1a,2a,3a,4a e 5 aulas Ensaios Mecânicos Prof. Decio

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1 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA Coordenadoria de Projetos Materiais para Construo Mecnica I Apostila LABORATRIO Anlise dos Corpos de Prova Tipos de Ensaios Ensaios de Dureza Ensaios de Trao Ensaio de Dobramento Ensaio de Impacto Exerccios Resolvidos Prof Msc. Dcio Cardoso da Silva 2 ANLISE DOS CORPOS DE PROVA PARA ENSAIOS MECNICOS cp = corpo de prova cp = Ao Ao = liga Fe + C + elementos qumicos Tipos: Ao Comum (SAE 1020; C= 0,18%-0,23%) Ao liga (SAE 8620; C= 0,18%-0,23%; Mn=0,7%-0,9%; Si=0,15%-0,3%;Ni=0,4%-0,7%; Cr= 0,4%-0,6%; Mo=0,15%-0,25%) Condies do CPs: 1. Bruto Laminado: influncia da composio qumica: %C = dureza 2.Tratado Termicamente: mudanas das propriedades atravs dos tratamentos trmicos. TratamentoTrmico:operaesdeaquecimentoeresfriamentoquevisam aumentar ou diminuir a dureza dos materiais. 2.1 Recozimento: aquecimento + tempo + resfriamento lento (forno) = dureza 2.2Tmpera:aquecimento+tempo+resfriamentorpido(guaouleo)= dureza p/ ligas com C 0,35% + Revenimento (alvio de tenses). 2.3 Tratamento Trmoqumico: C 0,35% Ex.: Cementao (60% de carvo vegetal + 40% BaCO3 920C p/8h) TIPOS DE ENSAIOS ENSAIOS DE DUREZA: NO DESTRUTIVOS ENSAIOS DE TRAO, IMPACTO, DOBRAMENTO, FADIGA: DESTRUTIVOS OSENSAIOSCLASSIFICAROOSMATERIAISDENTRODEDOISGRUPOS PRINCIPAIS, DE ACORDO COM A SUA DEFORMAO: MATERIAISDCTEIS:apresentamgrandesdeformaesantesdaruptura. Material recozido ou %C. MATERIAISFRGEIS:apresentammnimasdeformaesantesdaruptura. Material temperado ou %C. 3 TRATAMENTOS TRMICOS USUAIS Tratamentostrmicossooperaesindustriais,realizadascomomaterial,em fornos industriais com objetivo de alterar as sua dureza e propriedades mecnicas. Essas mudanas ocorrem devido as mudanas nas estruturas internas do material. Ostratamentostrmicossorealizadosemfornosaquecidosgs,leoou eletricidade.Os fornos eltricos se utilizam de resistncia eltricas, por estas resistncias passam correnteseltricas(i).NapassagempelaresistnciavaiocorreroefeitoJoule,isto, ocorreraquecimentolocal(naresistncia)devidoadificuldadedepassagemdesta corrente pela resistncia. Este calor aquece o forno e portanto a carga. Os fornos a leo ou gs se utilizam de maaricos, que uma pea posicionada na parededofornodeformamaisoumenostubular,neleentramar(sobpresso)gsou leo. O ar fornece o oxignio que vai reagir com o carbono do combustvel na reao de combusto: C + O2 CO2 + Kcal (chama) Areaodecombustoliberacalor(Kcal)eparainiciarareaonecessriaa presenadeumachama.Ocalorliberadonaqueimadoleooudogs,vaiaqueceromaterial que esta no forno. Osfornosindustriaispossuemcontroledetemperatura,atravsde"termopares". Outrodetalhe,nosfornosleoougselesprecisamterumasadaparagasesde combusto. Esta sada de gases feita pela chamin. PRINCIPAIS TRATAMENTOS TRMICOS Tmpera Finalidade: Obter dureza alta nos aos. Ciclo: 1. Aquecer o material dentro do forno at a temperatura programada; 2. Manter essa temperatura durante 1h/polegada de espessura (pea) ou 1h/ton se for carga; 3. Desligar o forno; 4. Retirar a carga; 5. Rapidamente esfriar em tanque de gua ou leo.

