essas imperfeies so classificadas como descontinuidades. Mas, caso essas mesmas bolhas aflorassem superfcie do copo, de modo a permitir a passagem do lquido do interior para a parte externa, elas seriam classificadas como defeitos, pois impediriam o uso do copo. Uma descontinuidade uma imperfeio num produto que interfere diretamente em seu objetivo fim. Ou seja, permite sua utilizao sem prejuzo. J um defeito uma imperfeio que causa prejuzo em seu objetivo fim.

De modo geral, nos deparamos na indstria com inmeras variveis de processo que podem gerar imperfeies nos produtos. Essas imperfeies devem ser classificadas como descontinuidades ou defeitos. Os ensaios no-destrutivos constituem uma das ferramentas indispensveis para o controle da qualidade dos produtos produzidos pela indstria moderna. So aplicados na inspeo de matria-prima, no controle de processos de fabricao e inspeo final para: Garantir a qualidade; Reduzir os custos; Aumentar a confiabilidade da inspeo; Preservao da vida e do meio ambiente; Competitividade. Os ENDs incluem mtodos capazes de proporcionar informaes a respeito:

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Teor de defeitos de um determinado produto; Das caractersticas tecnolgicas de um material; ou ainda, Da monitorao da degradao em servio de componentes, equipamentos e estruturas.

So largamente utilizados nos setores:

Petrleo / Petroqumico; Qumico; Aeronutico; Aeroespacial; Siderrgico; Naval; Eletromecnico, entre outros.

Os ensaios no destrutivos tratados nesse trabalho sero:

Visual Lquido penetrante Partculas magnticas Ultra-som Radiografia industrial

2.2.1- Ensaios visuaisQuando vai feira e escolhe frutas e legumes, voc usa a viso para separar, por exemplo, aquela laranja mais bonita e saudvel daquela feia e estragada. Essa atividade simples nada mais do que um tipo de ensaio no destrutivo: o ensaio visual. De olho

O ensaio visual dos metais foi o primeiro mtodo de ensaio no destrutivo aplicado pelo homem. , com certeza, o ensaio mais barato, usado em todos os ramos da

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indstria. Todos os outros ensaios no-destrutivos devem ser executados aps a inspeo visual, que pode ser feita vista desarmada, com o auxlio de lupa ou com aparelhos ou instrumentos para inspeo remota (endoscpios, periscpios, cmeras de vdeo, telescpios, etc.). Assim, a inspeo visual exige definio clara e precisa de critrios de aceitao e rejeio do produto que est sendo inspecionado. Requer ainda inspetores treinados e especializados, para cada tipo ou famlia de produtos. Um inspetor visual de chapas laminadas no poder inspecionar peas fundidas e vice-versa, sem prvio treinamento. Principal ferramenta do ensaio visual

A principal ferramenta do ensaio visual so os olhos, importantes rgos do corpo humano. O olho considerado um rgo pouco precisa. A viso varia em cada um de ns, e mostra-se mais varivel ainda quando se comparam observaes visuais num grupo de pessoas. Para minimizar essas variveis, devem-se padronizar fatores como a luminosidade, distncia ou o ngulo em que feita a observao. A iluso de tica outro problema na execuo dos ensaios visuais.

1) Quais traos so mais curtos: os da direita ou os da esquerda?

2) Qual elipse maior: a de baixo ou a interna superior?

3) Qual distncia maior: entre os pontos A e B ou entre os pontos M e N?

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Para eliminar esse problema, nos ensaios visuais, devemos utilizar instrumentos que permitam dimensionar as descontinuidades, por exemplo, uma escala graduada (rgua). Assim, voc chegar a concluses mais confiveis. A inspeo visual a olho nu afetada pela distncia entre o olho do observador e o objeto examinado. A distncia recomendada para inspeo situa-se em torno de 25 cm: abaixo desta medida, comeam a ocorrer distores na visualizao do objeto. Existem outros fatores que podem influenciar na deteco de descontinuidades no ensaio visual.

Limpeza da superfcie

As superfcies das peas ou partes a serem examinadas devem ser cuidadosamente limpas, de tal forma que resduos como graxas, leos, poeira, oxidao etc. no impeam a deteco de possveis descontinuidades e/ou at de defeitos.

