Apostila ENSAIOS MECÂNICOS

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 [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

Topázio [(SiO4/F2)Al2] 8

Coríndon (Al2O3) 9

Diamante © 10

Pode-se dizer, a título de indicação, que grande parte dos metais apresenta durezas compreendidas entre 4 e 8 Mohs e que o aço pode ser riscado pelo feldspato.Existem ainda outros ensaios baseados na resistência ao risco; igualmente pouco utilizados:. ensaio de Martens, que consiste em riscar uma superfície polida da peça a ser ensaiada, utilizando-se uma ponta cônica de diamante, com ângulo de 90º. A dureza Martens é definida pela carga necessária para produzir um risco de 0,01 mm de largura. O método é bem trabalhoso;. ensaio de Spencer-Bierbaum, que resulta de uma pequena modificação do ensaio Martens. Uma ponta de diamante de ângulo 110º é comprimida com uma carga de 3g, e desliza-se sobre a superfície polida da peça a ser ensaiada, produzindo um risco cuja largura é medida por um microscópio e levada a uma fórmula que dá a dureza Spencer-Bierbaum (HSB).

20.2.Ensaios baseados na resistência ao choque

Página1

ENSAIOS Mecânicos

Nestes ensaios, a impressão produzida na peça a ser ensaiada é obtida pela aplicação de esforços dinâmicos ou impactos. O impacto pode ser produzido por:. martelo. queda de um peso. liberação de uma mola.Normalmente, os ensaios dinâmicos são realizados com aparelhos portáteis e são empregados para ensaio em peças fixas ou de grandes dimensões, que dificilmente consegue-se ensaiá-las pelos métodos estáticos usuais.São ensaios de pouca precisão, mas, em casos específicos, apresentam alguma utilidade.Os ensaios dinâmicos mais usados são:. ensaio Poldi. ensaio Shore

20.2.1. Dureza Poldi

O esquema do ensaio é mostrado na figura 1, onde tem-se:uma bigorna(1), um suporte de borracha para a bigorna(2), uma barra-padrão de dureza conhecida(3), uma esfera de diâmetro 10 mm(4) que fica entre a barra-padrão e a peça a ser ensaiada(5).

Figura 1 – Ensaio de dureza Poldi

Para realizar o ensaio, dá-se, com um martelo, uma pancada na bigorna, originando impressões na barra-padrão e na peça a ser ensaiada simultaneamente. Medindo-se, por intermédio de uma lupa graduada, as impressões na barra-padrão e na peça, a dureza Poldi da peça é determinada pela expressão:

onde:HP = dureza Poldi da peça ensaiadad1 = diâmetro da impressão na barra-padrãod2 = diâmetro da impressão na peça ensaiadaHB = dureza Brinell da barra-padrão

O aparelho para determinação da dureza Poldi é usualmente designado de aparelho manual de dureza Brinell, embora existam diferenças entre os dois métodos de ensaio.Entretanto, caso a peça a ensaiar tenha aproximadamente a mesma dureza da barra-padrão e sejam de um mesmo material, o valor da dureza Poldi aproxima-se bastante da dureza Brinell.Recomenda-se utilizar a barra-padrão que possua dureza mais próxima possível da dureza da peça a ser ensaiada.Os diâmetros das impressões são medidos com uma lupa graduada.

20.2.2. Dureza Shore

Página2

ENSAIOS Mecânicos

A dureza Shore é determinada através de um ensaio dinâmico que produz a impressão na peça por meio de um penetrador que bate na sua superfície. A dureza Shore consiste em medir a altura atingida por um martelo de aço, em forma de barra, com uma ponta arredondada de diamante, após o choque com a superfície da peça. A impressão Shore é pequena e serve para medir durezas em peças já usinadas. A máquina Shore é portátil e leve, facilitando o seu deslocamento até as peças. As superfícies em que se mede a dureza devem estar lisas e as peças devem ter uma espessura suficiente para que o seu apoio não absorva energia no choque. A escala de dureza Shore é contínua, cobrindo toda a gama de variação de dureza dos metais.Um exemplo de um equipamento para ensaio de dureza Shore é mostrado na figura 2.

Figura 2 – Máquina de ensaio de dureza Shore.

20.3. Ensaios baseados na resistência à penetração

A medida de dureza por penetração é 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 aço, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, com acabamento adequado e limpa de um metal através de uma força F, durante um certo tempo (FIG. 3).

Página3

ENSAIOS Mecânicos

Figura 3

O valor da dureza Brinell é dado pela expressão:

onde:

HB = dureza BrinellF = força de impressão (kgf)S = superfície da impressão (mm2)D = diâmetro do penetrador (mm)d = diâmetro da impressão (mm)

O valor do diâmetro da impressão é, geralmente, medido por intermédio de uma lupa graduada após a remoção da carga. Este valor deve ser a média das medidas feitas em duas direções perpendiculares. A leitura do diâmetro da impressão deve ser feita com uma precisão de 0,5%.Os penetradores esféricos utilizados nos ensaios de dureza Brinell são normalmente de aço com elevado teor em carbono, temperado, mas existem também esferas de carboneto de tungstênio. Os diâmetros destes penetradores bem como a força de impressão utilizados no ensaio são variáveis. Assim, o uso de esferas de diâmetros diferentes e com forças de impressão variáveis permite obter o mesmo valor da dureza, desde que a relação F/D2 seja constante. Os valores de dureza Brinell obtidos com diversas forças de impressão variam muito pouco, desde que o diâmetro da impressão esteja compreendido entre 25 % e 60 % do diâmetro do penetrador, isto é, 0,25 D d 0,6 D.A tabela 2 relaciona a força de impressão, o diâmetro do penetrador e o campo de aplicação em função da razão F/D2.

TABELA 2

Página4

ENSAIOS Mecânicos

DUREZA BRINELL E CAMPO DE APLICAÇÃO

Razão Força de Impressão (kgf)

F/D2D = 10 mm D = 5 mm D = 2,5 mm Campo de Aplicação

30 3000 750 187,5 ferrosos e ligas de alta resistência

10 1000 250 62,5 não ferrosos de alta dureza

5 500 125 31,25 não ferrosos de média dureza

2,5 250 62,5 15,62 não ferrosos de baixa dureza

1,25 125 31,25 7,81 não ferrosos de baixíssima dureza

A norma brasileira ABNT para ensaio de dureza Brinell de materiais metálicos (NBR 6394/80) prescreve: . sempre que possível, o ensaio deve ser efetuado com a maior esfera permitida pelo corpo-de-prova;. a espessura do corpo-de-prova deve ser, no mínimo, igual a 17 vezes a profundidade da impressão obtida;. se a espessura mínima estabelecida não puder ser atingida, podem-se usar espessuras de no mínimo 10 vezes a profundidade da impressão obtida. Quando isto ocorrer dever ser anotado no relatório de ensaio e não é permitido para casos de disputa;. cada impressão deve distar de uma impressão vizinha, no mínimo, 4 vezes o seu diâmetro, no caso de materiais ferrosos, cobre e suas ligas e 6 vezes no caso de outros metais e ligas. Esta distância é medida de centro a centro das impressões;. a distância entre o centro de uma impressão e as bordas do corpo-de-prova deve ser no mínimo de 2,5 vezes o diâmetro médio da impressão no caso de ligas ferrosas, cobre e suas ligas e de 3 vezes no caso de outros metais e ligas;. a superfície em que se faz a impressão deve ser plana;. a superfície de ensaio dever ser normal ao eixo do porta-penetrador e essa posição dever ser mantida inalterada no decorrer do ensaio;. a designação abreviada da dureza Brinell é formada pelo valor da dureza obtida, seguida pelo símbolo HB, do diâmetro nominal da esfera (mm), do valor da força de ensaio aplicada (kgf) e pelo valor correspondente a duração da força de ensaio (s). Cada grupo de números representativos será separado por uma barra. Ex.: 120 HB 5/250/30.Dispensam-se os índices no caso de ensaio com esfera de 10 mm, força de 3000 kgf e duração da ação da força de 10 a 15 S.As tabelas 3, 4, 5 e 6 relacionam o diâmetro da impressão, a força de ensaio e o valor de dureza Brinell para diferentes diâmetros do penetrador, conforme a norma da ABNT NBR 6442/80.

