Apostila ENSAIOS MECÂNICOS

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ENSAIOS Mecânicos 19. ENSAIOS MECÂNICOS As características mecânicas são parâmetros que traduzem o comportamento dos materiais quanto a solicitações mecânicas. São, geralmente, conceitos de natureza empírica. A importância que se dá às características mecânicas é devida às relações estabelecidas, durante longa experiência prática, entre estas características e o uso dos materiais metálicos. Para cada tipo de peça tem-se, de modo geral, as características mecânicas que ela deve satisfazer. A verificação destas características é feita através de ensaios mecânicos realizados em corpos-de-prova que representem as peças. Existem especificações técnicas que indicam os ensaios mecânicos a serem realizados, as condições de retirada dos corpos-de-prova bem como suas formas e dimensões. 20.1. Ensaio de dureza A dureza de um material é, geralmente, definida pela resistência que o material oferece à penetração de um corpo penetrador comprimido contra a sua superfície. Entretanto, a medida de dureza pode ser também feita por outros métodos, como os baseados na resistência ao risco ou choque. 20.1.1.Ensaios baseados na resistência ao risco A dureza medida pelo método de resistência ao risco teve origem com Mohs, em 1822. Embora este método não seja utilizado na determinação de dureza dos metais, ele é ainda bastante empregado em mineralogia. Baseando na verificação de que os minerais mais moles são facilmente riscados pelos minerais mais duros, Mohs selecionou dez minerais naturais aos quais atribuiu durezas crescentes de 1 a 10 (tabela 1). ESCALA DE DUREZA MOHS MATERIAL DUREZA MOHS Talco [Si 8 O 20 (OH) 4 Mg 6 ] 1 Gipsita (CaSO 4 . 2H 2 O) 2 Calcita (CO 3 Ca) 3 Fluorita (F 2 Ca) 4 Apatita [(PO 4 ) 3 (F.Cl)Ca 5 ] 5 Feldspato (SiO 4 ) 6 Quartzo (SiO 2 ) 7 Topázio [(SiO 4 /F 2 )Al 2 ] 8 Coríndon (Al 2 O 3 ) 9 Diamante © 10 Página1

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19

ENSAIOS Mecnicos

ENSAIOS Mecnicos

19. ENSAIOS MECNICOS

As caractersticas mecnicas so parmetros que traduzem o comportamento dos materiais quanto a solicitaes mecnicas. So, geralmente, conceitos de natureza emprica.

A importncia que se d s caractersticas mecnicas devida s relaes estabelecidas, durante longa experincia prtica, entre estas caractersticas e o uso dos materiais metlicos.

Para cada tipo de pea tem-se, de modo geral, as caractersticas mecnicas que ela deve satisfazer. A verificao destas caractersticas feita atravs de ensaios mecnicos realizados em corpos-de-prova que representem as peas.

Existem especificaes tcnicas que indicam os ensaios mecnicos a serem realizados, as condies de retirada dos corpos-de-prova bem como suas formas e dimenses.

20.1. Ensaio de dureza

A dureza de um material , geralmente, definida pela resistncia que o material oferece penetrao de um corpo penetrador comprimido contra a sua superfcie.

Entretanto, a medida de dureza pode ser tambm feita por outros mtodos, como os baseados na resistncia ao risco ou choque.

20.1.1.Ensaios baseados na resistncia ao risco

A dureza medida pelo mtodo de resistncia ao risco teve origem com Mohs, em 1822. Embora este mtodo no seja utilizado na determinao de dureza dos metais, ele ainda bastante empregado em mineralogia. Baseando na verificao de que os minerais mais moles so facilmente riscados pelos minerais mais duros, Mohs selecionou dez minerais naturais aos quais atribuiu durezas crescentes de 1 a 10 (tabela 1).

ESCALA DE DUREZA MOHS

MATERIALDUREZA MOHS

Talco [Si8O20(OH)4 Mg6]1

Gipsita (CaSO4. 2H2O)2

Calcita (CO3Ca)3

Fluorita (F2Ca)4

Apatita [(PO4)3 (F.Cl)Ca5]5

Feldspato (SiO4)6

Quartzo (SiO2)7

Topzio [(SiO4/F2)Al2]8

Corndon (Al2O3)9

Diamante 10

Pode-se dizer, a ttulo de indicao, que grande parte dos metais apresenta durezas compreendidas entre 4 e 8 Mohs e que o ao pode ser riscado pelo feldspato.

Existem ainda outros ensaios baseados na resistncia ao risco; igualmente pouco utilizados:

. ensaio de Martens, que consiste em riscar uma superfcie polida da pea a ser ensaiada, utilizando-se uma ponta cnica de diamante, com ngulo de 90. A dureza Martens definida pela carga necessria para produzir um risco de 0,01 mm de largura. O mtodo bem trabalhoso;

. ensaio de Spencer-Bierbaum, que resulta de uma pequena modificao do ensaio Martens. Uma ponta de diamante de ngulo 110 comprimida com uma carga de 3g, e desliza-se sobre a superfcie polida da pea a ser ensaiada, produzindo um risco cuja largura medida por um microscpio e levada a uma frmula que d a dureza Spencer-Bierbaum (HSB).

20.2.Ensaios baseados na resistncia ao choque

Nestes ensaios, a impresso produzida na pea a ser ensaiada obtida pela aplicao de esforos dinmicos ou impactos. O impacto pode ser produzido por:

. martelo

. queda de um peso

. liberao de uma mola.

Normalmente, os ensaios dinmicos so realizados com aparelhos portteis e so empregados para ensaio em peas fixas ou de grandes dimenses, que dificilmente consegue-se ensai-las pelos mtodos estticos usuais.

So ensaios de pouca preciso, mas, em casos especficos, apresentam alguma utilidade.

Os ensaios dinmicos mais usados so:

. ensaio Poldi

. ensaio Shore

20.2.1. Dureza Poldi

O esquema do ensaio mostrado na figura 1, onde tem-se:

uma bigorna(1), um suporte de borracha para a bigorna(2), uma barra-padro de dureza conhecida(3), uma esfera de dimetro 10 mm(4) que fica entre a barra-padro e a pea a ser ensaiada(5).

Figura 1 Ensaio de dureza Poldi

Para realizar o ensaio, d-se, com um martelo, uma pancada na bigorna, originando impresses na barra-padro e na pea a ser ensaiada simultaneamente. Medindo-se, por intermdio de uma lupa graduada, as impresses na barra-padro e na pea, a dureza Poldi da pea determinada pela expresso:

onde:

HP = dureza Poldi da pea ensaiada

d1 = dimetro da impresso na barra-padro

d2 = dimetro da impresso na pea ensaiada

HB = dureza Brinell da barra-padro

O aparelho para determinao da dureza Poldi usualmente designado de aparelho manual de dureza Brinell, embora existam diferenas entre os dois mtodos de ensaio.

Entretanto, caso a pea a ensaiar tenha aproximadamente a mesma dureza da barra-padro e sejam de um mesmo material, o valor da dureza Poldi aproxima-se bastante da dureza Brinell.

Recomenda-se utilizar a barra-padro que possua dureza mais prxima possvel da dureza da pea a ser ensaiada.

Os dimetros das impresses so medidos com uma lupa graduada.

20.2.2. Dureza Shore

A dureza Shore determinada atravs de um ensaio dinmico que produz a impresso na pea por meio de um penetrador que bate na sua superfcie. A dureza Shore consiste em medir a altura atingida por um martelo de ao, em forma de barra, com uma ponta arredondada de diamante, aps o choque com a superfcie da pea. A impresso Shore pequena e serve para medir durezas em peas j usinadas. A mquina Shore porttil e leve, facilitando o seu deslocamento at as peas. As superfcies em que se mede a dureza devem estar lisas e as peas devem ter uma espessura suficiente para que o seu apoio no absorva energia no choque. A escala de dureza Shore contnua, cobrindo toda a gama de variao de dureza dos metais.

Um exemplo de um equipamento para ensaio de dureza Shore mostrado na figura 2.

Figura 2 Mquina de ensaio de dureza Shore.

20.3. Ensaios baseados na resistncia penetrao

A medida de dureza por penetrao feita mais comumente segundo os processos:

. Brinell

. Rockwell

. Vickers.

20.3.1. Dureza Brinell

O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de metal duro ou ao, de dimetro D, sobre uma superfcie plana, com acabamento adequado e limpa de um metal atravs de uma fora F, durante um certo tempo (FIG. 3).