Acabamento da superfcie

O acabamento superficial resultante de alguns processos de fabricao, fundio, forjamento, laminao - pode mascarar ou esconder descontinuidades; portanto, dependendo dos requisitos de qualidade da pea, elas devem ser cuidadosamente preparadas (decapadas, rebarbadas, usinadas) para, s ento, serem examinadas.

Nvel de iluminao e seu posicionamento

O tipo de luz utilizada tambm influi muito no resultado da inspeo visual. A luz branca natural, ou seja, a luz do dia uma das mais indicadas; porm, por problemas de layout, a maioria dos exames feita em ambientes fechados, no interior de fbricas. Utilizam-se, ento, lmpadas eltricas, que devem ser posicionadas atrs do inspetor, ou em outra posio qualquer, de modo a no ofuscar sua vista.

Contraste entre a descontinuidade e o resto da superfcie

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A descontinuidade superficial de um determinado produto deve provocar um contraste, ou seja, uma diferena visual clara em relao superfcie de execuo do exame. Esta caracterstica deve ser avaliada antes de se escolher o exame visual como mtodo de determinao de descontinuidades, para evitar que possveis defeitos sejam liberados equivocadamente. Importante

Um fator de fracasso na inspeo visual a fadiga visual dos inspetores, que observam os mesmos tipos de peas durante longos perodos de trabalho. Para minimizar esse problema, devem-se programar paradas para descanso. Outro recurso colocar esporadicamente na linha de inspeo peas-padro, com defeitos mnimos conhecidos, a fim de avaliar o desempenho dos inspetores. Alm do treinamento, estes devem receber acompanhamento oftalmolgico. Ele faz parte da qualificao dos inspetores e deve ser realizado periodicamente, para garantir sua acuidade visual. Ajudando os nossos olhos

Em certos tipos de inspees - por exemplo, na parede interna de tubos de pequeno dimetro e em partes internas de peas -, necessrio usar instrumentos pticos auxiliares, que complementam a funo do nosso olho. Os instrumentos pticos mais utilizados so:

Lupas e microscpios

As lupas so o instrumento ptico mais usado na indstria. A lupa uma lente biconvexa de pequena distncia focal, geralmente de 5 a 10 cm, que produz uma imagem virtual, aumentada, do objeto. Assim, quando o inspetor utiliza uma lupa, ele est enxergando a imagem do objeto e no o prprio objeto. Esta imagem virtual maior e formase atrs dele.

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Existem no mercado lupas com diversos aumentos. As mais comuns variam de 1,5 a 10 vezes de aumento, permitindo observar descontinuidades de at centsimos de milmetro. Algumas possuem uma escala graduada que permite dimensionar as descontinuidades. Os microscpios so constitudos por conjuntos de lentes denominadas objetivas e oculares. Elas possibilitam ampliar descontinuidades at milhares de vezes.

Na maioria dos casos, eles so utilizados na inspeo de peas pequenas, como molas, fios, parafusos, mas em casos especiais podem ser acoplados a peas grandes.

Espelhos e tuboscpios

Um exemplo tpico de espelho na inspeo visual, que ocorre no cotidiano, quando o dentista observa a boca do paciente com aquele espelhinho fixado numa haste metlica. Na indstria, espelhos tambm so usados para inspeo de cantos, soldas e superfcies onde nossos olhos no alcanam. Tuboscpios so instrumentos pticos construdos com os mais variados dimetros e comprimentos, que geralmente possuem seu prprio dispositivo de iluminao. Da mesma forma que os microscpios, os tuboscpios tambm possuem lentes objetivas e oculares. Porm, a imagem do objeto transmitida atravs do tubo do tuboscpio at a

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extremidade do mesmo, onde se encontra uma lente ocular que amplia ainda mais a imagem.