Página5

ENSAIOS Mecânicos

TABELA 3

VALORES DA DUREZA BRINELL

ESFERA COM DIÂMETRO DE 10,0 mm

F/d2 = kgf/mm2

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

d

mm

Força de Impressão - Kgf d

mm

Força de Impressão - Kgf

3000 1000

500 250 125 3000 1000 500 250 125

2,50 (601)(A) 200 100 50,1 25,1 3,80 255 84,9 42,4 21,2 10,6

2,52 (592) 197 98,6 49,3 24,7 3,82 252 83,9 42,0 21,0 10,5

2,54 (582) 194 97,1 48,5 24,3 3,84 249 83,0 41,5 20,8 10,4

2,56 (573) 191 95,5 47,8 23,9 3,86 246 82,1 41,1 20,5 10,3

2,58 (564) 188 94,0 47,0 23,5 3,88 244 81,3 40,6 20,3 10,2

2,60 (555) 185 92,6 46,3 23,1 3,90 241 80,4 40,2 20,1 10,0

2,62 (547) 182 91,1 45,6 22,8 3,92 239 79,5 39,8 19,9 9,9

2,64 (538) 179 89,7 44,9 22,4 3,94 236 78,7 39,4 19,7 9,8

2,66 (530) 177 88,4 44,2 22,1 3,96 234 77,9 38,9 19,5 9,7

2,68 (522) 174 87,0 43,5 21,8 3,98 231 77,1 38,5 19,3 9,6

2,70 (514) 171 85,7 42,9 21,4 4,00 229 76,3 38,1 19,1 9,5

2,72 (507) 169 84,4 42,2 21,1 4,02 226 75,5 37,7 18,9 9,4

2,74 (499) 166 83,2 41,6 20,8 4,04 224 74,7 37,3 18,7 9,3

2,76 (492) 164 81,9 41,0 20,5 4,06 222 73,9 37,0 18,5 9,2

2,78 (485) 162 80,8 40,4 20,2 4,08 219 73,2 36,6 18,3 9,1

2,80 (477) 159 79,6 39,8 19,9 4,10 217 72,4 36,2 18,1 9,1

2,82 (471) 157 78,4 39,2 19,6 4,12 215 71,7 35,8 17,9 9,0

2,84 (464) 155 77,3 38,7 19,3 4,14 213 71,0 35,5 17,7 8,9

2,86 (457) 152 76,2 38,1 19,1 4,16 211 70,2 35,1 17,6 8,8

2,88 (451) 150 75,1 37,6 18,8 4,18 209 69,5 34,8 17,4 8,7

2,90 444 148 74,1 37,0 18,5 4,20 207 68,8 34,4 17,2 8,6

2,92 438 146 73,0 36,5 18,3 4,22 204 68,2 34,1 17,0 8,5

Página6

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

d

mm


mm


3000 1000

500 250 125 3000 1000 500 250 125

2,94 432 144 72,0 36,0 18,0 4,24 202 67,5 33,7 16,9 8,4

2,96 426 142 71,0 35,5 17,8 4,26 200 66,8 33,4 16,7 8,4

2,98 420 140 70,1 35,0 17,5 4,28 198 66,2 33,1 16,5 8,3

3,00 415 138 69,1 34,6 17,3 4,30 197 65,5 32,8 16,4 8,2

3,02 409 136 68,2 34,1 17,0 4,32 195 64,9 32,4 16,2 8,1

3,04 404 135 67,3 33,6 16,8 4,34 193 64,2 32,1 16,1 8,0

3,06 398 133 66,4 33,2 16,6 4,36 191 63,6 31,8 15,9 8,0

3,08 393 131 65,5 32,7 16,4 4,38 189 63,0 31,5 15,8 7,9

3,10 388 129 64,6 32,3 16,2 4,40 187 62,4 31,2 15,6 7,8

3,12 383 128 63,8 31,9 15,9 4,42 185 61,8 30,9 15,5 7,7

3,14 378 126 62,9 31,5 15,7 4,44 184 61,2 30,6 15,3 7,7

3,16 373 124 62,1 31,1 15,5 4,46 182 60,6 30,3 15,2 7,6

3,18 368 123 61,3 30,7 15,3 4,48 180 60,1 30,0 15,0 7,5

3,20 363 121 60,5 30,3 15,1 4,50 179 59,5 29,8 14,9 7,4

3,22 359 120 59,8 29,9 14,9 4,52 177 59,0 29,5 14,7 7,4

3,24 354 118 59,0 29,5 14,8 4,54 175 58,4 29,2 14,6 7,3

3,26 350 117 58,3 29,1 14,6 4,56 174 57,9 28,9 14,5 7,2

3,28 345 115 57,5 28,8 14,4 4,58 172 57,3 28,7 14,3 7,2

3,30 341 114 56,8 28,4 14,2 4,60 170 56,8 28,4 14,2 7,1

3,32 332 112 56,1 28,1 14,0 4,65 167 55,5 27,8 13,9 6,9

3,34 333 111 55,4 27,7 13,9 4,70 163 54,3 27,1 13,6 6,8

3,36 329 110 54,8 27,4 13,7 4,75 159 53,0 26,5 13,3 6,6

3,38 325 108 54,1 27,0 13,5 4,80 156 51,9 25,9 13,0 6,5

3,40 321 107 53,4 26,7 13,4 4,85 152 50,7 25,4 12,7 6,3

3,42 317 106 52,8 26,4 13,2 4,90 149 49,6 24,8 12,4 6,2

3,44 313 104 52,2 26,1 13,0 4,95 146 48,6 24,3 12,1 6,1

Página7

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

d

mm


mm


3000 1000

500 250 125 3000 1000 500 250 125

3,46 309 103 51,5 25,8 12,9 5,00 143 47,5 23,8 11,9 5,9

3,48 306 102 50,9 25,5 12,7 5,10 137 45,5 22,8 11,4 5,7

3,50 302 101 50,3 25,2 12,6 5,20 131 43,7 21,8 10,9 5,5

3,52 298 99,5 49,7 24,9 12,4 5,30 126 41,9 20,9 10,5 5,2

3,54 295 98,3 49,2 24,6 12,3 5,40 121 40,2 20,1 10,1 5,0

3,56 292 97,2 48,6 24,3 12,1 5,50 116 38,6 19,3 9,7 4,8

3,58 288 96,1 48,0 24,0 12,0 5,60 111 37,1 18,6 9,3 4,6

3,60 285 95,0 47,5 23,7 11,9 5,70 107 35,7 17,8 8,9 4,5

3,62 282 93,9 46,9 23,5 11,7 5,80 103 34,3 17,2 8,6 4,3

3,64 278 92,8 46,4 23,2 11,6 5,90 99,2 33,1 16,5 8,3 4,1

3,66 275 91,8 45,9 22,9 11,5 6,00 95,5 31,8 15,9 8,0 4,0

3,68 272 90,7 45,4 22,7 11,3

3,70 269 89,7 44,9 22,4 11,2

3,72 266 88,7 44,4 22,2 11,1

3,74 263 87,7 43,9 21,9 11,0

3,76 260 86,8 43,4 21,7 10,8

3,78 257 85,8 42,9 21,5 10,7

(A) Para os valores entre parênteses não deve ser usada uma esfera de aço, e sim uma de