Figura 3

O valor da dureza Brinell dado pela expresso:

onde:

HB = dureza Brinell

F = fora de impresso (kgf)

S = superfcie da impresso (mm2)

D = dimetro do penetrador (mm)

d = dimetro da impresso (mm)

O valor do dimetro da impresso , geralmente, medido por intermdio de uma lupa graduada aps a remoo da carga. Este valor deve ser a mdia das medidas feitas em duas direes perpendiculares. A leitura do dimetro da impresso deve ser feita com uma preciso de ( 0,5%.

Os penetradores esfricos utilizados nos ensaios de dureza Brinell so normalmente de ao com elevado teor em carbono, temperado, mas existem tambm esferas de carboneto de tungstnio. Os dimetros destes penetradores bem como a fora de impresso utilizados no ensaio so variveis. Assim, o uso de esferas de dimetros diferentes e com foras de impresso variveis permite obter o mesmo valor da dureza, desde que a relao F/D2 seja constante. Os valores de dureza Brinell obtidos com diversas foras de impresso variam muito pouco, desde que o dimetro da impresso esteja compreendido entre 25 % e 60 % do dimetro do penetrador, isto , 0,25 D ( d ( 0,6 D.

A tabela 2 relaciona a fora de impresso, o dimetro do penetrador e o campo de aplicao em funo da razo F/D2.

TABELA 2

DUREZA BRINELL E CAMPO DE APLICAO

RazoFora de Impresso (kgf)

F/D2D = 10 mmD = 5 mmD = 2,5 mmCampo de Aplicao

303000750187,5ferrosos e ligas de alta resistncia

10100025062,5no ferrosos de alta dureza

550012531,25no ferrosos de mdia dureza

2,525062,515,62no ferrosos de baixa dureza

1,2512531,257,81no ferrosos de baixssima dureza

A norma brasileira ABNT para ensaio de dureza Brinell de materiais metlicos (NBR 6394/80) prescreve:

. sempre que possvel, o ensaio deve ser efetuado com a maior esfera permitida pelo corpo-de-prova;

. a espessura do corpo-de-prova deve ser, no mnimo, igual a 17 vezes a profundidade da impresso obtida;

. se a espessura mnima estabelecida no puder ser atingida, podem-se usar espessuras de no mnimo 10 vezes a profundidade da impresso obtida. Quando isto ocorrer dever ser anotado no relatrio de ensaio e no permitido para casos de disputa;

. cada impresso deve distar de uma impresso vizinha, no mnimo, 4 vezes o seu dimetro, no caso de materiais ferrosos, cobre e suas ligas e 6 vezes no caso de outros metais e ligas. Esta distncia medida de centro a centro das impresses;

. a distncia entre o centro de uma impresso e as bordas do corpo-de-prova deve ser no mnimo de 2,5 vezes o dimetro mdio da impresso no caso de ligas ferrosas, cobre e suas ligas e de 3 vezes no caso de outros metais e ligas;

. a superfcie em que se faz a impresso deve ser plana;

. a superfcie de ensaio dever ser normal ao eixo do porta-penetrador e essa posio dever ser mantida inalterada no decorrer do ensaio;

. a designao abreviada da dureza Brinell formada pelo valor da dureza obtida, seguida pelo smbolo HB, do dimetro nominal da esfera (mm), do valor da fora de ensaio aplicada (kgf) e pelo valor correspondente a durao da fora de ensaio (s). Cada grupo de nmeros representativos ser separado por uma barra. Ex.: 120 HB 5/250/30.

Dispensam-se os ndices no caso de ensaio com esfera de 10 mm, fora de 3000 kgf e durao da ao da fora de 10 a 15 S.

As tabelas 3, 4, 5 e 6 relacionam o dimetro da impresso, a fora de ensaio e o valor de dureza Brinell para diferentes dimetros do penetrador, conforme a norma da ABNT NBR 6442/80.

TABELA 3

VALORES DA DUREZA BRINELL

ESFERA COM DIMETRO DE 10,0 mm

F/d2 = kgf/mm2F/d2301052,51,25

F/d2301052,51,25

d

mm Fora de Impresso - Kgf

d

mm Fora de Impresso - Kgf

30001000500250125

30001000500250125

2,50(601)(A)20010050,125,1

3,8025584,942,421,210,6

2,52(592)19798,649,324,7

3,8225283,942,021,010,5

2,54(582)19497,148,524,3

3,8424983,041,520,810,4

2,56(573)19195,547,823,9

3,8624682,141,120,510,3

2,58(564)18894,047,023,5

3,8824481,340,620,310,2

2,60(555)18592,646,323,1

3,9024180,440,220,110,0

2,62(547)18291,145,622,8

3,9223979,539,819,99,9

2,64(538)17989,744,922,4

3,9423678,739,419,79,8

2,66(530)17788,444,222,1

3,9623477,938,919,59,7

2,68(522)17487,043,521,8

3,9823177,138,519,39,6

2,70(514)17185,742,921,4

4,0022976,338,119,19,5

2,72(507)16984,442,221,1

4,0222675,537,718,99,4

2,74(499)16683,241,620,8

4,0422474,737,318,79,3

2,76(492)16481,941,020,5

4,0622273,937,018,59,2

2,78(485)16280,840,420,2

4,0821973,236,618,39,1

2,80(477)15979,639,819,9

4,1021772,436,218,19,1

2,82(471)15778,439,219,6

4,1221571,735,817,99,0

2,84(464)15577,338,719,3

4,1421371,035,517,78,9

2,86(457)15276,238,119,1

4,1621170,235,117,68,8

2,88(451)15075,137,618,8

4,1820969,534,817,48,7

2,9044414874,137,018,5

4,2020768,834,417,28,6

2,9243814673,036,518,3

4,2220468,234,117,08,5

2,9443214472,036,018,0

4,2420267,533,716,98,4

2,9642614271,035,517,8

4,2620066,833,416,78,4

2,9842014070,135,017,5

4,2819866,233,116,58,3

3,0041513869,134,617,3

4,3019765,532,816,48,2

3,0240913668,234,117,0

4,3219564,932,416,28,1

3,0440413567,333,616,8

4,3419364,232,116,18,0

3,0639813366,433,216,6

4,3619163,631,815,98,0

3,0839313165,532,716,4

4,3818963,031,515,87,9

3,1038812964,632,316,2

4,4018762,431,215,67,8

3,1238312863,831,915,9

4,4218561,830,915,57,7

3,1437812662,931,515,7

4,4418461,230,615,37,7

3,1637312462,131,115,5

4,4618260,630,315,27,6

3,1836812361,330,715,3

4,4818060,130,015,07,5

3,2036312160,530,315,1

4,5017959,529,814,97,4

3,2235912059,829,914,9

4,5217759,029,514,77,4

3,2435411859,029,514,8

4,5417558,429,214,67,3

3,2635011758,329,114,6

4,5617457,928,914,57,2

3,2834511557,528,814,4

4,5817257,328,714,37,2

3,3034111456,828,414,2

4,6017056,828,414,27,1

3,3233211256,128,114,0

4,6516755,527,813,96,9

3,3433311155,427,713,9

4,7016354,327,113,66,8

3,3632911054,827,413,7

4,7515953,026,513,36,6

3,3832510854,127,013,5

4,8015651,925,913,06,5

3,4032110753,426,713,4

4,8515250,725,412,76,3

3,4231710652,826,413,2

4,9014949,624,812,46,2

3,4431310452,226,113,0

4,9514648,624,312,16,1

3,4630910351,525,812,9

5,0014347,523,811,95,9

3,4830610250,925,512,7

5,1013745,522,811,45,7

3,5030210150,325,212,6

5,2013143,721,810,95,5

3,5229899,549,724,912,4

5,3012641,920,910,55,2

3,5429598,349,224,612,3

5,4012140,220,110,15,0

3,5629297,248,624,312,1

5,5011638,619,39,74,8

3,5828896,148,024,012,0

5,6011137,118,69,34,6

3,6028595,047,523,711,9

5,7010735,717,88,94,5

3,6228293,946,923,511,7

5,8010334,317,28,64,3

3,6427892,846,423,211,6

5,9099,233,116,58,34,1

3,6627591,845,922,911,5

6,0095,531,815,98,04,0

3,6827290,745,422,711,3

3,7026989,744,922,411,2

3,7226688,744,422,211,1

3,7426387,743,921,911,0

3,7626086,843,421,710,8

3,7825785,842,921,510,7

(A) Para os valores entre parnteses no deve ser usada uma esfera de ao, e sim uma de material sinterizado, como o carbeto de tungstnio

