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ENSAIO DE DUREZA

ENSAIO DE DUREZA. Flávia Spitale Jacques Poggiali flaviaspitale@gmail.com. INTRODUÇÃO. A palavra dureza pode ter vários significados: na Metalurgia considera-se dureza como a resistência à deformação plástica permanente;

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ENSAIO DE DUREZA

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Presentation Transcript

  1. ENSAIO DE DUREZA Flávia Spitale Jacques Poggiali flaviaspitale@gmail.com

  2. INTRODUÇÃO A palavra dureza pode ter vários significados: • na Metalurgia considera-se dureza como a resistência à deformação plástica permanente; • na Mecânica é a resistência à penetração de um material duro no outro.

  3. INTRODUÇÃO • A dureza é uma propriedade mecânica que consiste em uma medida da resistência de uma material a uma deformação plástica localizada.

  4. DEFINIÇÃO A dureza é a capacidade do material de: • resistir ao risco; • ser deformado plasticamente; • ser cortado; • absorver energia no impacto; • resistir ao desgaste.

  5. MANEIRA DE EXECUÇÃO DO ENSAIO O Ensaio de Dureza pode ser dividido em: • por risco (Mohs); • penetração (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop);

  6. DUREZA MOHS • O primeiro método padronizado de ensaio de dureza foi baseado no processo de riscagem de minerais padrões, desenvolvido por Mohs, em 1822.

  7. DUREZA DUREZA DUREZA MOHS (RISCO) 1: talco 6: feldspato 2: gipsita 7: quartzo 3: calcita 8: topázio 4: fluorita 9: safira 5: apatita 10: diamante

  8. DESVANTAGENS DA ESCALA MOHS • A maioria dos metais apresenta durezas Mohs 4 e 8, e pequenas diferenças de dureza não são acusadas por este método. Por exemplo, um aço dúctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma dureza Mohs de um aço temperado.

  9. DUREZA BRINELL Consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d.

  10. DUREZA BRINELL

  11. DUREZA BRINELL d

  12. PREPARAÇÃO DA AMOSTRA E PENETRADOR • A superfície da amostra em que será feita a medida da dureza deve estar plana, limpa e paralela à base de apoio da máquina de ensaio.

  13. DUREZA BRINELL • Os penetradores são esferas de aço ou de carboneto de tungstênio com diferentes diâmetros.

  14. CÁLCULO DA DUREZA BRINELL Carga aplicada (Q em kgf ou N) Área da impressão (Sc) Diâmetro da esfera (D) e da impressão (d)

  15. CÁLCULO DA DUREZA BRINELL • EXEMPLO: Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou uma esfera de 2,5 mm de diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas dos diâmetros de impressão foram de 1 mm. Qual a dureza do material ensaiado?

  16. DUREZA BRINELL

  17. DUREZA BRINELL • O ensaio padronizado, proposto por Brinell, é realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de aço temperado. Porém, usando cargas e esferas diferentes, é possível chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condições: • F (carga) → 0,25.D < d < 0,5.D , ideal d = 0,375.D

  18. DUREZA BRINELL • Para obter o diâmetro de impressão dentro do intervalo anterior, deve-se manter constante a relação entre a carga (F) e o diâmetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a relação: Fator de carga

  19. DUREZA BRINELL • Para padronizar o ensaio, fatores de carga foram fixados. O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e as respectivas faixas de dureza e indicações do material.

  20. DUREZA BRINELL • O diâmetro da esfera é determinado em função da espessura do corpo de prova ensaiado. No caso da norma brasileira, a espessura mínima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota.

  21. DUREZA BRINELL • O quadro a seguir mostra os diâmetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido.

  22. EXEMPLO • Uma empresa comprou um lote de chapas de aço carbono com a seguinte especificação: espessura: 4 mm, dureza Brinell (HB): 180. Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de dureza Brinell para confirmar se estão de acordo com as especificações. • Essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm?

  23. EXEMPLO • A espessura do material ensaiado (no mínimo) = 17.p • De acordo com a tabela F/D2 = 30 (aço-carbono) → F = 3000 kgf • → 180 = 3000 / .10.p → p = 0,53 mm • Espessura mínima = 17 . 0,53 = 9,01 mm • Resposta: As chapas de 4 mm não podem ser ensaiadas com esfera de 10 mm.