material sinterizado, como o carbeto de tungstênio

TABELA 4


Página8

ENSAIOS Mecânicos

ESFERA COM DIÂMETRO 5,0 mm

F/d2 = kgf/mm2

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

d

mm


mm


750 250 125 62,5 31,25 750 250 125 62,5 31,25

1,24 (611)(A) 204 102 50,9 25,5 2,30 170 56,8 28,4 14,2 7,1

1,26 (592) 197 98,6 49,3 24,7 2,32 167 55,8 27,9 13,9 7,0

1,28 (573) 191 95,5 47,8 23,9 2,34 164 54,8 27,4 13,7 6,8

1,30 (555) 185 92,6 46,3 23,1 2,36 161 53,8 26,9 13,4 6,7

1,32 (538) 179 89,7 44,9 22,4 2,38 158 52,8 26,4 13,2 6,6

1,34 (522) 174 87,0 43,5 21,8 2,40 156 51,9 25,9 13,0 6,5

1,36 (507) 169 84,4 42,2 21,1 2,42 153 51,0 25,5 12,7 6,4

1,38 (492) 164 81,9 41,0 20,5 2,44 150 50,1 25,0 12,5 6,3

1,40 (477) 159 79,6 39,8 19,9 2,46 148 49,2 24,6 12,3 6,1

1,42 (464) 155 77,3 38,7 19,3 2,48 145 48,3 24,2 12,1 6,0

1,44 (451) 150 75,1 37,6 18,8 2,50 143 47,5 23,8 11,9 5,9

1,46 438 146 73,0 36,5 18,3 2,52 140 46,7 23,4 11,7 5,8

1,48 426 142 71,0 35,5 17,8 2,54 138 45,9 23,0 11,5 5,7

1,50 415 138 69,1 34,6 17,3 2,56 135 45,1 22,6 11,3 5,6

1,52 404 135 67,3 33,6 16,8 2,58 133 44,4 22,2 11,1 5,5

1,54 393 131 65,5 32,7 16,4 2,60 131 43,7 21,8 10,9 5,5

1,56 383 128 63,8 31,9 15,9 2,62 129 42,9 21,5 10,7 5,4

1,58 373 124 62,1 31,1 15,5 2,64 127 42,2 21,1 10,6 5,3

1,60 363 121 60,5 30,3 15,1 2,66 125 41,5 20,8 10,4 5,2

1,62 354 118 59,0 29,5 14,8 2,68 123 40,9 20,4 10,2 5,1

1,64 345 115 57,5 28,8 14,4 2,70 121 40,2 20,1 10,1 5,0

1,66 337 112 56,1 28,1 14,0 2,72 119 39,6 19,8 9,9 4,9

1,68 329 110 54,8 27,4 13,7 2,74 117 38,9 19,5 9,7 4,9

1,70 321 107 53,4 26,7 13,4 2,76 115 38,3 19,2 9,6 4,8

1,72 313 104 52,2 26,1 13,0 2,78 113 37,7 18,9 9,4 4,7

1,74 306 102 50,9 25,5 12,7 2,80 111 37,1 18,6 9,3 4,6

1,76 298 99,5 49,7 24,9 12,4 2,82 110 36,5 18,3 9,1 4,6

1,78 292 97,2 48,6 24,3 12,1 2,84 108 36,0 18,0 9,0 4,5

1,80 285 95,0 47,5 23,7 11,9 2,86 106 35,4 17,7 8,9 4,4

1,82 278 92,8 46,4 23,2 11,6 2,88 105 34,9 17,4 8,7 4,4

1,84 272 90,7 45,4 22,7 11,3 2,90 103 34,3 17,2 8,6 4,3

1,86 266 88,7 44,4 22,2 11,1 2,92 101 33,8 16,9 8,5 4,2

1,88 260 86,8 43,4 21,7 10,8 2,94 99,9 33,3 16,7 8,3 4,2

1,90 255 84,9 42,4 21,2 10,6 2,96 98,4 32,8 16,4 8,2 4,1

1,92 249 83,0 41,5 20,8 10,4 2,98 96,9 32,3 16,2 8,1 4,0

1,94 244 81,3 40,6 20,3 10,2 3,00 95,5 31,8 15,9 8,0 4,0

Página9

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

d

mm


mm


750 250 125 62,5 31,25 750 250 125 62,5 31,25

1,96 239 79,5 39,8 19,9 9,9

1,98 234 77,9 38,9 19,5 9,7

2,00 229 76,3 38,1 19,1 9,5

2,02 224 74,7 37,3 18,7 9,3

2,04 219 73,2 36,6 18,3 9,1

2,06 215 71,7 35,8 17,9 9,0

2,08 211 70,2 35,1 17,6 8,8

2,10 207 68,8 34,4 17,2 8,6

2,12 202 67,5 33,7 16,9 8,4

2,14 198 66,2 33,1 16,5 8,3

2,16 195 64,9 32,4 16,2 8,1

2,18 191 63,6 31,8 15,9 8,0

2,20 187 62,4 31,2 15,6 7,8

2,22 184 61,2 30,6 15,3 7,7

2,24 180 60,1 30,0 15,0 7,5

2,26 177 59,0 29,5 14,7 7,4

2,28 174 57,9 28,9 14,5 7,2

(A) Para os valores entre parênteses, não deve ser usada uma esfera de aço, e sim uma de

material sinterizado, como o carbeto de tungstênio

TABELA 5


ESFERA COM DIÂMETRO - 2,5 mm

F/d2 = kgf/mm2

Página10

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

D mm

Força de Impressão - Kgf d mm


187,5 62,5 31,25 15,62 7,81 187,5 62,5 31,25 15,62 7,810,62 (611)

(A)

204 102 50,9 25,5 1,15 170 56,8 28,4 14,2 7,1

0,63 (592) 197 98,6 49,3 24,7 1,16 167 55,8 27,9 13,9 7,0

0,64 (573) 191 95,5 47,8 23,9 1,17 164 54,8 27,4 13,7 6,8

0,65 (555) 185 92,6 46,3 23,1 1,18 161 53,8 26,9 13,4 6,7

0,66 (538) 179 89,7 44,9 22,4 1,19 158 52,8 26,4 13,2 6,6

0,67 (522) 174 87,0 43,5 21,8 1,20 156 51,9 25,9 13,0 6,5

0,68 (507) 169 84,4 42,2 21,1 1,21 153 51,0 25,5 12,7 6,4

0,69 (492) 164 81,9 41,0 20,5 1,22 150 50,1 25,0 12,5 6,3

0,70 (477) 159 79,6 39,8 19,9 1,23 148 49,2 24,6 12,3 6,1

0,71 (464) 155 77,3 38,7 19,3 1,24 145 48,3 24,2 12,1 6,0

0,72 (451) 150 75,1 37,6 18,8 1,25 143 47,5 23,8 11,9 5,9

0,73 438 146 73,0 36,5 18,3 1,26 140 46,7 23,4 11,7 5,8

0,74 426 142 71,0 35,5 17,8 1,27 138 45,9 23,0 11,5 5,7

0,75 415 138 69,1 34,6 17,3 1,28 135 45,1 22,6 11,3 5,6

0,76 404 135 67,3 33,6 16,8 1,29 133 44,4 22,2 11,1 5,5

0,77 393 131 65,5 32,7 16,4 1,30 131 43,7 21,8 10,9 5,5

0,78 383 128 63,8 31,9 15,9 1,31 129 42,9 21,5 10,7 5,4

0,79 373 124 62,1 31,1 15,5 1,32 127 42,2 21,1 10,6 5,3

0,80 363 121 60,5 30,3 15,1 1,33 125 41,5 20,8 10,4 5,2

0,81 354 118 59,0 29,5 14,8 1,34 123 40,9 20,4 10,2 5,1

0,82 345 115 57,5 28,8 14,4 1,35 121 40,2 20,1 10,1 5,0

0,83 337 112 56,1 28,1 14,0 1,36 119 39,6 19,8 9,9 4,9

0,84 329 110 54,8 27,4 13,7 1,37 117 38,9 19,5 9,7 4,9

0,85 321 107 53,4 26,7 13,4 1,38 115 38,3 19,2 9,6 4,8

0,86 313 104 52,2 26,1 13,0 1,39 113 37,7 18,9 9,4 4,7

0,87 306 102 50,9 25,5 12,7 1,40 111 37,1 18,6 9,3 4,6

0,88 298 99,5 49,7 24,9 12,4 1,41 110 36,5 18,3 9,1 4,6

0,89 292 97,2 48,6 24,3 12,1 1,42 108 36,0 18,0 9,0 4,5

0,90 285 95,0 47,5 23,7 11,9 1,43 106 35,4 17,7 8,9 4,4

0,91 278 92,8 46,4 23,2 11,6 1,44 105 34,9 17,4 8,7 4,4

0,92 272 90,7 45,4 22,7 11,3 1,45 103 34,3 17,2 8,6 4,3

0,93 266 88,7 44,4 22,2 11,1 1,46 101 33,8 16,9 8,5 4,2

0,94 260 86,8 43,4 21,7 10,8 1,47 99,9 33,3 16,7 8,3 4,2

0,95 255 84,9 42,4 21,2 10,6 1,48 98,4 32,8 16,4 8,2 4,1

0,96 249 83,0 41,5 20,8 10,4 1,49 96,9 32,3 16,2 8,1 4,0

0,97 244 81,3 40,6 20,3 10,2 1,50 95,5 31,8 15,9 8,0 4,0

0,98 239 79,5 39,8 19,9 9,9

0,99 234 77,9 38,9 19,5 9,7

1,00 229 76,3 38,1 19,1 9,5

Página11

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 2,5 1,25 F/d2 30 10 5 2,5 1,25

D mm

Força de Impressão - Kgf d mm


187,5 62,5 31,25 15,62 7,81 187,5 62,5 31,25 15,62 7,811,01 224 74,7 37,3 18,7 9,3

1,02 219 73,2 36,6 18,3 9,1

1,03 215 71,7 35,8 17,9 9,0

1,04 211 70,2 35,1 17,6 8,8

1,05 207 68,8 34,4 17,2 8,6

1,06 202 67,5 33,7 16,9 8,4

1,07 198 66,2 33,1 16,5 8,3

1,08 195 64,9 32,4 16,2 8,1

1,09 191 63,6 31,8 15,9 8,0

1,10 187 62,4 31,2 15,6 7,8

1,11 184 61,2 30,6 15,3 7,7

1,12 180 60,1 30,0 15,0 7,5

1,13 177 59,0 29,5 14,7 7,4

1,14 174 57,9 28,9 14,5 7,2

(A) Para os valores entre parênteses não deve ser usada uma esfera de aço, e sim uma de material sinterizado, como o carbeto de tungstênio

TABELA 6


ESFERA COM DIÂMETRO 1,0 mm

F/d2 = kgf/mm2

Página12

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 F/d2 30 10 5

d

mm


mm


30 10 5 30 10 50,250 (601)

(A)