Resultado: Alta dureza. Grfico: temperatura manter 850C desligar

aqueceresfriar em gua ou leo tempo 4 Revenimento (obrigatrio aps a Tmpera) Finalidade:Aliviarastensesdetmperaereduziralgunspontosdadurezade tmpera. Ciclo: 1. Aquecer o material dentro do forno at a temperatura programada; 2.Manter1hora/toneladaparacargaou1hora/polegadadeespessura (pea); 3. Desligar; 4. Esfriar o material dentro do forno. Resultado: Dureza alta inferior a dureza da tmpera Grfico: temperatura manter 400C desligar esfriar no fornoaquecer 300Cretirar tempo Recozimento Finalidade: Reduzir a dureza dos materiais. Ciclo: 1. Aquecer o material dentro do forno at a temperatura programada; 2. Manter 1h/ton. p/ carga ou 1h/polegada de espessura (pea); 4. Desligar o forno; 5. Esfriar o material dentro do forno; 6. Retirar em 500C. Resultado: Dureza baixa; Grfico: temperatura manter 850Cdesligar esfriar no forno aquecer 500C retirar

tempo 5 Normalizao Finalidade: Homogeneizar a estrutura e obter mdia dureza. Ciclo:1. Aquecer o material dentro do forno at a temperatura programada; 2.Manteratemperaturadurante1h/ton.p/cargaou1h/polegadade espessura p/ pea; 3. Desligar; 4. Retirar a carga e esfriar ao ar. Resultado: Dureza mdia Grfico: temperatura manter 860C desligar

esfriarao ar aquecer

tempo Solubilizao Finalidade: Obter dureza baixa em ligas no ferrosas e ao inoxidvel. Ciclo:1. Aquecer o material dentro do forno at a temperatura programada; 2. Manter 1h/ton. p/ carga ou 1h/polegadas de espessura p/ pea; 3. Desligar; 4. Retirar a carga; 5. Coloc-la em tanque de gua. Resultado: Dureza baixa Grfico:Exemplo Ao Inox temperatura manter 1180C desligar resfriarem aquecer gua

tempo 6 Envelhecimento Finalidade: Aumenta a dureza de ligas no ferrosas. Ciclo: 1. Aquecer dentro do forno; 2. Manter 1h/ton. p/ carga ou 1h/polegada de espessura p/ pea; 3. Desligar; 4. Esfriar dentro do forno; Grfico: Exemplo de liga de Alumnio temperatura manter550C desligar esfriar dentro do aquecer forno