TABELA 4

VALORES DA DUREZA BRINELL

ESFERA COM DIMETRO 5,0 mm

F/d2 = kgf/mm2F/d2301052,51,25

F/d2301052,51,25

d

mm Fora de Impresso - Kgf

d

mm Fora de Impresso - Kgf

75025012562,531,25

75025012562,531,25

1,24(611)(A)20410250,925,5

2,3017056,828,414,27,1

1,26(592)19798,649,324,7

2,3216755,827,913,97,0

1,28(573)19195,547,823,9

2,3416454,827,413,76,8

1,30(555)18592,646,323,1

2,3616153,826,913,46,7

1,32(538)17989,744,922,4

2,3815852,826,413,26,6

1,34(522)17487,043,521,8

2,4015651,925,913,06,5

1,36(507)16984,442,221,1

2,4215351,025,512,76,4

1,38(492)16481,941,020,5

2,4415050,125,012,56,3

1,40(477)15979,639,819,9

2,4614849,224,612,36,1

1,42(464)15577,338,719,3

2,4814548,324,212,16,0

1,44(451)15075,137,618,8

2,5014347,523,811,95,9

1,4643814673,036,518,3

2,5214046,723,411,75,8

1,4842614271,035,517,8

2,5413845,923,011,55,7

1,5041513869,134,617,3

2,5613545,122,611,35,6

1,5240413567,333,616,8

2,5813344,422,211,15,5

1,5439313165,532,716,4

2,6013143,721,810,95,5

1,5638312863,831,915,9

2,6212942,921,510,75,4

1,5837312462,131,115,5

2,6412742,221,110,65,3

1,6036312160,530,315,1

2,6612541,520,810,45,2

1,6235411859,029,514,8

2,6812340,920,410,25,1

1,6434511557,528,814,4

2,7012140,220,110,15,0

1,6633711256,128,114,0

2,7211939,619,89,94,9

1,6832911054,827,413,7

2,7411738,919,59,74,9

1,7032110753,426,713,4

2,7611538,319,29,64,8

1,7231310452,226,113,0

2,7811337,718,99,44,7

1,7430610250,925,512,7

2,8011137,118,69,34,6

1,7629899,549,724,912,4

2,8211036,518,39,14,6

1,7829297,248,624,312,1

2,8410836,018,09,04,5

1,8028595,047,523,711,9

2,8610635,417,78,94,4

1,8227892,846,423,211,6

2,8810534,917,48,74,4

1,8427290,745,422,711,3

2,9010334,317,28,64,3

1,8626688,744,422,211,1

2,9210133,816,98,54,2

1,8826086,843,421,710,8

2,9499,933,316,78,34,2

1,9025584,942,421,210,6

2,9698,432,816,48,24,1

1,9224983,041,520,810,4

2,9896,932,316,28,14,0

1,9424481,340,620,310,2

3,0095,531,815,98,04,0

1,9623979,539,819,99,9

1,9823477,938,919,59,7

2,0022976,338,119,19,5

2,0222474,737,318,79,3

2,0421973,236,618,39,1

2,0621571,735,817,99,0

2,0821170,235,117,68,8

2,1020768,834,417,28,6

2,1220267,533,716,98,4

2,1419866,233,116,58,3

2,1619564,932,416,28,1

2,1819163,631,815,98,0

2,2018762,431,215,67,8

2,2218461,230,615,37,7

2,2418060,130,015,07,5

2,2617759,029,514,77,4

2,2817457,928,914,57,2

(A) Para os valores entre parnteses, no deve ser usada uma esfera de ao, e sim uma de material sinterizado, como o carbeto de tungstnio

TABELA 5

VALORES DA DUREZA BRINELL

ESFERA COM DIMETRO - 2,5 mm

F/d2 = kgf/mm2

F/d2301052,51,25

F/d2301052,51,25

D mmFora de Impresso - Kgf

d mmFora de Impresso - Kgf

187,562,531,2515,627,81

187,562,531,2515,627,81

0,62(611)

(A) 20410250,925,5

1,1517056,828,414,27,1

0,63(592)19798,649,324,7

1,1616755,827,913,97,0

0,64(573)19195,547,823,9

1,1716454,827,413,76,8

0,65(555)18592,646,323,1

1,1816153,826,913,46,7

0,66(538)17989,744,922,4

1,1915852,826,413,26,6

0,67(522)17487,043,521,8

1,2015651,925,913,06,5

0,68(507)16984,442,221,1

1,2115351,025,512,76,4

0,69(492)16481,941,020,5

1,2215050,125,012,56,3

0,70(477)15979,639,819,9

1,2314849,224,612,36,1

0,71(464)15577,338,719,3

1,2414548,324,212,16,0

0,72(451)15075,137,618,8

1,2514347,523,811,95,9

0,7343814673,036,518,3

1,2614046,723,411,75,8

0,7442614271,035,517,8

1,2713845,923,011,55,7

0,7541513869,134,617,3

1,2813545,122,611,35,6

0,7640413567,333,616,8

1,2913344,422,211,15,5

0,7739313165,532,716,4

1,3013143,721,810,95,5

0,7838312863,831,915,9

1,3112942,921,510,75,4

0,7937312462,131,115,5

1,3212742,221,110,65,3

0,8036312160,530,315,1

1,3312541,520,810,45,2

0,8135411859,029,514,8

1,3412340,920,410,25,1

0,8234511557,528,814,4

1,3512140,220,110,15,0

0,8333711256,128,114,0

1,3611939,619,89,94,9

0,8432911054,827,413,7

1,3711738,919,59,74,9

0,8532110753,426,713,4

1,3811538,319,29,64,8

0,8631310452,226,113,0

1,3911337,718,99,44,7

0,8730610250,925,512,7

1,4011137,118,69,34,6

0,8829899,549,724,912,4

1,4111036,518,39,14,6

0,8929297,248,624,312,1

1,4210836,018,09,04,5

0,9028595,047,523,711,9

1,4310635,417,78,94,4

0,9127892,846,423,211,6

1,4410534,917,48,74,4

0,9227290,745,422,711,3

1,4510334,317,28,64,3

0,9326688,744,422,211,1

1,4610133,816,98,54,2

0,9426086,843,421,710,8

1,4799,933,316,78,34,2

0,9525584,942,421,210,6

1,4898,432,816,48,24,1

0,9624983,041,520,810,4

1,4996,932,316,28,14,0

0,9724481,340,620,310,2

1,5095,531,815,98,04,0

0,9823979,539,819,99,9

0,9923477,938,919,59,7

1,0022976,338,119,19,5

1,0122474,737,318,79,3

1,0221973,236,618,39,1

1,0321571,735,817,99,0

1,0421170,235,117,68,8

1,0520768,834,417,28,6

1,0620267,533,716,98,4

1,0719866,233,116,58,3

1,0819564,932,416,28,1

1,0919163,631,815,98,0

1,1018762,431,215,67,8

1,1118461,230,615,37,7

1,1218060,130,015,07,5

1,1317759,029,514,77,4

1,1417457,928,914,57,2

(A) Para os valores entre parnteses no deve ser usada uma esfera de ao, e sim uma de material sinterizado, como o carbeto de tungstnio

TABELA 6

VALORES DA DUREZA BRINELL

ESFERA COM DIMETRO 1,0 mm

F/d2 = kgf/mm2

F/d230105

F/d230105

d

mm Fora de Impresso - Kgf

d

mmFora de Impresso - Kgf

30105

30105

0,250(601)