  24. DUREZA BRINELL A execução do ensaio de dureza Brinell consiste em: • Preparar uma superfície plana na amostra; • Colocar e fixar a amostra na mesa da máquina; • Aplicar manualmente a pré-carga; • Acionar o dispositivo para liberação da carga principal;

  25. DUREZA BRINELL • Retirar a carga; • Ler o tamanho da impressão; • Usar a tabela para converter os dados dos ensaios para dureza Brinell.

  26. DUREZA BRINELL Representação da dureza Brinell: XXX HBS D/Q/t ou XXX HBW D/Q/t • XXX: valor da dureza Brinell da amostra; • HBS: para ensaio com uma esfera de aço; • HBW para esfera de tungstênio; • D: diâmetro da esfera; • Q: carga de compressão da esfera em kgf; • t: tempo de aplicação da carga em segundo.

  27. DUREZA BRINELL EXEMPLO: 400 HBS 5/500/30 • Dureza Brinell: 400 • Esfera de aço • Diâmetro 5mm • Carga de 500 kgf • Tempo de 30 s

  28. RELAÇÃO DUREZA X RESISTÊNCIA • Aço: R  0,36HB • Cu-Zn: R  0,41HB • Liga Cu: R  0,52HB • Liga Al: R  0,40HB

  29. VANTAGENS DA DUREZA BRINELL • O baixo custo do equipamento para medida de dureza Brinell. • É usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas; • É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham estrutura interna uniforme (materiais heterogêneos); • É feito em equipamento de fácil operação.

  30. DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL • A possibilidade de se cometer erro no momento da medida dos diâmetros das impressões.

  31. DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL • A impressão da esfera na amostra é maior que a dos outros métodos de ensaio de dureza, por isso é a mais adequada para medir materiais heterogêneos, que têm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito discrepantes (ferros fundidos, bronzes etc);

  32. DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL • O uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de aço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera. • A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão não é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto é mais sensível quanto mais duro for o metal, Fig. 1.

  33. DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL • O ensaio não deve ser realizado em superfícies cilíndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o diâmetro da esfera, pode haver escoamento lateral do material e a dureza medida será menor que a real, Fig. 2.

  34. DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL D r Figura 1 – Recuperação elástica Figura 2 – Escoamento lateral (r < 5.D)

  35. DUREZA ROCKWELL • Proposto em 1922, levando o nome do seu criador, é o processo mais utilizado no mundo, devido à rapidez, à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. • Este método apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles até os mais duros.

  36. DUREZA ROCKWELL Aço temperado Cone de diamante

  37. DUREZA ROCKWELL • Penetrador de diamante:

  38. MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL

  39. DESCRIÇÃO DO PROCESSO • Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita. • A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material.

  40. DESCRIÇÃO DO PROCESSO Cone de diamante Aço temperado

  41. DESCRIÇÃO DO PROCESSO 1º Passo – Aproximar a superfície do corpo de prova do penetrador.

  42. DESCRIÇÃO DO PROCESSO 2º Passo – Submeter o corpo de prova a Uma pré- carga (carga menor).

  43. DESCRIÇÃO DO PROCESSO 3º Passo – Aplicar a carga maior até o ponteiro parar.

  44. DESCRIÇÃO DO PROCESSO 4º Passo – Retirar a carga maior e fazer a leitura do valor indicado no mostrador, na escala apropriada.

  45. ESCALA DE DUREZA ROCKWELL

  46. ESCALA DE DUREZA ROCKWELL

  47. PREPARAÇÃO DA AMOSTRA PARA O ENSAIO • A superfície da amostra deve ser lixada para eliminar alguma irregularidade que possa ocasionar erros; • A primeira leitura do ensaio de dureza Rockwell deve ser desprezada, porque a primeira impressão serve apenas para ajustar bem o penetrador na máquina;

  48. PREPARAÇÃO DA AMOSTRA PARA O ENSAIO • Se a superfície da amostra não for plana, deve-se fazer uma correção no valor de dureza encontrado. A dureza Rockwell é baseada na profundidade e não na área; • A espessura mínima da amostra para o ensaio de dureza Rockwell é dez vezes a profundidade da impressão.

  49. DUREZA ROCKWELL • A execução do ensaio de dureza Rockwell consiste em: • Aplicação da pré-carga; • Aplicação da carga principal; • Retirada da carga; • Leitura da dureza.

  50. DUREZA ROCKWELL • Representação da dureza Rockwell: • 64 HRC: dureza Rockwell de 64 na escala C • 50 HR15N: dureza Rockwell superficial de 50 na escala 15 N

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