200 100

0,252 (592) 197 98,6 0,376 260 86,8 43,4

0,254 (582) 194 97,1 0,378 257 85,8 42,9

0,256 (573) 191 95,5 0,380 255 84,9 42,4

0,258 (564) 188 94,0 0,382 252 83,9 42,0

0,260 (555) 185 92,6 0,384 249 83,0 41,5

0,262 (547) 182 91,1 0,386 246 82,1 41,1

0,264 (538) 179 89,7 0,388 244 81,3 40,6

0,266 (530) 177 88,4 0,390 241 80,4 40,2

0,268 (522) 174 87,0 0,392 239 79,5 39,8

0,270 (514) 171 85,7 0,394 236 78,7 39,4

0,272 (507) 169 84,4 0,396 234 77,9 38,9

0,274 (499) 166 83,2 0,398 231 77,1 38,5

0,276 (492) 164 81,9 0,400 229 76,3 38,1

0,278 (485) 162 80,8 0,402 226 75,5 37,7

0,280 (477) 159 79,6 0,404 224 74,7 37,3

0,282 (471) 157 78,4 0,406 222 73,9 37,0

0,284 (464) 155 77,3 0,408 219 73,2 36,6

0,286 (457) 152 76,2 0,410 217 72,4 36,2

0,288 (451) 150 75,1 0,412 215 71,7 35,8

0,290 444 148 74,1 0,414 213 71,0 35,5

0,292 438 146 73,0 0,416 211 70,2 35,1

0,294 432 144 72,0 0,418 209 69,5 34,8

0,296 426 142 71,0 0,420 207 68,8 34,4

0,298 420 140 70,1 0,422 204 68,2 34,1

0,300 415 138 69,1 0,424 202 67,5 33,7

0,302 409 136 68,2 0,426 200 66,8 33,4

0,304 404 135 67,3 0,428 198 66,2 33,1

0,306 398 133 66,4 0,430 197 65,5 32,8

0,308 393 131 65,5 0,432 195 64,9 32,4

0,310 388 129 64,6 0,434 193 64,2 32,1

0,312 383 128 63,0 0,436 191 63,6 31,8

0,314 378 126 62,9 0,438 189 63,0 31,5

0,316 373 124 62,1 0,440 187 62,4 31,2

0,318 368 123 61,3 0,442 185 61,8 30,9

0,320 363 121 60,5 0,444 184 61,2 30,6

0,322 359 120 59,8 0,446 182 60,6 30,3

0,324 354 118 59,0 0,448 180 60,1 30,0

0,326 350 117 58,3 0,450 179 59,5 29,8

Página13

ENSAIOS Mecânicos

F/d2 30 10 5 F/d2 30 10 5

d

mm


mm


30 10 5 30 10 50,328 345 115 57,5 0,452 177 59,0 29,5

0,330 341 114 56,8 0,454 175 58,4 29,2

0,332 337 112 56,1 0,456 174 57,9 28,9

0,334 333 111 55,4 0,458 172 57,3 28,7

0,336 329 110 54,8 0,460 170 56,8 28,4

0,338 325 108 54,1 0,465 167 55,5 27,8

0,340 321 107 53,4 0,470 163 54,3 27,1

0,342 317 106 52,8 0,475 159 53,0 26,5

0,344 313 104 52,2 0,480 156 51,9 25,9

0,346 309 103 51,5 0,485 152 50,7 25,4

0,348 306 102 50,9 0,490 149 49,6 24,8

0,350 302 101 50,3 0,495 146 48,6 24,3

0,352 298 99,5 49,7 0,500 143 47,5 23,8

0,354 295 98,3 49,2 0,510 137 45,5 22,8

0,356 292 97,2 48,6 0,520 131 43,7 21,8

0,358 288 96,1 48,0 0,530 126 41,9 20,9

0,360 285 95,0 47,5 0,540 121 40,2 20,1

0,362 282 93,9 46,9 0,550 116 38,6 19,3

0,364 278 92,8 46,4 0,560 111 37,1 18,6

0,366 275 91,8 45,9 0,570 107 35,7 17,8

0,368 272 90,7 45,4 0,580 103 34,3 17,2

0,370 269 89,7 44,9 0,590 99,2 33,1 16,5

0,372 266 88,7 44,4 0,600 95,5 31,8 15,9

0,374 263 87,7 43,9

(A) Para os valores entre parênteses não deve ser usada uma esfera de aço, e sim uma de material sinterizado, como o carbeto de tungstênio

20.3.2. Dureza Rockwell

O ensaio de dureza Rockwell baseia-se na profundidade da impressão causada por um penetrador numa amostra de superfície plana, com acabamento adequado e limpa. O penetrador pode ser um cone de diamante de conicidade 120º ou uma esfera de aço temperado.A realização do ensaio consiste em:. comprimir o penetrador contra a superfície da amostra pela aplicação de uma força prévia (pré-carga), a fim de fixar bem o corpo-de-prova (FIG. 4a);. aplicar a força principal (FIG. 4b);. retirar a força principal para permitir a recuperação elástica do material (FIG. 4c);. ler o valor da dureza Rockwell, normalmente, indicado em relógio de medição.

Página14

ENSAIOS Mecânicos

Figura 4A diferença de profundidade p entre a profundidade atingida pelo penetrador após a aplicação da força prévia e a profundidade após a retirada da força principal é o parâmetro que traduz a dureza Rockwell do material. Uma unidade de dureza Rockwell corresponde a uma diferença de penetração p igual a 0,002 mm.Existem várias escalas para medida de dureza Rockwell comum em que a força prévia é de 10 kgf. Na tabela 7, relaciona-se a força principal, o penetrador e o campo de aplicação das escalas Rockwell comum.

TABELA 7

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL E APLICAÇÕES TÍPICAS

Escala Rockwell Força (kgf) Penetrador Campo de aplicação

A 60 Materiais de durezaC 150 Cone de diamante 120o superior a 240 HB

D 100B 100 Esfera de Materiais de durezaF 60 = 1,59 mm inferior a 240 HBG 150 (1/16")E 100 Esfera de Ferro fundido ligas de Al eH 60 = 3,17 mm Mg, metais para mancaisK 150 (1/8")L 60 Esfera deM 100 = 6,35 mmP 150 (1/4") Materiais muito macios ouR 60 Esfera de finos, metais para mancaisS 100 = 12,70 mmN 150 (1/2")

As escalas mais utilizadas são 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 notação:HRB para dureza Rockwell escala BHRC para dureza Rockwell escala CO método brasileiro da ABNT para ensaio de dureza Rockwell comum para materiais metálicos (MB - 358) prescreve:. a espessura do corpo-de-prova deve ser superior a dez vezes a profundidade de penetração p;. a distância entre os centros de duas impressões vizinhas deve ser, no mínimo, igual a quatro vezes o diâmetro da impressão ou não menos que dois milímetros. E a distância entre o centro de qualquer impressão e a borda do corpo-de-prova deve ser, no mínimo, igual a duas e meia vezes o diâmetro da impressão, mas não menos que um milímetro.Existe a dureza Rockwell superficial em que a força prévia é de 3 kgf. Este tipo de ensaio é realizado em materiais de pequena espessura e materiais tratados superficialmente (nitretação, cementação, etc).

Página15

ENSAIOS Mecânicos

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

TABELA 8

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL E APLICAÇÕES TÍPICAS

Escala Rockwell

superficial

Força (kgf)

Penetrador Campo de aplicação

N Diamante Idem às escalas HRA, HRC, HRD

T Esfera de 9 mm 1/16") Idem às escalas HRB, HRF, HRG

W 15, 30, 45 Esfera 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 princípio do ensaio Brinell. O penetrador é uma pirâmide de diamante com base quadrada e ângulo de 136º.

Página16

ENSAIOS Mecânicos

Figura 4

O valor da dureza Vickers é dado pela expressão:

onde:HV = dureza VickersF = força de impressão em kgfS = superfície da impressão em mm2

= ângulo, no vértice, entre as faces opostas, medido em grausd = média aritmética das diagonais d1 e d2 da impressão, em mm.Devido à forma do penetrador, o valor da dureza Vickers de um material é o mesmo, qualquer que seja a força de impressão utilizada. As cargas mais utilizadas são 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 metálicos prescreve:. a espessura do corpo-de-prova deve ser superior a 1,5 vezes a média aritmética das diagonais da impressão;. a distância mínima do centro de uma impressão à bordo do corpo-de-prova ou de uma impressão vizinha é de 2,5 vezes a média aritmética das diagonais da impressão;. a leitura das diagonais deve ser feita com precisão de 0,001 mm para as diagonais menores ou iguais que 0,2 mm e com precisão de 0,5 % d para as diagonais maiores que 0,2 mm.A tabela 9 relaciona a média aritmética das diagonais da impressão medida até décimos-centésimos de mm e a dureza Vickers, correspondentes a uma força de impressão igual a 1 kgf.

TABELA 9

Página17

ENSAIOS Mecânicos

VALORES DA DUREZA VICKERS

Décimos - centésimos de mm

d (mm) 0,000

00,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,045 916 912 908 904 900 896 892 888 884 880

0,046 876 873 869 865 861 858 854 850 847 843

0,047 840 836 832 829 825 822 818 815 812 808

0,048 805 802 798 795 792 788 785 782 779 776

0,049 772 769 766 763 760 757 754 751 748 745

0,050 742 739 736 733 730 727 724 721 719 716

0,051 713 710 707 705 702 699 696 694 691 688

0,052 686 683 680 678 675 673 670 668 665 663

0,053 660 658 655 653 650 648 646 643 641 638

0,054 636 634 631 629 627 624 622 620 618 615

0,055 613 611 609 606 604 602 600 598 596 593

0,056 591 589 587 585 583 581 579 577 575 573

0,057 571 569 567 565 563 561 559 557 555 553

0,058 551 549 548 546 544 542 540 538 536 534

0,059 533 531 529 527 526 524 522 520 519 517

0,060 515 513 512 510 508 507 505 503 502 500

0,061 498 497 495 494 492 490 489 487 486 484

0,062 482 481 479 478 476 475 473 472 470 469

0,063 467 466 464 463 461 460 458 457 456 454

0,064 453 451 450 448 447 446 444 443 442 440

0,065 439 438 436 435 434 432 431 430 428 427

0,066 426 424 423 422 421 419 418 417 416 414

0,067 413 412 411 409 408 407 406 405 403 402

0,068 401 400 399 398 396 395 394 393 392 391

0,069 390 388 387 386 385 384 383 383 381 380

0,070 378 377 376 375 374 373 372 371 370 369

0,071 368 367 366 365 364 363 362 361 360 359

0,072 358 357 356 355 354 353 352 351 350 349

0,073 348 347 346 345 344 343 342 341 340 340

0,074 339 338 337 336 335 334 333 332 331 331

0,075 330 329 328 327 326 325 324 324 323 322

0,076 321 320 319 318 318 317 316 315 314 314

0,077 313 312 311 310 309 309 308 307 307 306

0,078 305 304 303 303 302 301 300 299 299 298

0,079 297 296 296 295 294 293 293 292 291 291

Página18

ENSAIOS Mecânicos

Décimos - centésimos de mm

d (mm) 0,000

00,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,080 290 289 288 288 287 287 286 285 284 283