(A)200100

0,252(592)19798,6

0,37626086,843,4

0,254(582)19497,1

0,37825785,842,9

0,256(573)19195,5

0,38025584,942,4

0,258(564)18894,0

0,38225283,942,0

0,260(555)18592,6

0,38424983,041,5

0,262(547)18291,1

0,38624682,141,1

0,264(538)17989,7

0,38824481,340,6

0,266(530)17788,4

0,39024180,440,2

0,268(522)17487,0

0,39223979,539,8

0,270(514)17185,7

0,39423678,739,4

0,272(507)16984,4

0,39623477,938,9

0,274(499)16683,2

0,39823177,138,5

0,276(492)16481,9

0,40022976,338,1

0,278(485)16280,8

0,40222675,537,7

0,280(477)15979,6

0,40422474,737,3

0,282(471)15778,4

0,40622273,937,0

0,284(464)15577,3

0,40821973,236,6

0,286(457)15276,2

0,41021772,436,2

0,288(451)15075,1

0,41221571,735,8

0,29044414874,1

0,41421371,035,5

0,29243814673,0

0,41621170,235,1

0,29443214472,0

0,41820969,534,8

0,29642614271,0

0,42020768,834,4

0,29842014070,1

0,42220468,234,1

0,30041513869,1

0,42420267,533,7

0,30240913668,2

0,42620066,833,4

0,30440413567,3

0,42819866,233,1

0,30639813366,4

0,43019765,532,8

0,30839313165,5

0,43219564,932,4

0,31038812964,6

0,43419364,232,1

0,31238312863,0

0,43619163,631,8

0,31437812662,9

0,43818963,031,5

0,31637312462,1

0,44018762,431,2

0,31836812361,3

0,44218561,830,9

0,32036312160,5

0,44418461,230,6

0,32235912059,8

0,44618260,630,3

0,32435411859,0

0,44818060,130,0

0,32635011758,3

0,45017959,529,8

0,32834511557,5

0,45217759,029,5

0,33034111456,8

0,45417558,429,2

0,33233711256,1

0,45617457,928,9

0,33433311155,4

0,45817257,328,7

0,33632911054,8

0,46017056,828,4

0,33832510854,1

0,46516755,527,8

0,34032110753,4

0,47016354,327,1

0,34231710652,8

0,47515953,026,5

0,34431310452,2

0,48015651,925,9

0,34630910351,5

0,48515250,725,4

0,34830610250,9

0,49014949,624,8

0,35030210150,3

0,49514648,624,3

0,35229899,549,7

0,50014347,523,8

0,35429598,349,2

0,51013745,522,8

0,35629297,248,6

0,52013143,721,8

0,35828896,148,0

0,53012641,920,9

0,36028595,047,5

0,54012140,220,1

0,36228293,946,9

0,55011638,619,3

0,36427892,846,4

0,56011137,118,6

0,36627591,845,9

0,57010735,717,8

0,36827290,745,4

0,58010334,317,2

0,37026989,744,9

0,59099,233,116,5

0,37226688,744,4

0,60095,531,815,9

0,37426387,743,9

(A) Para os valores entre parnteses no deve ser usada uma esfera de ao, e sim uma de material sinterizado, como o carbeto de tungstnio

20.3.2. Dureza Rockwell

O ensaio de dureza Rockwell baseia-se na profundidade da impresso causada por um penetrador numa amostra de superfcie plana, com acabamento adequado e limpa. O penetrador pode ser um cone de diamante de conicidade 120 ou uma esfera de ao temperado.

A realizao do ensaio consiste em:

. comprimir o penetrador contra a superfcie da amostra pela aplicao de uma fora prvia (pr-carga), a fim de fixar bem o corpo-de-prova (FIG. 4a);

. aplicar a fora principal (FIG. 4b);

. retirar a fora principal para permitir a recuperao elstica do material (FIG. 4c);

. ler o valor da dureza Rockwell, normalmente, indicado em relgio de medio.

Figura 4

A diferena de profundidade p entre a profundidade atingida pelo penetrador aps a aplicao da fora prvia e a profundidade aps a retirada da fora principal o parmetro que traduz a dureza Rockwell do material. Uma unidade de dureza Rockwell corresponde a uma diferena de penetrao p igual a 0,002 mm.

Existem vrias escalas para medida de dureza Rockwell comum em que a fora prvia de 10 kgf. Na tabela 7, relaciona-se a fora principal, o penetrador e o campo de aplicao das escalas Rockwell comum.

TABELA 7

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL E APLICAES TPICAS

Escala RockwellFora (kgf)PenetradorCampo de aplicao

A60

Materiais de dureza

C150Cone de diamante 120osuperior a 240 HB

D100

B100Esfera deMateriais de dureza

F60( = 1,59 mm inferior a 240 HB

G150(1/16")

E100Esfera de Ferro fundido ligas de Al e

H60( = 3,17 mmMg, metais para mancais

K150(1/8")

L60Esfera de

M100( = 6,35 mm

P150(1/4")Materiais muito macios ou

R60Esfera definos, metais para mancais

S100( = 12,70 mm

N150(1/2")

As escalas mais utilizadas so a Rockwell B em materiais cuja dureza situa-se entre 50 e 100 unidades desta escala e a Rockwell C em materiais cuja dureza situa-se entre 20 e 70 unidades desta escala.

Utiliza-se a notao:

HRB para dureza Rockwell escala B

HRC para dureza Rockwell escala C

O mtodo brasileiro da ABNT para ensaio de dureza Rockwell comum para materiais metlicos (MB - 358) prescreve:

. a espessura do corpo-de-prova deve ser superior a dez vezes a profundidade de penetrao p;

. a distncia entre os centros de duas impresses vizinhas deve ser, no mnimo, igual a quatro vezes o dimetro da impresso ou no menos que dois milmetros. E a distncia entre o centro de qualquer impresso e a borda do corpo-de-prova deve ser, no mnimo, igual a duas e meia vezes o dimetro da impresso, mas no menos que um milmetro.

Existe a dureza Rockwell superficial em que a fora prvia de 3 kgf. Este tipo de ensaio realizado em materiais de pequena espessura e materiais tratados superficialmente (nitretao, cementao, etc).

Na tabela 8, relaciona-se a fora principal, o penetrador e o campo de aplicao das escalas Rockwell superficial.

TABELA 8

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL E APLICAES TPICAS

Escala Rockwell superficialFora (kgf)PenetradorCampo de aplicao

N

DiamanteIdem s escalas HRA, HRC, HRD

T

Esfera de ( 9 mm 1/16")Idem s escalas HRB, HRF, HRG

W15, 30, 45Esfera de ( 3,17 mm ( 1/18")

X

Esfera de ( 6,35 mm (1/4")Materiais muito macios

Y

Esfera de ( 12,70 mm (1/2")

Recomenda-se o uso da escala 45-T para materiais de espessura acima de 1 mm, 30-T e 45-N para espessuras acima de 0,9 mm, 15-T e 30-N para espessuras acima de 0,5 mm e 15-N para espessuras acima de 0,4 mm.

20.3.3. Dureza Vickers

O ensaio de dureza Vickers baseia-se no mesmo princpio do ensaio Brinell. O penetrador uma pirmide de diamante com base quadrada e ngulo de 136.

Figura 4

O valor da dureza Vickers dado pela expresso:

onde:

HV = dureza Vickers

F = fora de impresso em kgf

S = superfcie da impresso em mm2( = ngulo, no vrtice, entre as faces opostas, medido em graus

d = mdia aritmtica das diagonais d1 e d2 da impresso, em mm.

Devido forma do penetrador, o valor da dureza Vickers de um material o mesmo, qualquer que seja a fora de impresso utilizada. As cargas mais utilizadas so de 1, 2, 3, 5, 10, 30, 50, 100 e 120 kgf.

A norma brasileira da ABNT NBR 6672/81 para ensaio de dureza Vickers para materiais metlicos prescreve:

. a espessura do corpo-de-prova deve ser superior a 1,5 vezes a mdia aritmtica das diagonais da impresso;

. a distncia mnima do centro de uma impresso bordo do corpo-de-prova ou de uma impresso vizinha de 2,5 vezes a mdia aritmtica das diagonais da impresso;

. a leitura das diagonais deve ser feita com preciso de ( 0,001 mm para as diagonais menores ou iguais que 0,2 mm e com preciso de ( 0,5 % d para as diagonais maiores que 0,2 mm.

A tabela 9 relaciona a mdia aritmtica das diagonais da impresso medida at dcimos-centsimos de mm e a dureza Vickers, correspondentes a uma fora de impresso igual a 1 kgf.

TABELA 9

VALORES DA DUREZA VICKERS

Dcimos - centsimos de mm

d (mm)0,00000,00010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,0009

0,045916912908904900896892888884880

0,046876873869865861858854850847843

0,047840836832829825822818815812808

0,048805802798795792788785782779776

0,049772769766763760757754751748745

0,050742739736733730727724721719716

0,051713710707705702699696694691688

0,052686683680678675673670668665663

0,053660658655653650648646643641638

0,054636634631629627624622620618615

0,055613611609606604602600598596593

0,056591589587585583581579577575573

0,057571569567565563561559557555553

0,058551549548546544542540538536534

0,059533531529527526524522520519517

0,060515513512510508507505503502500

0,061498497495494492490489487486484

0,062482481479478476475473472470469

0,063467466464463461460458457456454

0,064453451450448447446444443442440

0,065439438436435434432431430428427

0,066426424423422421419418417416414

0,067413412411409408407406405403402

0,068401400399398396395394393392391

0,069390388387386385384383383381380

0,070378377376375374373372371370369

0,071368367366365364363362361360359

0,072358357356355354353352351350349

0,073348347346345344343342341340340

0,074339338337336335334333332331331

0,075330329328327326325324324323322

0,076321320319318318317316315314314

0,077313312311310309309308307307306

0,078305304303303302301300299299298

0,079297296296295294293293292291291

0,080290289288288287287286285284283

0,081283282281280280279278278277277

0,082276275274274273273272271270270

0,083269268268267267266265265264263

0,084263262262261260260259258258257

0,085257256256255254254253253252251

0,086251250250249248248247247246246

0,087245244244243243242242241241240

0,088240239238238237237236236235235

0,089234234233233232232231230230229

0,090229228228227227226226225225224

0,091224223223223222222221221220220

0,092219219218218217217216216215215

0,093214214214213213212212211211210

0,094210209209208208208207207206206

0,095205205205204204203203202202202

0,096201201200200199,6199,1198,7198,3197,9197,5

0,097197,1196,7196,3195,9195,5195,1194,7194,3193,9193,5

0,098193,1192,7192,3191,9191,5191,1190,7190,4190,0189,6

0,099189,2188,8188,4188,1187,7187,3186,9186,6186,2185,8

A tabela 10 relaciona o valor da diagonal mdia e a dureza Vickers obtida com fora de impresso igual a 1 kgf em termos de ordem de grandeza.