tempo ENSAIO DE DUREZA Finalidade A finalidade do ensaio de dureza : 1.Confrontar valores especificados na compra do material com valores recebidos; 2.Definir velocidade de corte e especificar ferramentas adequadas a serem utilizadas nas operaes de usinagem (torneamento, fresagem, etc); 3.Medir o resultado de um tratamento trmico feito no material. Dureza = resistncia deformao plstica, ou seja, penetrao de um material duro no outro. Anlise de dureza para o projetista = base de medida Anliseparaotcnicodeusinagem=resistnciaaocortedometal(medidade comparao) 7 Ensaio de dureza Brinell (J. A. Brinell) (Norma ABNT MB 60) Seqncia Operacional: 1. Preparar o CP; O Corpo de Prova (CP) uma pea obtida com material a ser ensaiado. a) obter por corte, duas superfcies planas e paralelas; b) lixar ou polir as superfcies. 2. Posicionar a pea na mesa da mquina; 3. Aplicar a carga programada (usar a alavanca da mquina); 4. Aguardar (30 seg.) 5. Retirar a carga 6. Fazer a leitura do dimetro da calota impressa no visor da mquina; 7. Levar este dimetro a uma tabela ou frmula e obter em correspondncia a HB (dureza Brinell) do material. Obs.: -AdistnciadocentrodaImpressoatalateraldevesernomnimoiguala2,5 vezes o dimetro da impresso; -A espessura do corpo de prova deve ser igual a 10 vezes o dimetro da impresso; -Para materiais excessivamente duros (acima de 500 HB) usar esfera de carboneto de tungstnio, para evitar a deformao da esfera e resultado falso. -Os equipamentos de corte e lixamento devem possuir refrigerao para evitar que o calor gerado no corte ou lixamento, altere a dureza original do material. Mquina Brinell Original Mquina Brinell Modificada Mquina Original P(F)= 3000 Kgf Penetrador = esfera de ao temperado de dimetro de 10 mm 8 Mquina Modificada P(F) = Varivel (187.5 Kgf, 62.5 Kgf, 31.25 Kgf, 15.625 Kgf) Penetrador = esfera de ao temperado de dimetro de 5 mm ou 2,5 mm Para todos os ensaios Brinell a relao F/D2 deve ser constante. No caso de medir dureza de ao e ferro fundido a relao F/D2 deve ser igual a 30. HB =P(F) [Kgf] S[mm2] Frmula:HB=>P(F)=>[ Kgf / mm ] S HB = Hardness Brinell [Kgf/mm] P(F) = Carga Aplicada [Kgf] S = rea da calota impressa [mm] D = Dimetro do penetrador C 2,5 [mm] d = dimetro da impresso [mm] p = profundidade da calota impressa [mm] Anlise da dureza mediante o da deformao Escala Brinell Materiais de baixa dureza: HB < 235 Materiais de mdia dureza: 235 < HB < 286 Materiais de alta dureza:HB> 286 DUREZA MATERIAIS 90 A 415 HBAOS E FERROS FUNDIDOS 30 A 140 HB Cu,AlESUASLIGASMAIS DURAS 15 A 70 HBCu, Al, E LIGAS MAIS MOLES 30HBPb, Sn, Sb p D d P(F) ( )2 22d D D DPHB =t9 Durmetro Brinell HPO250 (tambm utilizado para dureza Vickers) O da esfera em funo da espessura do CP. Dimetroda esfera (mm) F(Kgf)= 30D2 F(Kgf)= 10D2 F(Kgf)= 5D2 F(Kgf)= 2,5D2 1030001000500250 575025012562,5 2,5187,562,531,2515,625

Para verificar a validade do ensaio: Conhecendoqueaespessuradachapadeversenomnimo10vezesa profundidade da calota e utilizando: HBFDp=t p = profundidade da impresso 10 Ensaio de dureza Rockwell Outrapossibilidadedemediodedurezadosmateriaisutilizandooensaio Rockwell (HR). O princpio do ensaio a medida da profundidade do furo provocado pelo penetrador da mquina, a leitura direta no painel da mquina no necessitando nem de tabela nem de frmula. HvriasescalasdedurezaRockwell:A,B,C,D,E...,pormnaprticaasmais usuais so as escalas B e C. Aplicao das cargas = etapas 1. carga = pr - carga (contato firme entre o penetrador e o material) 2. carga = carga do ensaio Tipos de penetradores: esfrico = esfera de ao temperado = leitura na escala vermelha cnico = cone de diamante com 120 de conicidade = leitura na escala preta 11 Valor de dureza = profundidade alcanada pelo penetrador, subtradas as recuperaes elsticas. Tipos de escalas Rockwell: Rockwell Normal = avaliao das durezas em geral pr-carga = 10 Kgf carga = 60; 100; 150 Kgf ESCALA DE DUREZA ROCKWELL NORMAL E APLICAES ESCALA CORDA ESCALA CARGA MAIOR PENETRADOR FAIXADE UTILIZAO CAMPODE APLICAO APreta60diamante20 a 88 HRA Carbetos,folhasde aocomfina camadasuperficial endurecida CPreta150diamante20 a 70 HRC ao,Ti,aoscom camadaendurecida profunda,materiais com HRB>100 DPreta100diamante40 a 77 HRD Chapas finas de ao compequena camada endurecida BVermelha100esfera 1/1620 a 99 HRB ligas de Cu, ligas de Al,materiais recozidos Ensaio Rockwell B (HRB) Em geral utilizado para materiais de baixa dureza, e na mesma mquina podemos realizar ensaios HRB, HRC e HRA (dureza superficial). Dureza HRB Pr-carga: 10 Kgf. Carga de ensaio: 100 Kgf. Penetrador: esfera de ao temperado no dimetro de 1"16 O valor mximo da escala HRB 120, porm, na prtica trabalha-se