Cmeras de tev em circuito fechado

Micromputadores e cmeras de tev em circuito fechado so acessrias de grande valia nas inspees visuais. Uma cmera de tev acoplada cabea de um tuboscpio permite ao inspetor executar o exame de superfcies a grandes distncias; este recurso deve ser utilizado quando o ambiente em que se encontra a pea, ou a parte dela a ser examinada, no favorvel devido a gases txicos, altas temperaturas ou radiao. Outro exemplo quando se realiza uma inspeo de longa durao e que no pode ser interrompida; nesse caso, o uso de cmeras de tev de grande ajuda. Utilizando uma avanada tecnologia, hoje a inspeo visual um importante recurso na verificao de alteraes dimensionais, padro de acabamento superficial e na observao de descontinuidades superficiais visuais em materiais e produtos em geral, tais como trincas, corroso, deformao, alinhamento, cavidades, porosidade, montagem de sistemas mecnicos e muitos outros. No existe nenhum processo industrial em que a inspeo visual no esteja presente. Simplicidade de realizao e baixo custo operacional so as caractersticas deste mtodo, mas que mesmo assim requer uma tcnica apurada, obedece a slidos requisitos bsicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados.

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2.2.2- Lquido Penetrante

A Origem do ensaio Depois do ensaio visual, o ensaio por lquidos penetrantes o ensaio no destrutivo mais antigo. Ele teve incio nas oficinas de manuteno das estradas de ferro, em vrias partes do mundo. Naquela poca, comeo da era industrial, no se tinha conhecimento do comportamento das descontinuidades existentes nas peas. E quando estas eram colocadas em uso, expostas a esforos de trao, compresso, flexo e, principalmente, esforos cclicos, acabavam se rompendo por fadiga. Era relativamente comum o aparecimento de trincas e at a ruptura de peas de vages, como eixos, rodas, partes excntricas etc., sem que os engenheiros e projetistas da poca pudessem determinar a causa do problema. Algumas trincas podiam ser percebidas, mas o ensaio visual no era suficiente para detectar todas elas, pela dificuldade de limpeza das peas. Foi desenvolvido ento um mtodo especial no destrutivo para detectar rachaduras em peas de vages e locomotivas, chamado de mtodo do leo e giz. Neste mtodo, as peas, depois de lavadas em gua fervendo ou com uma soluo de soda custica, eram mergulhadas num tanque de leo misturado com querosene, no qual ficavam submersas algumas horas ou at um dia inteiro, at que essa mistura penetrasse nas trincas porventura existentes nas peas. Depois desta etapa, as peas eram removidas do tanque, limpas com estopa embebida em querosene e colocadas para secar. Depois de secas, eram pintadas com uma mistura de giz modo e lcool; dessa pintura resultava uma camada de p branco sobre a superfcie da pea. Em seguida, martelavam-se as peas, fazendo com que a mistura de leo e querosene sasse dos locais em que houvesse trincas, manchando a pintura de giz e tornando as trincas visveis. Este teste era muito passvel de erros, pois no havia qualquer controle dos materiais utilizados - o leo, o querosene e o giz. Somente em 1942, nos Estados Unidos, Roberto C. Switzer, aperfeioando o teste do leo e giz, desenvolveu a tcnica de lquidos penetrantes, pela necessidade que a indstria aeronutica americana tinha de testar as peas dos avies, que so at hoje fabricadas com ligas de metais no ferrosos, como alumnio e titnio.

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Descrio do ensaio

O ensaio consiste em aplicar um lquido penetrante sobre a superfcie a ser ensaiada. Aps remover o excesso da superfcie, faz-se sair da descontinuidade o lquido penetrante retido, utilizando-se para isso um revelador. A imagem da descontinuidade, ou seja, o lquido penetrante contrastando com o revelador ficam ento visveis. Sua finalidade detectar descontinuidades abertas na superfcie das peas, como trincas, poros, dobras, que no sejam visveis a olho nu. Hoje em dia, o ensaio por lquidos penetrantes, alm de ser aplicado em peas de metais no ferrosos, tambm utilizado para outros tipos de materiais slidos, como metais ferrosos, cermicas vitrificadas, vidros, plsticos e outros que no sejam porosos.

Os Lquidos Penetrantes

So fluidos utilizados para a deteco de descontinuidades. Eles possuem a capacidade de penetrao em pequenas aberturas.

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Propriedades Fundamentais

Caracterizam-se por dar ao lquido a capacidade de penetrar em pequenas aberturas. Essa capacidade de penetrao em pequenas aberturas denominada Capilaridade. Consideramos propriedades fundamentais:

Tenso superficial Molhabilidade Tenso Superficial

A fora que existe na superfcie de lquidos em repouso denominada tenso superficial. Esta tenso superficial devida s fortes ligaes intermoleculares, as quais dependem das diferenas eltricas entre as molculas, e pode ser definida