TABELA 10

VALORES DA DUREZA VICKERS

d (mm)Dureza Vickers para carga de 1 kgf

d (mm)Dureza Vickers para carga de 1 kgf

0,00574200

0,40011,6

0,00651500

0,5007,42

0,00737800

0,6005,15

0,00829000

0,7003,78

0,00922900

0,8002,90

0,9002,29

0,01018540

1,0001,85

0,0204640

0,0302060

1,1001,53

0,0401159

1,2001,29

0,050742

1,3001,10

0,060515

1,4000,946

0,070378

1,5000,824

0,080290

1,6000,724

0,090229

1,7000,642

1,8000,572

0,100185,4

1,9000,514

0,20046,4

2,0000,464

0,30020,6

A determinao da dureza Vickers de um material num ensaio que utiliza uma fora de impresso diferente de 1 kgf feita utilizando-se as duas tabelas anteriores, como mostra o exemplo que se segue.

Exemplo: Uma diagonal mdia de 0,761 mm foi obtida num ensaio com fora de impresso igual a 30 kgf.

A tabela 9 indica que a uma diagonal de 0,0761 corresponde uma dureza Vickers de 320 unidades.

A tabela 10 indica:

d = 0,700 mm corresponde a HV = 3,78

d = 0,800 mm corresponde a HV = 2,90

Deduz-se que d = 0,761 corresponde a uma dureza Vickers situada entre estes valores, ou seja, no nosso caso HV = 3,20 para uma fora de impresso igual a 1 kgf. Como o ensaio foi realizado com uma fora de impresso igual a 30 kgf, a dureza do material ensaiado :

HV = 30 x 3,20 = 96

O ensaio de dureza Vickers aplicado a toda a gama de durezas encontradas nos diversos materiais e apresenta grande preciso de medida, porm, mais demorado e exige uma preparao cuidadosa do material a ser ensaiado para tornar ntida a impresso. No utilizado em ensaios de rotina industrial sendo, muitas vezes, reservado para laboratrios de pesquisa.

Quando se deseja uma impresso microscpica no material com, por exemplo, o objetivo de determinar a dureza de um constituinte microgrfico, realiza-se o ensaio de microdureza. O ensaio Vickers encontra ampla aplicao na determinao da microdureza. Neste caso, a fora de impresso geralmente inferior a 1 kgf.

20.3.4. Outros ensaios de dureza

Alm dos mtodos de dureza estudados, existem outros ensaios de dureza baseados na resistncia penetrao:

a) ensaio Knoop, que utiliza um penetrador piramidal de diamante, usado na microdureza;

b) ensaio Monotron, no qual se determina a carga necessria para a obteno de uma profundidade de penetrao convencionada.

Existem, tambm, mtodos de ensaios prprios para a determinao da dureza de materiais plsticos e borracha.

Finalmente, uma referncia deve ser feita ao ensaio Janka, que usado para determinao de dureza de madeiras. Este mtodo normalizado pela ABNT (MB - 26).

20.4. Converso de dureza

Existem expresses matemticas, tabelas e grficos que relacionam entre si as diferentes escalas de dureza.

Entretanto, estas relaes no so precisas. Por esta razo, as converses de dureza devem ser evitadas.

Em casos especficos de existncia de correspondncias estatsticas, obtidas por meio de ensaios comparativos que fornecem uma base vlida, pode-se fazer tais converses, mas dureza efetivamente medida deve ser tambm indicada.

As tabelas 11 e 12 relacionam, entre si, algumas escalas de dureza, conforme norma da ASTM E 140/79.

TABELA 11

RELAO DE DIFERENTES ESCALAS DE DUREZAS

HRBHVHB (A)HRAHRF15 - T30 - T45 - T

10024024061,5...93,183,172,9

9923423460,9...92,882,571,9

9822822860,2...92,581,870,9

9722222259,5...92,181,169,9

9621621658,9...91,880,468,9

9521021058,3...91,579,867,9

9420520557,6...91,279,166,9

9320020057,0...90,878,465,9

9219519556,4...90,577,864,8

9119019055,8...90,277,163,8

9018518555,2...89,976,462,8

8918018054,6...89,575,861,8

8817617654,0...89,275,160,8

8717217253,4...88,974,459,8

8616916952,8...88,673,858,8

8516516552,3...88,273,157,8

8416216251,7...87,972,456,8

8315915951,1...87,671,855,8

8215615650,6...87,371,154,8

8115315350,0...86,970,453,8

8015015049,5...86,669,752,8

7914714748,9...86,369,151,8

7814414448,4...86,068,450,8

7714114147,9...85,667,749,8

7613913947,3...85,367,148,8

7513713746,899,685,066,447,8

7413513546,399,184,765,746,8

7313213245,898,584,365,145,8

7213013045,398,084,064,444,8

7112712744,897,483,763,743,8

7012512544,396,883,463,142,8

6912312343,896,283,062,441,8

6812112143,395,682,761,740,8

6711911942,895,182,461,039,8

6611711742,394,582,160,438,7

6511611641,893,981,859,737,7

6411411441,493,481,459,036,7

6311211240,992,881,158,435,7

6211011040,492,280,857,734,7

6110810840,091,780,557,033,7

6010710739,591,180,156,432,7

5910610639,090,579,855,731,7

5810410438,690,079,555,030,7

5710310338,189,479,254,429,7

5610110137,788,878,853,728,7

5510010037,288,278,553,027,7

54......36,887,778,252,426,7

53......36,387,177,951,725,7

52......35,986,577,551,024,7

51......35,586,077,250,323,7

50......35,085,476,949,722,7

49......34,684,876,649,021,7

48......34,184,376,248,320,7

47......33,783,775,947,719,7

46......33,383,175,647,018,7

45......32,982,675,346,317,7

44......32,482,074,945,716,7

43......32,081,474,645,015,7

42......31,680,874,344,314,7

41......31,280,374,043,713,6

40......30,779,773,643,012,6

39......30,379,173,342,311,6

38......29,978,673,041,610,6

37......29,578,072,741,09,6

36......29,177,472,340,38,6

35......28,776,972,039,67,6

34......28,276,371,739,06,6

33......27,875,771,438,35,6

32......27,475,271,037,64,6

31......27,074,670,737,03,6

30......26,674,070,436,32,6

(A) Esfera penetradora (10 mm e carga 3000 kgf

TABELA 12

RELAO DE DIFERENTES ESCALAS DE DUREZAS

HRCHVHB (A)HB (B)HRAHRD15 - N30 - N45 - N

68940......85,676,993,284,475,4

67900......85,076,192,983,674,2

66865......84,575,492,582,873,3

65832...73983,974,592,281,972,0

64800...72283,473,891,881,171,0

63772...70582,873,091,480,169,9

62746...68882,372,291,179,368,8

61720...67081,871,590,778,467,7

60697...65481,270,790,277,566,6

59674...63480,769,989,876,665,5

58653...61580,169,289,375,764,3

57633...59579,668,588,974,863,2

56613...57779,067,788,373,962,0

55595...56078,566,987,973,060,9

54577...54378,066,187,472,059,8

53560...52577,465,486,971,258,6

5254450051276,864,686,470,257,4

5152848749676,363,885,969,456,1

5051347548175,963,185,568,555,0

4949846446975,262,185,067,653,8

4848445145574,761,484,566,752,5

4747144244374,160,883,965,851,4

4645843243273,660,083,564,850,3

4544642142173,159,283,064,049,0

4443440940972,558,582,563,147,8

4342340040072,057,782,062,246,7

4241239039071,556,981,561,345,5

4140238138170,956,280,960,444,3

4039237137170,455,480,459,543,1

3938236236269,954,679,958,641,9

3837235335369,453,879,457,740,8

3736334434468,953,178,856,839,6

3635433633668,452,378,355,938,4

3534532732767,951,577,755,037,2

3433631931967,450,877,254,236,1

3332731131166,850,076,653,334,9

3231830130166,349,276,152,133,7

3131029429465,848,475,651,332,5

3030228628665,347,775,050,431,3

2929427927964,647,074,549,530,1

2828627127164,346,173,948,628,9

2727926426463,845,273,347,727,8

2627225825863,344,672,846,826,7

2526625325362,843,872,245,925,5

2426024724762,443,171,645,024,3

2325424324362,042,171,044,023,1

2224823723761,541,670,543,222,0

2124323123161,040,969,942,320,7

2023822622660,540,169,441,519,6

(A) Esfera penetradora (10 mm e carga 3000 kgf

(B) Esfera penetradora (10 mm (metal duro) e carga 3000 kgf20.5. Ensaio de trao

A resistncia trao ou limite de resistncia trao de um material a tenso correspondente ao quociente entre a fora mxima aplicada nele e a rea da seo transversal do corpo-de-prova, conforme a expresso:

onde:

LR = limite de resistncia trao (kgf/ mm2 ou MPa)

Fm = fora mxima (kgf ou N)

So = rea da seo transversal, inicial (mm2)

A determinao da fora mxima aplicada a um corpo-de-prova feita atravs do ensaio de trao.

