Ensaio de Dureza Apostila

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FATEC - SP Faculdade de Tecnologia de São Paulo

MCM-I Prof. Fábio de Assis

Ensaio de Dureza

Grupo MCM-I Forever

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OBJETIVO

Determinar a resistência (dureza) mecânica dos materiais é a resistência que o material oferece à penetração, à deformação plástica permanente e, ou ao desgaste. Esta propriedade tem definições metalúrgicas, mineralógicas e mecânicas. Este tipo de resistência é medida através de ensaios de dureza. INTRODUÇÃO TEÓRICA

A propriedade conhecida como dureza pode ser verificada através do risco, do choque mecânico ou da penetração de outro material sob condições padronizadas.

Os métodos do risco e do choque mecânicos raramente são utilizados. Atualmente, o

método mais comumente empregado é o de penetração. Essa penetração pode ser feita através de uma esfera de aço ou de um cone de diamante ou ainda um penetrador padronizado. Nesse processo, a dureza do material é determinada pela compressão desses instrumentos contra o material.

Mede-se, então, a dureza do material pela área ou pela profundidade da impressão

deixada no material. No primeiro caso usa-se o ensaio de dureza Brinell; no segundo, o ensaio de dureza Vickers.

Ensaio de dureza Brinell:

O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d. A dureza Brinell é representada pelas letras HB. Esta representação vem do inglês Hardness Brinell, que quer dizer dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac).



Tomemos agora 2DQ

, que é a relação da carga aplicada pelo

quadrado do diâmetro da esfera. Segundos estudos de Meyer, desde

que a relação 2DQ

for mantida,constante, obtém-se os mesmos

valores de dureza Brinell através da formula:

AcQHB

A área da calota esférica é dada pela fórmula: πDp, onde p é a profundidade da calota.

Substituindo Ac pela fórmula para cálculo da área da calota, temos:

DpFHB

Devido à dificuldade técnica de medida da profundidade (p), que é um valor muito pequeno, utiliza-se uma relação matemática entre a profundidade(p) e o diâmetro da calota (d) para chegar a formula matemática que permite o cálculo da dureza HB, representada a seguir:

22

2dDDD

FHB

Na prática, a dureza Brinell não é calculada pela fórmula acima. O que comumente se faz é o seguinte: uma vez conhecido o diâmetro da impressão deixada no material testado, consultamos tabelas que fornecem, diretamente o valor da dureza Brinell.

Há tabelas que fornecem o valor da dureza Brinell a partir dos diâmetros da impressão em função da carga utilizada e do diâmetro da esfera.



O uso de qualquer carga com qualquer diâmetro de esfera não produzem no mesmo material valores idênticos de dureza. Portanto, devemos escolher cargas (P) e diâmetros de esferas (D) em que: P/D2 = constante (K) 0,3D < d < 0,6D

Representação dos resultados obtidos O número de dureza Brinell deve ser seguido pelo símbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre

que se tratar do ensaio padronizado, com aplicação da carga durante 15 segundos.

Em outras condições, o símbolo HB recebe um sufixo formado por números que indicam as condições, especificas do teste, na seguinte ordem: diâmetro da esfera, carga e tempo de aplicação da carga.

Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10 mm de diâmetro e uma carga de 1.000 kgf, aplicada por 30 segundos, é representado da seguinte forma: 85HB 10/1000/30.

Em regra, o ensaio de dureza Brinell é usado para determinar durezas de aços recozidos, laminados ou normalizados, especialmente em se tratando de metais não muito duros, tais como o cobre, e o alumínio e suas ligas.

Diâmetro da

Esfera

D em mm

P= 30D2

Kgf

P= 10D2

Kgf

P= 5D2

Kgf

P= 2,5D2

Kgf

10 3000 1000 500 250

5 750 250 125 62,5

2,5 187,5 62,5 31,2 15,6

P/D2 Dureza Kgf/mm2 Materiais Ensaiados 30 90-415 - Aços e ferros fundidos 10 30-140 - Cobre, alumínio e suas ligas mais duras. 5 15-70 - Ligas anti-fricção, cobre, alumínio e suas ligas mais moles

2,5 Até 30 - Chumbo, estanho, antimônio e metais patentes.



Ensaio de dureza Vickers:

O ensaio de dureza Vickers obedece ao mesmo principio que o ensaio Brinell. Ou seja, a

determinação da dureza faz-se também a partir da área de impressão. Entretanto o penetrador

não é uma esfera, mas uma pirâmide feita de diamante industrial de base quadrada com ângulo

de 136º entre as faces.

Esse ângulo de 136º produz valores de impressões semelhantes à dureza Brinell, porque a relação ideal d/D da dureza Brinell sendo 0,375, para essa relação ideal, as tangentes à esfera, partindo dos cantos da impressão, fazem entre si um ângulo de 136º.

Como podemos observar, a impressão deixada no material

tem a forma de um losango.

A forma da impressão é um losango regular, ou seja, quadrada, e pela média L das suas diagonais, tem-se, conforme a expressão seguinte, a dureza Vickers:

seguinte: AQHV sendo A= d2m/1.8544

onde 2

21 dddm resultando:

mdQHV 2

8544.1



Utilizamos o ensaio de dureza Vickers quando a determinação de dureza precisa ser exata.

Devido a sua versatilidade, é largamente empregado quando se trata de materiais leves ou

temperados e tratados termoquimicamente.

Como a impressão é pequena, é possível ensaiar laminas de pouca espessura e peças

acabadas, sem com isso causar danos às superfícies.

A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por meio de um microscópio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da base da pirâmide.