0,081 283 282 281 280 280 279 278 278 277 277

0,082 276 275 274 274 273 273 272 271 270 270

0,083 269 268 268 267 267 266 265 265 264 263

0,084 263 262 262 261 260 260 259 258 258 257

0,085 257 256 256 255 254 254 253 253 252 251

0,086 251 250 250 249 248 248 247 247 246 246

0,087 245 244 244 243 243 242 242 241 241 240

0,088 240 239 238 238 237 237 236 236 235 235

0,089 234 234 233 233 232 232 231 230 230 229

0,090 229 228 228 227 227 226 226 225 225 224

0,091 224 223 223 223 222 222 221 221 220 220

0,092 219 219 218 218 217 217 216 216 215 215

0,093 214 214 214 213 213 212 212 211 211 210

0,094 210 209 209 208 208 208 207 207 206 206

0,095 205 205 205 204 204 203 203 202 202 202

0,096 201 201 200 200 199,6 199,1 198,7 198,3 197,9 197,5

0,097 197,1 196,7 196,3 195,9 195,5 195,1 194,7 194,3 193,9 193,5

0,098 193,1 192,7 192,3 191,9 191,5 191,1 190,7 190,4 190,0 189,6

0,099 189,2 188,8 188,4 188,1 187,7 187,3 186,9 186,6 186,2 185,8

A tabela 10 relaciona o valor da diagonal média e a dureza Vickers obtida com força de impressão igual a 1 kgf em termos de ordem de grandeza.

Página19

ENSAIOS Mecânicos

TABELA 10

VALORES DA DUREZA VICKERS

d (mm)

Dureza Vickers para carga de 1 kgf

d (mm)

Dureza Vickers para carga de 1 kgf

0,005 74200 0,400 11,6

0,006 51500 0,500 7,42

0,007 37800 0,600 5,15

0,008 29000 0,700 3,78

0,009 22900 0,800 2,90

0,900 2,29

0,010 18540 1,000 1,85

0,020 4640

0,030 2060 1,100 1,53

0,040 1159 1,200 1,29

0,050 742 1,300 1,10

0,060 515 1,400 0,946

0,070 378 1,500 0,824

0,080 290 1,600 0,724

0,090 229 1,700 0,642

1,800 0,572

0,100 185,4 1,900 0,514

0,200 46,4 2,000 0,464

0,300 20,6

A determinação da dureza Vickers de um material num ensaio que utiliza uma força de impressão diferente de 1 kgf é feita utilizando-se as duas tabelas anteriores, como mostra o exemplo que se segue.Exemplo: Uma diagonal média de 0,761 mm foi obtida num ensaio com força de impressão 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 = 3,78d = 0,800 mm corresponde a HV = 2,90Deduz-se que d = 0,761 corresponde a uma dureza Vickers situada entre estes valores, ou seja, no nosso caso HV = 3,20 para uma força de impressão igual a 1 kgf. Como o ensaio foi realizado com uma força de impressão igual a 30 kgf, a dureza do material ensaiado é:HV = 30 x 3,20 = 96O ensaio de dureza Vickers é aplicado a toda a gama de durezas encontradas nos diversos materiais e apresenta grande precisão de medida, porém, é mais demorado e exige uma preparação cuidadosa do material a ser ensaiado para tornar nítida a impressão. Não é utilizado em ensaios de rotina industrial sendo, muitas vezes, reservado para laboratórios de pesquisa.Quando se deseja uma impressão microscópica no material com, por exemplo, o objetivo de determinar a dureza de um constituinte micrográfico, realiza-se o ensaio de microdureza. O ensaio Vickers encontra ampla aplicação na determinação da microdureza. Neste caso, a força de impressão é geralmente inferior a 1 kgf.

20.3.4. Outros ensaios de dureza

Página20

ENSAIOS Mecânicos

Além dos métodos de dureza estudados, existem outros ensaios de dureza baseados na resistência à penetração:a) ensaio Knoop, que utiliza um penetrador piramidal de diamante, usado na microdureza;b) ensaio Monotron, no qual se determina a carga necessária para a obtenção de uma profundidade de penetração convencionada.Existem, também, métodos de ensaios próprios para a determinação da dureza de materiais plásticos e borracha.Finalmente, uma referência deve ser feita ao ensaio Janka, que é usado para determinação de dureza de madeiras. Este método é normalizado pela ABNT (MB - 26).

20.4. Conversão de dureza

Existem expressões matemáticas, tabelas e gráficos que relacionam entre si as diferentes escalas de dureza.Entretanto, estas relações não são precisas. Por esta razão, as conversões de dureza devem ser evitadas.Em casos específicos de existência de correspondências estatísticas, obtidas por meio de ensaios comparativos que fornecem uma base válida, pode-se fazer tais conversões, mas dureza efetivamente medida deve ser também indicada.As tabelas 11 e 12 relacionam, entre si, algumas escalas de dureza, conforme norma da ASTM E 140/79.