O ensaio de trao consiste em aplicar num corpo-de-prova uma fora axial crescente que tende a estic-lo ou along-lo at a sua ruptura (FIG. 6).

Figura 6

As mquinas utilizadas para a aplicao da fora axial no corpo-de-prova, chamadas mquinas de trao, permitem traar um grfico relacionando a fora aplicada e a deformao sofrida pelo corpo-de-prova. Um grfico tpico o da figura 7.

Figura 7

A curva do grfico apresenta uma parte retilnea 0A, uma sinuosidade prxima do ponto A e uma parte no retilnea AC.

Para qualquer ponto da parte 0A, ao interromper a aplicao da fora e fazendo-se o descarregamento, a deformao residual do corpo-de-prova nula. Diz-se que o trecho 0A corresponde zona elstica do material. Enquanto o material encontra-se na zona elstica, a deformao do corpo-de-prova proporcional fora aplicada.

Para qualquer ponto da parte AC, ao interromper a aplicao da fora, o corpo-de-prova ter uma deformao residual ou permanente. Diz-se que o trecho AC corresponde zona plstica do material.

A tenso num corpo-de-prova a razo entre a fora externa aplicada nele e a rea da sua seo transversal.

onde:

( = tenso (kgf/ mm2 ou MPa)

F = fora (kgf ou N)

S = rea da seo transversal (mm2)

A deformao do corpo-de-prova em um determinado instante definida pela expresso:

onde:

( = deformao

Lo = distncia inicial (mm) entre dois pontos de referncia, situados no corpo-de-prova

(L = L - Lo (mm)

L = distncia (mm) entre os dois pontos de referncia, no instante considerado

Na zona elstica do material tem-se a relao :

onde:

E = constante de proporcionalidade entre ( e ( , chamada mdulo de elasticidade ou mdulo de Young.

Quando a deformao proporcional tenso, diz-se que o material obedece a lei de Hooke, que expressa pela relao anterior.

Na vizinhana do ponto A, tem-se o ponto correspondente a tenso mxima para a qual no h deformao permanente que o limite elstico ou limite de elasticidade do material e o ponto correspondente tenso mxima para a qual se verifica a lei de Hooke, o limite de proporcionalidade.

A posio que define o limite elstico e o limite de proporcionalidade discutvel. Admite-se que uma deformao residual de 0,001 % seja o limite da zona elstica; sendo isto mais aplicado quando se trata de materiais dcteis.

Em ensaios de rotina, os valores destes limites no so determinados.

20.5.1. Mdulo de elasticidade

O mdulo de elasticidade a medida da rigidez do material. Quanto maior o mdulo, menor ser a deformao elstica resultante da aplicao de uma tenso e mais rgido ser o material.

O mdulo de elasticidade determinado pelas foras de ligao entre os tomos de um material.

Relaciona-se, na tabela 13, o valor do mdulo de elasticidade de algumas ligas.

TABELA 13

MDULO DE ELASTICIDADE PARA ALGUMAS LIGAS

LigaMdulo de elasticidade mdio (kgf/mm2)

Aos carbono21000

Ferro fundido cinzento10500

Ferro fundido com grafita esferoidal14000

Bronze11200

Lato11900

Ligas de alumnio7420

Ligas de magnsio4550

20.5.2. Elasticidade e plasticidade

Um material metlico possui uma estrutura cristalina, ou seja, os seus tomos encontram-se arrumados de forma a constiturem uma rede cristalina regular no espao, com posies definidas entre si.

A ligao entre os tomos feita, principalmente, pela atrao dos ons positivos com os eltrons livres.

Quando um metal sofre um esforo dentro de sua zona elstica, h um deslocamento dos tomos de suas posies primitivas no espao, de modo que, ao cessar esse esforo, os tomos voltam s suas posies originais, sem deixar qualquer deformao permanente.

Com o aumento do esforo, chega-se a um ponto que os tomos se distanciam de tal forma que no voltam s suas posies originais, isto , chega-se zona plstica.

Com esforos fornecidos pelas mquinas comuns, seria impossvel atingir a zona plstica, no fossem certas descontinuidades encontradas no interior da rede cristalina.

Estas descontinuidades podem ser de dois tipos: puntuais ou lineares. As descontinuidades puntais so ocasionadas pela falta de um tomo que deveria se localizar numa dada posio do reticulado cristalino, ou so ocasionados por tomos que ocupam posies intersticiais, isto , entre os tomos regulares do arranjo. As descontinuidades lineares, chamadas discordncias, so planos de tomos do metal fora de sua posio normal na rede cristalina.

Portanto, os conceitos de elasticidade e plasticidade esto relacionados com a possibilidade ou no dos tomos retornarem s suas posies originais aps terem sido afastados delas.

20.5.3. Limite de escoamento

O incio da plasticidade de um material verificado pelo fenmeno do escoamento. O escoamento um tipo de transio heterognea e localizada, caracterizado por um aumento relativamente grande da deformao com pequena variao da tenso. Aps o escoamento, o metal encontra-se encruado, isto , h endurecimento por deformao a frio.

Algumas ligas no esto sujeitas a este fenmeno ou, em alguns casos, o escoamento no ntido.

Durante a realizao de um ensaio de trao, o escoamento ntido caracterizado por uma oscilao ou uma parada do ponteiro da mquina. Em escoamento no ntido, ou seja, em ligas no dcteis o escoamento ocorre to ligeiramente que a sensibilidade da mquina no permite o seu registro com preciso suficiente.

A figura 8 mostra uma curva obtida num ensaio de trao com material que apresenta escoamento ntido.

Figura 8

A tenso correspondente ao ponto A da curva a tenso mxima atingida antes da queda repentina da fora, ou seja, incio da deformao plstica no escoamento. Essa tenso mxima o limite de escoamento superior.

Aps essa queda repentina da fora, esta estabiliza-se e o material sofre uma deformao relativamente grande. A tenso correspondente a esse patamar de escoamento o limite de escoamento inferior e o alongamento do metal referente a esse patamar o alongamento de escoamento.

Os limites de escoamento no so constantes para um determinado material, mas dependem de diversos fatores como geometria e condies do corpo-de-prova, mtodo de ensaio, velocidade de deformao e, principalmente, das caractersticas da mquina de ensaio.

Entretanto, o limite de escoamento inferior menos afetado que o superior. Por isso, calcula-se o limite de escoamento pela expresso:

onde:

LE = limite de escoamento (kgf/ mm2 ou MPa)

Fe = fora correspondente ao escoamento inferior (kgf ou N)

So = rea da seo transversal inicial do corpo-de-prova (mm2)

Quando o escoamento no ntido, utiliza-se o limite convencional de escoamento, definido pela expresso:

onde:

LEx = limite convencional de escoamento (kgf ou MPa)

Fex = fora correspondente deformao x do material (kgf ou N)

So = rea da seo transversal inicial do corpo-de-prova (mm2)

x = valor convencionado da deformao plstica ou total do material para o clculo do limite de escoamento.

A determinao da fora Fex feita graficamente e, de modo geral, como indicado na figura 9.

Traa-se a curva relacionando fora e deformao pelo uso de extensmetro. A partir da origem de coordenadas, marca-se, no eixo das abscissas, o valor da deformao x escolhida encontrando-se o ponto A. Em seguida, traa-se por A uma reta paralela parte reta da curva da zona elstica, determinando-se o ponto B, ao qual corresponde a fora Fex.