O valor de dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada

(F) pela área de impressão (A) deixada no corpo ensaiado. E esta expressa nas fórmulas acima.

Representação do resultado do ensaio

A dureza Vickers é representada pelo valor de dureza, seguido do símbolo HV e de um número que indica o valor da carga aplicada.

A representação 440 HV 30 indica que o valor da dureza Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf.

O tempo normal de aplicação da carga varia de 10 a 15 segundos. Quando a duração da

aplicação da carga È diferente, indica-se o tempo de aplicação após a carga. Por exemplo, na

representação: 440 HV 30/20, o último número indica que a carga foi aplicada por 20 segundos.

A realização do ensaio Vickers requer, entretanto, algumas condições:



Por outro lado, devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicação de carga, que alteram muito os valores reais de dureza.

A preparação do corpo de prova para microdureza deve ser feita, obrigatoriamente, por

metalografia, utilizando-se, de preferência, o polimento eletrolítico, para evitar o

encruamento superficial.

Quando se usam cargas menores do que 300 gf, pode haver recuperação elástica,

dificultando a medida das diagonais. A maquina de dureza Vickers requer aferição constante, pois qualquer erro na velocidade de

aplicação da carga traz grandes diferenças nos valores de dureza.

Ensaio de dureza Rockwell:

A dureza Rockwell consiste em fazer penetrar um cone de diamante ou uma esfera de aço no material que vai ser submetido a ensaio. A leitura da dureza é feita, de forma rápida e direta, Esse relógio transforma a medida da penetração em cifras unitárias de dureza Rockwell. O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta, subtraída da recuperação elástica devida à retirada de uma carga maior e da profundidade causada pela aplicação de uma carga menor. Os penetradores utilizados na dureza Rockwell

são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante, também chamado de penetrador-Brale, tendo as arestas do cone 120º). Com qualquer desses penetradores, a carga menor é então aplicada para fixar bem o corpo de prova.

Existem vários tipos de ensaios Rockwell. Os mais comuns,

entretanto, são denominados Rockwell B e Rockwell C, que nos

aparelhos medidores correspondem às escalas vermelha e preta.

Essas escalas de dureza Rockwell são arbitrárias, porém baseadas na

profundidade da penetração e são designadas por letras (A, B, C, etc.),

as quais devem sempre aparecer após a sigla HR para diferenciar e

definir a dureza. O número de dureza obtido correspondente a um valor adimensional, ao

contrário da dureza Brinell.



O ensaio Rockwell B utiliza como corpo penetrador uma esfera de aço temperado, com diâmetro de 1/16 de polegada e uma carga final de 100Kg.

Emprega-se o penetrador de esfera 1/16 de polegada para materiais cuja dureza oscile entre 0 e 100 na escala Rockwell B.

O ensaio Rockwell C utiliza um penetrador chamado brale. Consiste em um cone de diamante

com um ângulo de 120º e com raio de 0,2 mm. A carga final empregada para realizá-lo é de 150

Kg.

Utiliza-se o penetrador braile para materiais cuja dureza oscile entre 20 e 80 da escala

Rockwell C.

Tanto no ensaio Rockwell B, como no Rockwell C, após a leitura da carga nominal, retira-se

a carga suplementar e faz-se a leitura do aparelho.



As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em função do tipo de penetrador e do

valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf e

a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf.

A dureza Rockwell comum emprega várias escalas independentes umas das outras, que dependem da penetração. Um número alto de dureza corresponde a uma pequena profundidade da impressão e um número baixo, a uma impressão profunda. Por isso, as escalas da máquina são invertidas para se ler o valor de dureza diretamente. As escalas cobrem toda a gama de dureza encontrada nos metais.

Na tabela abaixo são dadas as escalas usadas com o tipo de penetrador, as cargas maiores e

algumas aplicações de cada escala. A pré-carga da dureza Rockwell comum é sempre de 10

kgf.



PARTE PRÁTICA

Foram utilizados no ensaio corpos de provas diferentes para cada um dos tipos

acima descritos em ordem:

Ensaio Brinell:

1. Foi utilizado um penetrador de esfera com diâmetro de 2,5 mm; 2. Corpo de prova em latão; 3. Aplicada uma pré-carga de 62,5 kgf; 4. Duração do ensaio de 15 segundos, sendo obtidos os resultados:

Ensaio Vickes:

1. Foi utilizado um corpo de prova de aço cromo-vanadium; 2. Duração do ensaio de 15 segundos; 3. Carga aplicada de 50 kgf

Horizontal

(mm)

Vertical

(mm) HB

Dureza no ponto

0,763 0,775 0,770-

62,5 131,5

1º

diagonal

2º

diagonal média HV Dureza no

ponto 0,3944 0,3944 0,394-50 597



Ensaio Rockwell:

1. Corpo de prova de aço 52100, aço ferramenta; 2. Pré-carga aplicada de 10 kgf; 3. Carga máxima de 150 kgf, sendo subtraído os 10 kgf iniciais; 4. Duração do ensaio de 15 segundos;

BIBLIOGRAFIA:

Apostila Controlador de Medidas, Mecânica, SENAI-SP;

Callister Jr, W.D., Materials Science and Engineering - An Introduction, J. Wiley & Sons, 1994.

Chiaverini, V. Tecnologia mecânica: estrutura e propriedades das ligas metálicas. São

Paulo: Makron Books do Brasil Editora Ltda. 2a. ed., v. 1, 2, 3, 1994.

Web site: bibvirt.futuro.usp.br/acervo/matdidat/tc2000/tecnico/ensaios/ensaios.html

Medidas HRc Faixas HRc

Centro da peça 43

Extremo da peça 53

Meio do raio 47

Entre 43-53

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