TABELA 11

RELAÇÃO DE DIFERENTES ESCALAS DE DUREZAS

Página21

ENSAIOS Mecânicos

HRB HV HB (A) HRA HRF 15 - T 30 - T 45 - T

100 240 240 61,5 ... 93,1 83,1 72,9

Página22

ENSAIOS Mecânicos


99 234 234 60,9 ... 92,8 82,5 71,9

98 228 228 60,2 ... 92,5 81,8 70,9

97 222 222 59,5 ... 92,1 81,1 69,9

96 216 216 58,9 ... 91,8 80,4 68,9

95 210 210 58,3 ... 91,5 79,8 67,9

94 205 205 57,6 ... 91,2 79,1 66,9

93 200 200 57,0 ... 90,8 78,4 65,9

92 195 195 56,4 ... 90,5 77,8 64,8

91 190 190 55,8 ... 90,2 77,1 63,8

90 185 185 55,2 ... 89,9 76,4 62,8

89 180 180 54,6 ... 89,5 75,8 61,8

88 176 176 54,0 ... 89,2 75,1 60,8

87 172 172 53,4 ... 88,9 74,4 59,8

86 169 169 52,8 ... 88,6 73,8 58,8

85 165 165 52,3 ... 88,2 73,1 57,8

84 162 162 51,7 ... 87,9 72,4 56,8

83 159 159 51,1 ... 87,6 71,8 55,8

82 156 156 50,6 ... 87,3 71,1 54,8

81 153 153 50,0 ... 86,9 70,4 53,8

80 150 150 49,5 ... 86,6 69,7 52,8

79 147 147 48,9 ... 86,3 69,1 51,8

78 144 144 48,4 ... 86,0 68,4 50,8

77 141 141 47,9 ... 85,6 67,7 49,8

76 139 139 47,3 ... 85,3 67,1 48,8

75 137 137 46,8 99,6 85,0 66,4 47,8

74 135 135 46,3 99,1 84,7 65,7 46,8

73 132 132 45,8 98,5 84,3 65,1 45,8

72 130 130 45,3 98,0 84,0 64,4 44,8

71 127 127 44,8 97,4 83,7 63,7 43,8

70 125 125 44,3 96,8 83,4 63,1 42,8

69 123 123 43,8 96,2 83,0 62,4 41,8

68 121 121 43,3 95,6 82,7 61,7 40,8

67 119 119 42,8 95,1 82,4 61,0 39,8

66 117 117 42,3 94,5 82,1 60,4 38,7

65 116 116 41,8 93,9 81,8 59,7 37,7

64 114 114 41,4 93,4 81,4 59,0 36,7

63 112 112 40,9 92,8 81,1 58,4 35,7

62 110 110 40,4 92,2 80,8 57,7 34,7

61 108 108 40,0 91,7 80,5 57,0 33,7

60 107 107 39,5 91,1 80,1 56,4 32,7

59 106 106 39,0 90,5 79,8 55,7 31,7

58 104 104 38,6 90,0 79,5 55,0 30,7

Página23

ENSAIOS Mecânicos


57 103 103 38,1 89,4 79,2 54,4 29,7

56 101 101 37,7 88,8 78,8 53,7 28,7

55 100 100 37,2 88,2 78,5 53,0 27,7

54 ... ... 36,8 87,7 78,2 52,4 26,7

53 ... ... 36,3 87,1 77,9 51,7 25,7

52 ... ... 35,9 86,5 77,5 51,0 24,7

51 ... ... 35,5 86,0 77,2 50,3 23,7

50 ... ... 35,0 85,4 76,9 49,7 22,7

49 ... ... 34,6 84,8 76,6 49,0 21,7

48 ... ... 34,1 84,3 76,2 48,3 20,7

47 ... ... 33,7 83,7 75,9 47,7 19,7

46 ... ... 33,3 83,1 75,6 47,0 18,7

45 ... ... 32,9 82,6 75,3 46,3 17,7

44 ... ... 32,4 82,0 74,9 45,7 16,7

43 ... ... 32,0 81,4 74,6 45,0 15,7

42 ... ... 31,6 80,8 74,3 44,3 14,7

41 ... ... 31,2 80,3 74,0 43,7 13,6

40 ... ... 30,7 79,7 73,6 43,0 12,6

39 ... ... 30,3 79,1 73,3 42,3 11,6

38 ... ... 29,9 78,6 73,0 41,6 10,6

37 ... ... 29,5 78,0 72,7 41,0 9,6

36 ... ... 29,1 77,4 72,3 40,3 8,6

35 ... ... 28,7 76,9 72,0 39,6 7,6

34 ... ... 28,2 76,3 71,7 39,0 6,6

33 ... ... 27,8 75,7 71,4 38,3 5,6

32 ... ... 27,4 75,2 71,0 37,6 4,6

31 ... ... 27,0 74,6 70,7 37,0 3,6

30 ... ... 26,6 74,0 70,4 36,3 2,6

(A) Esfera penetradora 10 mm e carga 3000 kgf

TABELA 12

RELAÇÃO DE DIFERENTES ESCALAS DE DUREZAS

HRC HV HB (A) HB (B) HRA HRD 15 - N 30 - N 45 - N

68 940 ... ... 85,6 76,9 93,2 84,4 75,4

Página24

ENSAIOS Mecânicos


67 900 ... ... 85,0 76,1 92,9 83,6 74,2

66 865 ... ... 84,5 75,4 92,5 82,8 73,3

65 832 ... 739 83,9 74,5 92,2 81,9 72,0

64 800 ... 722 83,4 73,8 91,8 81,1 71,0

63 772 ... 705 82,8 73,0 91,4 80,1 69,9

62 746 ... 688 82,3 72,2 91,1 79,3 68,8

61 720 ... 670 81,8 71,5 90,7 78,4 67,7

60 697 ... 654 81,2 70,7 90,2 77,5 66,6

59 674 ... 634 80,7 69,9 89,8 76,6 65,5

58 653 ... 615 80,1 69,2 89,3 75,7 64,3

57 633 ... 595 79,6 68,5 88,9 74,8 63,2

56 613 ... 577 79,0 67,7 88,3 73,9 62,0

55 595 ... 560 78,5 66,9 87,9 73,0 60,9

54 577 ... 543 78,0 66,1 87,4 72,0 59,8

53 560 ... 525 77,4 65,4 86,9 71,2 58,6

52 544 500 512 76,8 64,6 86,4 70,2 57,4

51 528 487 496 76,3 63,8 85,9 69,4 56,1

50 513 475 481 75,9 63,1 85,5 68,5 55,0

49 498 464 469 75,2 62,1 85,0 67,6 53,8

48 484 451 455 74,7 61,4 84,5 66,7 52,5

47 471 442 443 74,1 60,8 83,9 65,8 51,4

46 458 432 432 73,6 60,0 83,5 64,8 50,3

45 446 421 421 73,1 59,2 83,0 64,0 49,0

44 434 409 409 72,5 58,5 82,5 63,1 47,8

43 423 400 400 72,0 57,7 82,0 62,2 46,7

42 412 390 390 71,5 56,9 81,5 61,3 45,5

41 402 381 381 70,9 56,2 80,9 60,4 44,3

40 392 371 371 70,4 55,4 80,4 59,5 43,1

39 382 362 362 69,9 54,6 79,9 58,6 41,9

38 372 353 353 69,4 53,8 79,4 57,7 40,8

37 363 344 344 68,9 53,1 78,8 56,8 39,6

36 354 336 336 68,4 52,3 78,3 55,9 38,4

35 345 327 327 67,9 51,5 77,7 55,0 37,2

34 336 319 319 67,4 50,8 77,2 54,2 36,1

33 327 311 311 66,8 50,0 76,6 53,3 34,9

32 318 301 301 66,3 49,2 76,1 52,1 33,7

31 310 294 294 65,8 48,4 75,6 51,3 32,5

30 302 286 286 65,3 47,7 75,0 50,4 31,3

Página25

ENSAIOS Mecânicos


29 294 279 279 64,6 47,0 74,5 49,5 30,1

28 286 271 271 64,3 46,1 73,9 48,6 28,9

27 279 264 264 63,8 45,2 73,3 47,7 27,8

26 272 258 258 63,3 44,6 72,8 46,8 26,7

25 266 253 253 62,8 43,8 72,2 45,9 25,5

24 260 247 247 62,4 43,1 71,6 45,0 24,3

23 254 243 243 62,0 42,1 71,0 44,0 23,1

22 248 237 237 61,5 41,6 70,5 43,2 22,0

21 243 231 231 61,0 40,9 69,9 42,3 20,7

20 238 226 226 60,5 40,1 69,4 41,5 19,6

(A) Esfera penetradora 10 mm e carga 3000 kgf

(B) Esfera penetradora 10 mm (metal duro) e carga 3000 kgf

20.5. Ensaio de tração

A resistência à tração ou limite de resistência à tração de um material é a tensão correspondente ao quociente entre a força máxima aplicada nele e a área da seção transversal do corpo-de-prova, conforme a expressão:

onde:LR = limite de resistência à tração (kgf/ mm2 ou MPa)Fm = força máxima (kgf ou N)So = área da seção transversal, inicial (mm2)

A determinação da força máxima aplicada a um corpo-de-prova é feita através do ensaio de tração.O ensaio de tração consiste em aplicar num corpo-de-prova uma força axial crescente que tende a esticá-lo ou alongá-lo até a sua ruptura (FIG. 6).

Figura 6

As máquinas utilizadas para a aplicação da força axial no corpo-de-prova, chamadas máquinas de tração, permitem traçar um gráfico relacionando a força aplicada e a deformação sofrida pelo corpo-de-prova. Um gráfico típico é o da figura 7.

Página26

ENSAIOS Mecânicos

Figura 7A curva do gráfico apresenta uma parte retilínea 0A, uma sinuosidade próxima do ponto A e uma parte não retilínea AC.Para qualquer ponto da parte 0A, ao interromper a aplicação da força e fazendo-se o descarregamento, a deformação residual do corpo-de-prova é nula. Diz-se que o trecho 0A corresponde à zona elástica do material. Enquanto o material encontra-se na zona elástica, a deformação do corpo-de-prova é proporcional à força aplicada.Para qualquer ponto da parte AC, ao interromper a aplicação da força, o corpo-de-prova terá uma deformação residual ou permanente. Diz-se que o trecho AC corresponde à zona plástica do material.A tensão num corpo-de-prova é a razão entre a força externa aplicada nele e a área da sua seção transversal.

onde: = tensão (kgf/ mm2 ou MPa)F = força (kgf ou N)S = área da seção transversal (mm2)

A deformação do corpo-de-prova em um determinado instante é definida pela expressão:

onde: = deformaçãoLo = distância inicial (mm) entre dois pontos de referência, situados no corpo-de-provaL = L - Lo (mm)L = distância (mm) entre os dois pontos de referência, no instante considerado

Na zona elástica do material tem-se a relação :

onde:E = constante de proporcionalidade entre e , chamada módulo de elasticidade ou módulo de Young.Quando a deformação é proporcional à tensão, diz-se que o material obedece a lei de Hooke, que é expressa pela relação anterior.

Página27

C

0

ENSAIOS Mecânicos

Na vizinhança do ponto A, tem-se o ponto correspondente a tensão máxima para a qual não há deformação permanente que é o limite elástico ou limite de elasticidade do material e o ponto correspondente à tensão máxima para a qual se verifica a lei de Hooke, é o limite de proporcionalidade.A posição que define o limite elástico e o limite de proporcionalidade é discutível. Admite-se que uma deformação residual de 0,001 % seja o limite da zona elástica; sendo isto mais aplicado quando se trata de materiais dúcteis.Em ensaios de rotina, os valores destes limites não são determinados.

20.5.1. Módulo de elasticidade

O módulo de elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior o módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material.O módulo de elasticidade é determinado pelas forças de ligação entre os átomos de um material.Relaciona-se, na tabela 13, o valor do módulo de elasticidade de algumas ligas.

TABELA 13

MÓDULO DE ELASTICIDADE PARA ALGUMAS LIGAS

Liga Módulo de elasticidade

médio (kgf/mm2)

Aços carbono 21000

Ferro fundido cinzento 10500

Ferro fundido com grafita esferoidal 14000

Bronze 11200

Latão 11900

Ligas de alumínio 7420

Ligas de magnésio 4550

20.5.2. Elasticidade e plasticidade

Um material metálico possui uma estrutura cristalina, ou seja, os seus átomos encontram-se arrumados de forma a constituírem uma rede cristalina regular no espaço, com posições definidas entre si.A ligação entre os átomos é feita, principalmente, pela atração dos íons positivos com os elétrons livres.Quando um metal sofre um esforço dentro de sua zona elástica, há um deslocamento dos átomos de suas posições primitivas no espaço, de modo que, ao cessar esse esforço, os átomos voltam às suas posições originais, sem deixar qualquer deformação permanente.Com o aumento do esforço, chega-se a um ponto que os átomos se distanciam de tal forma que não voltam às suas posições originais, isto é, chega-se à zona plástica.Com esforços fornecidos pelas máquinas comuns, seria impossível atingir a zona plástica, não fossem certas descontinuidades encontradas no interior da rede cristalina.Estas descontinuidades podem ser de dois tipos: puntuais ou lineares. As descontinuidades puntais são ocasionadas pela falta de um átomo que deveria se localizar numa dada posição do reticulado cristalino, ou são ocasionados por átomos que ocupam posições intersticiais, isto é, entre os átomos regulares do arranjo. As descontinuidades lineares, chamadas discordâncias, são planos de átomos do metal fora de sua posição normal na rede cristalina.Portanto, os conceitos de elasticidade e plasticidade estão relacionados com a possibilidade ou não dos átomos retornarem às suas posições originais após terem sido afastados delas.