Figura 9

O valor de x varia entre 0,1 % e 0,5 %, sendo que, geralmente, utiliza-se x = 0,2 % de deformao plstica.

Observao: extensmetro um instrumento mecnico, dotado de um micrmetro, utilizado para medir variao no comprimento do corpo-de-prova, ao qual se prende por meio de garras. Lendo-se periodicamente, o valor da variao no comprimento (calcula-se a deformao) e a fora correspondente, traa-se por pontos a curva da figura 9.

20.5.4. Resilincia, tenacidade, ductilidade

a) Resilincia

Resilincia de um material a sua capacidade em absorver energia quando deformado elasticamente, isto , dentro da zona elstica, e liber-la quando descarregado. A sua medida feita pelo mdulo de resilincia, que traduz a energia de deformao por unidade de volume necessria para tensionar um material at o limite de proporcionalidade. Este mdulo dado pela expresso:

onde:

UR = mdulo de resilincia (kgf.mm/mm3)

(p = limite de proporcionalidade (kgf/ mm2)

E = mdulo de elasticidade (kgf/ mm2)

O mdulo de resilincia corresponde medida da rea hachurada na figura 10;

Figura 10

b) Tenacidade

Tenacidade de um material a sua capacidade em absorver energia quando tracionado at a ruptura. A sua medida feita pelo mdulo de tenacidade, que traduz a energia absorvida por unidade de volume no ensaio de trao at a ruptura. O valor do mdulo de tenacidade corresponde medida da rea hachurada na figura 11;

Figura 11

c) Ductilidade

Ductilidade de um material a sua capacidade em deformar-se permanentemente sem se romper. Um material dctil apresenta boa capacidade de deformao.

Um material no dctil frgil (FIG. 12)

Figura 12

20.5.5. Limite de resistncia trao

O limite de resistncia trao, definido pela expresso:

onde:

LR = limite de resistncia trao (kgf/mm2 ou MPa)

Fm = fora mxima aplicada (kgf ou N)

So = rea da seo transversal, inicial (mm2)

O limite de resistncia trao fcil de ser calculado e sempre especificado com outras propriedades mecnicas dos materiais.

Para as ligas dcteis utilizam-se mais em dimensionamentos e projetos, os valores do limite de escoamento do que o do limite de resistncia trao. Porm, para os materiais frgeis, o limite de resistncia trao caracteriza bem a resistncia do material.

20.6. Alongamento aps ruptura

Ao ser tracionado, o corpo-de-prova alonga-se. O alongamento aps a ruptura do corpo-de-prova (FIG. 13) definido pela expresso:

EMBED Equation.3 onde:

A = alongamento (%)

Lo = distncia inicial entre as referncias previamente marcadas na parte til do corpo-de-prova - base de medida

L = distncia entre as mesmas referncias aps a ruptura, uma vez reajustadas, da melhor maneira possvel, as duas partes do corpo-de-prova.

Figura 13

A distncia Lo entre as referncias marcadas na parte til do corpo-de-prova, antes do ensaio de trao, especificada por normas tcnicas. Quando a ruptura ocorre fora do trecho compreendido pelas referncias, recomenda-se realizar outro ensaio para a determinao do alongamento.

Ao ser dado o valor do alongamento de um material, deve-se mencionar o comprimento Lo, para que o alongamento possa ser uma propriedade comparativa, pois quanto menor o valor de Lo, maior o alongamento.

20.7. Estrico

Aps ser atingida a fora mxima durante o ensaio de trao, ocorre uma reduo na seo transversal do corpo-de-prova na regio onde vai ocorrer a ruptura (FIG. 13). A estrico definida pela expresso:

traduz essa reduo de seo.

Z = estrico (%)

So = rea da seo transversal, inicial (mm2)

S = rea da seo transversal, aps a ruptura (mm2)

Tanto o alongamento quanto a estrico permitem avaliar a ductilidade dos materiais.

20.8. Ensaio de trao real

As propriedades mecnicas definidas anteriormente, baseiam-se na seo inicial (So) do corpo-de-prova e no comprimento inicial Lo, que se alteram durante a realizao do ensaio.

Assim, a curva convencional tenso x deformao no oferece uma indicao precisa das caractersticas de deformao de uma liga, principalmente nos metais dcteis. Por isso, foi estabelecido um mtodo que permite calcular os valores reais das propriedades mecnicas, chamado ensaio de trao real, que se baseia nos valores instantneos da seo do corpo-de-prova e da base de medida para o alongamento.

O ensaio de trao real mais trabalhoso que o ensaio de trao convencional. Nos ensaios de rotina, emprega-se o ensaio convencional e o ensaio real reservado aos trabalhos de pesquisa e de estudo de novos materiais.

A figura 14 mostra as curvas superpostas do ensaio convencional e do ensaio real, possibilitando avaliar as diferenas entre ambos.

Figura 14

20.9. Normalizao

A norma brasileira NBR 6152 da ABNT "Determinao das propriedades mecnicas trao de materiais metlicos" indica como corpo-de-prova usinado, normal, de seo circular, o que est apresentado na figura 15 desde que no haja especificao em contrrio. O comprimento La da cabea do corpo-de-prova em funo da mquina utilizada no ensaio.

Figura 15

A ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas, padroniza as dimenses dos corpos-de-prova normais para ensaios de trao, bem como as dimenses dos moldes para obt-los, conforme o tipo de material a ser ensaiado, como por exemplo:

- ferro fundido cinzento

NBR 6589

- ferro fundido Nodular

NBR 6916

- ferro fundido malevel de ncleo branco NBR 6914

- ferro fundido malevel de ncleo preto

NBR 6590

- ligas de cobre fundidas em areia

NBR 6337

Corpo de Prova para Ferro Fundido Cinzento :

Dimenses do corpo de prova

TipoD

mmd

mmR

mmLm

mmLt

mmLa

mm

A3020 + 0,5 +5

25 - 0

30300135

Figura 16 Corpo de prova usinado

Figura 17 Molde para obteno de corpo de prova bruto de fuso

Corpo de Prova para Ferro Fundido Nodular :

Dimenses do corpo de prova

Dimetro - mmrea da seo

mm2Lo = 5d

mmR

mmL

mm

Dd

2014 + 0,1153,97020100

Figura 18 Corpo de prova usinado

Figura 19 Corpo de prova bruto de fuso

20.10. Ensaio de cisalhamento

O esforo de cisalhamento uma solicitao que tende a deslocar paralelamente, em sentido oposto, duas sees contguas de um material (FIG. 20).

O material solicitado por duas foras prximas, paralelas e de sentidos contrrios.

Figura 20 Esforo de cisalhamento

A seo So resistente fora cortante F paralela linha de ao desta fora e quando o limite de resistncia ultrapassado h um deslizamento nesta rea.

O ensaio pode ser realizado de acordo com os esquemas das figuras 17 e 18.

Figura 21- Ensaio de cisalhamento em duas sees e em uma seo

O limite de resistncia ao cisalhamento dado pela expresso:

onde:

Lcis = limite de resistncia ao cisalhamento (kgf/ mm2 ou MPa)

Fm = fora mxima atingida no ensaio (kgf ou N)

n = nmero de sees resistentes

So = rea da seo inicial resistente fora cortante (mm2)

20.11. Ensaio de flexo

O ensaio de flexo consiste em apoiar o corpo-de-prova em dois apoios separados por uma distncia L e aplicar nele, a uma distncia L/2 dos apoios, uma fora crescente at a sua ruptura (FIG. 22).

Figura 22

Esse ensaio de flexo um tipo de ensaio de dobramento, denominado dobramento transversal, aplicado em materiais frgeis.

O corpo-de-prova, geralmente no usinado, constitudo por uma barra de seo circular ou retangular tendo dimenses especificadas para cada material.

O mdulo de ruptura ou a resistncia flexo de um corpo-de-prova de seo circular dado pela expresso:

onde:

Mr = mdulo de ruptura (kgf/ mm2 ou MPa)

F = fora mxima atingida no ensaio (kgf ou N)

L = distncia entre os apoios (mm)

D = dimetro do corpo-de-prova (mm)

No caso de corpo-de-prova de seo retangular tem-se:

onde:

Mr = mdulo de ruptura (kgf/ mm2 ou MPa)

F = fora mxima atingida no ensaio (kgf ou N)

L = distncia entre os apoios (mm)

b = largura do corpo-de-prova (mm)

h = espessura do corpo-de-prova (mm)

20.12. Ensaio de compresso

O ensaio de compresso consiste em submeter o corpo-de-prova a um esforo de compresso crescente (FIG. 23).

Figura 23

Um corpo-de-prova de material dctil, sujeito a um esforo axial de compresso, tende, na zona plstica, a aumentar a sua seo transversal no se rompendo.

No caso de material frgil, no h deformao lateral aprecivel e a ruptura ocorre por cisalhamento e escorregamento, ao longo de um plano inclinado de aproximadamente 45.

O ensaio de compresso mais utilizado para materiais frgeis. A relao entre o comprimento e o dimetro do corpo-de-prova limitada para evitar a flambagem e deve ser indicada no resultado do ensaio.

O ensaio de compresso pode ser efetuado na prpria pea, obtendo-se, assim, a fora mxima aplicada.

O limite de resistncia compresso dado pela expresso:

onde:

Lc = limite de resistncia compresso (kgf/ mm2 ou MPa)

Fm = fora mxima atingida no ensaio (kgf ou N)

So = rea da seo transversal inicial do corpo-de-prova (mm2)

20.13. Ensaio de fadiga

O limite de resistncia trao de um material indica que, em esforos estticos, ele no se rompe se submetido a tenses menores. Entretanto, quando so aplicados esforos dinmicos, repetidos ou flutuantes, o material pode romper-se com tenso menor que o valor do limite de resistncia. Ocorre ruptura por fadiga do material.

Um material rompe-se por fadiga quando a tenso cclica aplicada nele tem uma flutuao suficientemente grande e maior que um valor caracterstico de cada material, denominado limite de fadiga, o qual pode ser determinado mediante um ensaio de fadiga.

O limite de fadiga definido como sendo o valor limite de tenso, abaixo da qual o material pode suportar um nmero infinito de ciclos de tenses regulares sem se romper.

Geralmente, as tenses cclicas aplicadas pelas mquinas de ensaio so do tipo flexo rotativa ou trao/compresso.

Existem diferentes mtodos de ensaio de fadiga e de apresentao dos resultados. Sero comentados aqui o mtodo de curva, relacionando tenso e nmero de ciclos e o mtodo estatstico para o limite de fadiga.

20.13.1. Curva tenso x nmero de ciclos

A curva tenso x nmero de ciclos ou curva de Whler relaciona a tenso mxima no corpo-de-prova e o nmero de ciclos dados at a sua ruptura.

A figura 24 mostra a curva tenso x nmero de ciclos para um ao. Esta curva apresenta um patamar que corresponde ao limite de fadiga. Constatou-se que, no caso da existncia do patamar, basta ensaiar o corpo-de-prova at 107 ciclos. A tenso mxima para a qual aps 107 ciclos o corpo-de-prova no se quebra o limite de resistncia fadiga.

Figura 24

Para a determinao do limite de fadiga de um material, escolhe-se, inicialmente, uma tenso mxima elevada para que a ruptura ocorra aps um pequeno nmero de ciclos. Em seguida, diminui-se progressivamente a tenso mxima para outros corpos-de-prova, mantendo-se a velocidade de rotao at atingir uma tenso para a qual no ocorre ruptura aps o nmero de ciclos N especificado para cada material. Conseguida esta tenso sem ruptura, aumenta-se, gradativamente, a tenso nos corpos-de-prova seguintes at atingir a tenso mxima correspondente ao patamar, ou seja, o limite de fadiga.

Este mtodo conduz a resultado preciso de resistncia fadiga, mas requer um nmero elevado de corpos-de-prova.

Existem materiais que no apresentam o patamar na curva tenso x nmero de ciclos, como, por exemplo, o caso de uma liga de alumnio representado na figura 25.

No havendo o patamar, o limite de fadiga ou mais precisamente a resistncia fadiga do material a tenso mxima para a qual ocorre ruptura aps 5 x 107 ciclos ou mesmo, em certos casos, aps 5 x 108 ciclos.

Figura 25

20.13.2. Mtodo estatstico para o limite de fadiga

Existem mtodos especiais baseados em estatstica, que indicam, de uma forma mais rpida e com certa preciso, o limite de resistncia fadiga. Um desses mtodos denominado "mtodo escada".

O mtodo escada consiste em ensaiar um corpo-de-prova sujeito a uma tenso mxima prxima do valor estimado do limite de fadiga. Caso o corpo-de-prova se rompa, aps um nmero de ciclos N inferior a 107 ciclos, diminui-se a tenso de um valor fixo que deve ser mantido durante o decorrer dos ensaios. Reduz-se a tenso do valor fixo escolhido at conseguir uma tenso que no rompa o corpo-de-prova com 107 ciclos. A seguir, eleva-se novamente a tenso do mesmo valor fixo at conseguir uma tenso que rompa o corpo-de-prova. Atingido esse novo valor, reduz-se a tenso, e assim por diante.

Para determinar o limite de fadiga mdio, estatstico, baseia-se no evento que ocorreu em menor nmero e constri-se uma tabela auxiliar, e a partir dela utilizam-se as frmulas que permitem o clculo do limite de fadiga e do desvio-padro, como ilustrado a seguir.

Consideram-se os resultados apresentados no diagrama da figura 26.

Figura 26

Foram ensaiados 18 corpos-de-prova:

. oito corpos-de-prova no se romperam

. 10 corpos-de-prova romperam-se.

Para a construo da tabela auxiliar, deve-se, neste caso, considerar os corpos-de-prova que no se romperam. Na tabela 14:

. os valores de i = 0; i = 1; i = 2; etc. correspondem ordem das tenses nos corpos-de-prova que no se romperam;

. ni o nmero de corpos-de-prova que no se romperam com as tenses de ensaio;

. N igual soma dos valores de ni;

. A igual soma dos produtos ini;

. B igual soma dos produtos i2ni.

TABELA 14

RESULTADO DOS ENSAIOS

Tenso mxima (kgf/mm2)iniinii2ni

333139

322248

311444

300100

Totais-N = 8A = 11B = 21

As frmulas para clculo so:

onde:

Se = limite de fadiga (kgf/ mm2)

So = menor valor de tenso relacionado na tabela auxiliar (kgf/ mm2)

d = incremento fixo na "escala" de tenses; neste caso, d = 1,0 kgf/ mm2(= desvio padro.

Na expresso de Se, o sinal + dentro do parntese usado no caso de corpos-de-prova que no se rompem e o sinal -, para corpos-de-prova que se rompem.

Assim, neste exemplo, tem-se:

O mtodo escada no requer um nmero muito grande de corpos-de-prova. Os autores do mtodo recomendam cerca de 25 corpos-de-prova. Como referncia para incio de ensaio, indica-se para os aos, Se ( 0,50 LR e para no ferrosos, Se ( 0,35 LR.

Os corpos-de-prova para o ensaio de fadiga devem ter um excelente acabamento superficial: com polimento do tipo espelhado.

Nos ensaios de fadiga por flexo rotativa, o nmero de rotaes por minuto normalmente inferior a 10000 rpm e no tem grande influncia no resultado.

Como o ensaio de fadiga demorado, ele no constitui um ensaio de rotina, estando reservado a ensaios de pesquisa e estudo de novos materiais.

20.14. Ensaio de impacto

O ensaio de impacto, tambm chamado de ensaio de choque e, impropriamente, ensaio de resilincia, utilizado para avaliar a fragilidade de um material. Quanto menor a resistncia ao impacto de um material, mais frgil esse material.

A resistncia ao impacto dada pela expresso:

onde:

K = resistncia ao impacto (daJ/cm2)

E = energia absorvida pelo corpo-de-prova para se deformar e romper (daJ)

S = rea da seo de ruptura (cm2)

A energia absorvida pelo corpo-de-prova ao se romper dada pelo mostrador da mquina de ensaio.

Os corpos-de-prova, para o ensaio de impacto, geralmente tm um entalhe. A figura 27 mostra um corpo-de-prova Charpy, tipo A, com entalhe em V e o ponto de impacto do pndulo no instante do ensaio.

Figura 27

Alm de corpos-de-prova do tipo Charpy, existem outros utilizados em ensaios de impacto como o Izod, tipo D, indicado na figura 28

Figura 28

A energia absorvida pelo corpo-de-prova no ensaio de impacto depende de vrios fatores como temperatura, tipo de entalhe, dimenses. Desta forma, dois ou mais resultados s podem ser comparados se forem obtidos nas mesmas condies de ensaio.

A figura 29 exemplifica a variao da resistncia ao impacto em funo da temperatura para um dado material.

Figura 29

Nota-se a existncia de uma faixa de temperatura para a qual ocorre uma variao brusca na resistncia ao impacto, chamada zona de transio entre uma fratura dctil e uma fratura frgil.

O estudo da influncia da temperatura na resistncia ao impacto muito importante para usos de materiais a baixas temperaturas.

0

C

F

F

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

1Pgina3

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