Página28

ENSAIOS Mecânicos

20.5.3. Limite de escoamento

O início da plasticidade de um material é verificado pelo fenômeno do escoamento. O escoamento é um tipo de transição heterogênea e localizada, caracterizado por um aumento relativamente grande da deformação com pequena variação da tensão. Após o escoamento, o metal encontra-se encruado, isto é, há endurecimento por deformação a frio.Algumas ligas não estão sujeitas a este fenômeno ou, em alguns casos, o escoamento não é nítido.Durante a realização de um ensaio de tração, o escoamento nítido é caracterizado por uma oscilação ou uma parada do ponteiro da máquina. Em escoamento não nítido, ou seja, em ligas não dúcteis o escoamento ocorre tão ligeiramente que a sensibilidade da máquina não permite o seu registro com precisão suficiente.A figura 8 mostra uma curva obtida num ensaio de tração com material que apresenta escoamento nítido.

Figura 8

A tensão correspondente ao ponto A da curva é a tensão máxima atingida antes da queda repentina da força, ou seja, início da deformação plástica no escoamento. Essa tensão máxima é o limite de escoamento superior.Após essa queda repentina da força, esta estabiliza-se e o material sofre uma deformação relativamente grande. A tensão correspondente a esse patamar de escoamento é o limite de escoamento inferior e o alongamento do metal referente a esse patamar é o alongamento de escoamento.Os limites de escoamento não são constantes para um determinado material, mas dependem de diversos fatores como geometria e condições do corpo-de-prova, método de ensaio, velocidade de deformação e, principalmente, das características da máquina de ensaio.Entretanto, o limite de escoamento inferior é menos afetado que o superior. Por isso, calcula-se o limite de escoamento pela expressão:

onde:LE = limite de escoamento (kgf/ mm2 ou MPa)Fe = força correspondente ao escoamento inferior (kgf ou N)So = área da seção transversal inicial do corpo-de-prova (mm2)

Página29

ENSAIOS Mecânicos

Quando o escoamento não é nítido, utiliza-se o limite convencional de escoamento, definido pela expressão:

onde:LEx = limite convencional de escoamento (kgf ou MPa)Fex = força correspondente à deformação x do material (kgf ou N)So = área da seção transversal inicial do corpo-de-prova (mm2)x = valor convencionado da deformação plástica ou total do material para o cálculo do limite de escoamento.

A determinação da força Fex é feita graficamente e, de modo geral, como é indicado na figura 9.Traça-se a curva relacionando força e deformação pelo uso de extensômetro. A partir da origem de coordenadas, marca-se, no eixo das abscissas, o valor da deformação x escolhida encontrando-se o ponto A. Em seguida, traça-se por A uma reta paralela à parte reta da curva da zona elástica, determinando-se o ponto B, ao qual corresponde a força Fex.

Figura 9

O valor de x varia entre 0,1 % e 0,5 %, sendo que, geralmente, utiliza-se x = 0,2 % de deformação plástica.Observação: extensômetro é um instrumento mecânico, dotado de um micrômetro, utilizado para medir variação no comprimento do corpo-de-prova, ao qual se prende por meio de garras. Lendo-se periodicamente, o valor da variação no comprimento (calcula-se a deformação) e a força correspondente, traça-se por pontos a curva da figura 9.

20.5.4. Resiliência, tenacidade, ductilidade

a) Resiliência

Resiliência de um material é a sua capacidade em absorver energia quando deformado elasticamente, isto é, dentro da zona elástica, e liberá-la quando descarregado. A sua medida é feita pelo módulo de resiliência, que traduz a energia de deformação por unidade de volume necessária para tensionar um material até o limite de proporcionalidade. Este módulo é dado pela expressão:

onde:UR = módulo de resiliência (kgf.mm/mm3)p = limite de proporcionalidade (kgf/ mm2)E = módulo de elasticidade (kgf/ mm2)

Página30

ENSAIOS Mecânicos

O módulo de resiliência corresponde à medida da área hachurada na figura 10;

Figura 10

b) Tenacidade

Tenacidade de um material é a sua capacidade em absorver energia quando tracionado até a ruptura. A sua medida é feita pelo módulo de tenacidade, que traduz a energia absorvida por unidade de volume no ensaio de tração até a ruptura. O valor do módulo de tenacidade corresponde à medida da área hachurada na figura 11;

Figura 11

c) Ductilidade

Ductilidade de um material é a sua capacidade em deformar-se permanentemente sem se romper. Um material dúctil apresenta boa capacidade de deformação.Um material não dúctil é frágil (FIG. 12)

Página31

ENSAIOS Mecânicos

Figura 12

20.5.5. Limite de resistência à tração

O limite de resistência à tração, definido pela expressão:

onde:LR = limite de resistência à tração (kgf/mm2 ou MPa)Fm = força máxima aplicada (kgf ou N)So = área da seção transversal, inicial (mm2)

O limite de resistência à tração é fácil de ser calculado e é sempre especificado com outras propriedades mecânicas dos materiais.Para as ligas dúcteis utilizam-se mais em dimensionamentos e projetos, os valores do limite de escoamento do que o do limite de resistência à tração. Porém, para os materiais frágeis, o limite de resistência à tração caracteriza bem a resistência do material.

20.6. Alongamento após ruptura

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

onde:A = alongamento (%)Lo = distância inicial entre as referências previamente marcadas na parte útil do corpo-de-prova - base de medidaL = distância entre as mesmas referências após a ruptura, uma vez reajustadas, da melhor maneira possível, as duas partes do corpo-de-prova.

Página32

ENSAIOS Mecânicos

Figura 13A distância Lo entre as referências marcadas na parte útil do corpo-de-prova, antes do ensaio de tração, é especificada por normas técnicas. Quando a ruptura ocorre fora do trecho compreendido pelas referências, recomenda-se realizar outro ensaio para a determinação 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. Estricção

Após ser atingida a força máxima durante o ensaio de tração, ocorre uma redução na seção transversal do corpo-de-prova na região onde vai ocorrer a ruptura (FIG. 13). A estricção definida pela expressão:

traduz essa redução de seção.

Z = estricção (%)So = área da seção transversal, inicial (mm2)S = área da seção transversal, após a ruptura (mm2)Tanto o alongamento quanto a estricção permitem avaliar a ductilidade dos materiais.

20.8. Ensaio de tração real

As propriedades mecânicas definidas anteriormente, baseiam-se na seção inicial (So) do corpo-de-prova e no comprimento inicial Lo, que se alteram durante a realização do ensaio.Assim, a curva convencional tensão x deformação não oferece uma indicação precisa das características de deformação de uma liga, principalmente nos metais dúcteis. Por isso, foi estabelecido um método que permite calcular os valores reais das propriedades mecânicas, chamado ensaio de tração real, que se baseia nos valores instantâneos da seção do corpo-de-prova e da base de medida para o alongamento.O ensaio de tração real é mais trabalhoso que o ensaio de tração convencional. Nos ensaios de rotina, emprega-se o ensaio convencional e o ensaio real é 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 diferenças entre ambos.

Página33

ENSAIOS Mecânicos

Figura 14

20.9. Normalização

A norma brasileira NBR 6152 da ABNT "Determinação das propriedades mecânicas à tração de materiais metálicos" indica como corpo-de-prova usinado, normal, de seção circular, o que está apresentado na figura 15 desde que não haja especificação em contrário. O comprimento La da cabeça do corpo-de-prova é em função da máquina utilizada no ensaio.

Figura 15

Página34

ENSAIOS Mecânicos

A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, padroniza as dimensões dos corpos-de-prova normais para ensaios de tração, bem como as dimensões dos moldes para obtê-los, conforme o tipo de material a ser ensaiado, como por exemplo:

- ferro fundido cinzento NBR 6589- ferro fundido Nodular NBR 6916- ferro fundido maleável de núcleo branco NBR 6914- ferro fundido maleável de núcleo preto NBR 6590- ligas de cobre fundidas em areia NBR 6337

Corpo de Prova para Ferro Fundido Cinzento :

Dimensões do corpo de provaTipo D

mmd

mmR

mmLmmm

Ltmm

Lamm

A 30 20 + 0,5 +5

25 - 0 30 300 135

Página35

ENSAIOS Mecânicos

Figura 16 – Corpo de prova usinado

Figura 17 – Molde para obtenção de corpo de prova bruto de fusão

Corpo de Prova para Ferro Fundido Nodular :

Dimensões do corpo de prova

Diâmetro - mm Área da seçãomm2

Lo = 5dmm

Rmm

LmmD d

20 14 + 0,1 153,9 70 20 100

Figura 18 – Corpo de prova usinado

Página36

ENSAIOS Mecânicos

Figura 19 – Corpo de prova bruto de fusão

20.10. Ensaio de cisalhamento

O esforço de cisalhamento é uma solicitação que tende a deslocar paralelamente, em sentido oposto, duas seções contíguas de um material (FIG. 20).O material é solicitado por duas forças próximas, paralelas e de sentidos contrários.

Página37

F

F

ENSAIOS Mecânicos

Figura 20 – Esforço de cisalhamento

A seção So resistente à força cortante F é paralela à linha de ação desta força e quando o limite de resistência é ultrapassado há um deslizamento nesta área.O ensaio pode ser realizado de acordo com os esquemas das figuras 17 e 18.

Figura 21- Ensaio de cisalhamento em duas seções e em uma seção

O limite de resistência ao cisalhamento é dado pela expressão:

onde:Lcis = limite de resistência ao cisalhamento (kgf/ mm2 ou MPa)Fm = força máxima atingida no ensaio (kgf ou N)n = número de seções resistentesSo = área da seção inicial resistente à força cortante (mm2)

20.11. Ensaio de flexão

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

Página38

ENSAIOS Mecânicos

Figura 22

Esse ensaio de flexão é um tipo de ensaio de dobramento, denominado dobramento transversal, aplicado em materiais frágeis.O corpo-de-prova, geralmente não usinado, é constituído por uma barra de seção circular ou retangular tendo dimensões especificadas para cada material.O módulo de ruptura ou a resistência à flexão de um corpo-de-prova de seção circular é dado pela expressão:

onde:Mr = módulo de ruptura (kgf/ mm2 ou MPa)F = força máxima atingida no ensaio (kgf ou N)L = distância entre os apoios (mm)D = diâmetro do corpo-de-prova (mm)

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

onde:Mr = módulo de ruptura (kgf/ mm2 ou MPa)F = força máxima atingida no ensaio (kgf ou N)L = distância entre os apoios (mm)b = largura do corpo-de-prova (mm)h = espessura do corpo-de-prova (mm)

20.12. Ensaio de compressão

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

Página39

ENSAIOS Mecânicos

Figura 23

Um corpo-de-prova de material dúctil, sujeito a um esforço axial de compressão, tende, na zona plástica, a aumentar a sua seção transversal não se rompendo.No caso de material frágil, não há deformação lateral apreciável e a ruptura ocorre por cisalhamento e escorregamento, ao longo de um plano inclinado de aproximadamente 45º.O ensaio de compressão é mais utilizado para materiais frágeis. A relação entre o comprimento e o diâmetro do corpo-de-prova é limitada para evitar a flambagem e deve ser indicada no resultado do ensaio.O ensaio de compressão pode ser efetuado na própria peça, obtendo-se, assim, a força máxima aplicada.O limite de resistência à compressão é dado pela expressão:

onde:Lc = limite de resistência à compressão (kgf/ mm2 ou MPa)Fm = força máxima atingida no ensaio (kgf ou N)So = área da seção transversal inicial do corpo-de-prova (mm2)

20.13. Ensaio de fadiga

O limite de resistência à tração de um material indica que, em esforços estáticos, ele não se rompe se submetido a tensões menores. Entretanto, quando são aplicados esforços dinâmicos, repetidos ou flutuantes, o material pode romper-se com tensão menor que o valor do limite de resistência. Ocorre ruptura por fadiga do material.Um material rompe-se por fadiga quando a tensão cíclica aplicada nele tem uma flutuação suficientemente grande e é maior que um valor característico de cada material, denominado limite de fadiga, o qual pode ser determinado mediante um ensaio de fadiga.O limite de fadiga é definido como sendo o valor limite de tensão, abaixo da qual o material pode suportar um número infinito de ciclos de tensões regulares sem se romper.Geralmente, as tensões cíclicas aplicadas pelas máquinas de ensaio são do tipo flexão rotativa ou tração/compressão.Existem diferentes métodos de ensaio de fadiga e de apresentação dos resultados. Serão comentados aqui o método de curva, relacionando tensão e número de ciclos e o método estatístico para o limite de fadiga.

20.13.1. Curva tensão x número de ciclosA curva tensão x número de ciclos ou curva de Wöhler relaciona a tensão máxima no corpo-de-prova e o número de ciclos dados até a sua ruptura.A figura 24 mostra a curva tensão x número de ciclos para um aço. Esta curva apresenta um patamar que corresponde ao limite de fadiga. Constatou-se que, no caso da existência do patamar, basta ensaiar o corpo-de-prova até 107 ciclos. A tensão máxima para a qual após 107 ciclos o corpo-de-prova não se quebra é o limite de resistência à fadiga.

Página40

ENSAIOS Mecânicos

Figura 24

Para a determinação do limite de fadiga de um material, escolhe-se, inicialmente, uma tensão máxima elevada para que a ruptura ocorra após um pequeno número de ciclos. Em seguida, diminui-se progressivamente a tensão máxima para outros corpos-de-prova, mantendo-se a velocidade de rotação até atingir uma tensão para a qual não ocorre ruptura após o número de ciclos N especificado para cada material. Conseguida esta tensão sem ruptura, aumenta-se, gradativamente, a tensão nos corpos-de-prova seguintes até atingir a tensão máxima correspondente ao patamar, ou seja, o limite de fadiga.Este método conduz a resultado preciso de resistência à fadiga, mas requer um número elevado de corpos-de-prova.Existem materiais que não apresentam o patamar na curva tensão x número de ciclos, como, por exemplo, o caso de uma liga de alumínio representado na figura 25.Não havendo o patamar, o limite de fadiga ou mais precisamente a resistência à fadiga do material é a tensão máxima para a qual ocorre ruptura após 5 x 107 ciclos ou mesmo, em certos casos, após 5 x 108 ciclos.

Página41

ENSAIOS Mecânicos

Figura 25

20.13.2. Método estatístico para o limite de fadiga

Existem métodos especiais baseados em estatística, que indicam, de uma forma mais rápida e com certa precisão, o limite de resistência à fadiga. Um desses métodos é denominado "método escada".O método escada consiste em ensaiar um corpo-de-prova sujeito a uma tensão máxima próxima do valor estimado do limite de fadiga. Caso o corpo-de-prova se rompa, após um número de ciclos N inferior a 107 ciclos, diminui-se a tensão de um valor fixo que deve ser mantido durante o decorrer dos ensaios. Reduz-se a tensão do valor fixo escolhido até conseguir uma tensão que não rompa o corpo-de-prova com 107 ciclos. A seguir, eleva-se novamente a tensão do mesmo valor fixo até conseguir uma tensão que rompa o corpo-de-prova. Atingido esse novo valor, reduz-se a tensão, e assim por diante.Para determinar o limite de fadiga médio, estatístico, baseia-se no evento que ocorreu em menor número e constrói-se uma tabela auxiliar, e a partir dela utilizam-se as fórmulas que permitem o cálculo do limite de fadiga e do desvio-padrão, como ilustrado a seguir.Consideram-se os resultados apresentados no diagrama da figura 26.

Figura 26

Página42

ENSAIOS Mecânicos

Foram ensaiados 18 corpos-de-prova:. oito corpos-de-prova não se romperam. 10 corpos-de-prova romperam-se.Para a construção da tabela auxiliar, deve-se, neste caso, considerar os corpos-de-prova que não se romperam. Na tabela 14:. os valores de i = 0; i = 1; i = 2; etc. correspondem à ordem das tensões nos corpos-de-prova que não se romperam;. ni é o número de corpos-de-prova que não se romperam com as tensões de ensaio;. N é igual à soma dos valores de ni;. A é igual à soma dos produtos ini;. B é igual à soma dos produtos i2ni.

TABELA 14

RESULTADO DOS ENSAIOS

Tensão máxima

(kgf/mm2)i ni ini i2ni

33 3 1 3 9

32 2 2 4 8

31 1 4 4 4

30 0 1 0 0

Totais - N = 8 A = 11 B = 21

As fórmulas para cálculo são:

onde:Se = limite de fadiga (kgf/ mm2)So = menor valor de tensão relacionado na tabela auxiliar (kgf/ mm2)d = incremento fixo na "escala" de tensões; neste caso, d = 1,0 kgf/ mm2

= desvio padrão.Na expressão de Se, o sinal + dentro do parêntese é usado no caso de corpos-de-prova que não se rompem e o sinal -, para corpos-de-prova que se rompem.Assim, neste exemplo, tem-se:

Página43

ENSAIOS Mecânicos

O método escada não requer um número muito grande de corpos-de-prova. Os autores do método recomendam cerca de 25 corpos-de-prova. Como referência para início de ensaio, indica-se para os aços, Se 0,50 LR e para não 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 flexão rotativa, o número de rotações por minuto é normalmente inferior a 10000 rpm e não tem grande influência no resultado.Como o ensaio de fadiga é demorado, ele não 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, também chamado de ensaio de choque e, impropriamente, ensaio de resiliência, é utilizado para avaliar a fragilidade de um material. Quanto menor a resistência ao impacto de um material, mais frágil é esse material.A resistência ao impacto é dada pela expressão:

onde:K = resistência ao impacto (daJ/cm2)E = energia absorvida pelo corpo-de-prova para se deformar e romper (daJ)S = área da seção de ruptura (cm2)A energia absorvida pelo corpo-de-prova ao se romper é dada pelo mostrador da máquina de ensaio.Os corpos-de-prova, para o ensaio de impacto, geralmente têm um entalhe. A figura 27 mostra um corpo-de-prova Charpy, tipo A, com entalhe em V e o ponto de impacto do pêndulo no instante do ensaio.

Figura 27

Além 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

Página44

ENSAIOS Mecânicos

A energia absorvida pelo corpo-de-prova no ensaio de impacto depende de vários fatores como temperatura, tipo de entalhe, dimensões. Desta forma, dois ou mais resultados só podem ser comparados se forem obtidos nas mesmas condições de ensaio.A figura 29 exemplifica a variação da resistência ao impacto em função da temperatura para um dado material.

Figura 29Nota-se a existência de uma faixa de temperatura para a qual ocorre uma variação brusca na resistência ao impacto, chamada zona de transição entre uma fratura dúctil e uma fratura frágil.O estudo da influência da temperatura na resistência ao impacto é muito importante para usos de materiais a baixas temperaturas.

Página45

Apostila ENSAIOS MECÂNICOS

Documents

Transcript of Apostila ENSAIOS MECÂNICOS