Ensaios de Dureza

Disciplina: Ensaios dos Materiais

Professores: Dr. Cleber Santiago Alves

Marcelo Jos Alba

Introduo

A palavra dureza pode ter vrios significados:

Na Metalurgia considera-se dureza como a resistncia deformao plstica permanente;

Na Mecnica a resistncia penetrao de um material duro no outro.

A dureza define-se como sendo a resistncia que um material oferece a sofrer uma deformao plstica na sua superfcie.

Introduo

Interesse do conhecimento da dureza:

1.Conhecimento da resistncia ao desgaste;

2.Conhecimento aproximado da resistncia mecnica atravs do uso de tabelas de correlao;

3.Controle de qualidade de tratamentos trmicos;

4.Controle de qualidade em processos de conformao plstica e em processos de ligao.

Introduo

1 Vantagens:

Rapidez de execuo;

Baixo custo dos equipamentos envolvidos.

2 Mtodos de medio:

Risco (escala de dureza de MOHS);

Ressalto (mtodo SHORE);

Penetrao (BRINNEL, VICKERS, ROCKWELL).

Introduo

Dureza Mohs

Dureza por Rebote Shore

Definio: uma medida da capacidade que o material apresenta em absorver a energia cintica de um corpo que se choca com a superfcie.

Domnio de aplicao:

Cobre toda a gama de dureza dos metais;

Limitaes:

Deve ser executado com o tubo perfeitamente vertical; Muito sensvel ao acabamento superficial; Medies em peas pouco espessas so sensveis ao tipo de apoio; Peas pouco espessas ou de baixa rigidez podem entrar em vibrao com o impacto.

Dureza por Penetrao

Cuidados importantes:

Perpendicularidade entre a fora e a superfcie da pea;Aplicao lenta da carga;Preparao correta da superfcie;Tempo de espera aps aplicao da carga antes da descarga (fenmeno de fluncia transitria).

Dureza por Penetrao - BrinellMTODO BRINELL (ANO 1900)

Penetrador esfrico esfera de ao, CW

A geometria do penetrador s garante proporcionalidade entre os incrementos de carga e os incrementos de rea da calota.

Verifica-se que vlida a relao (fator de carga):

(1900, J. A. Brinell). Existe uma relao entre os valores obtidos no ensaio e os resultados deresistncia trao.

Consiste em comprimir lentamente uma esfera de ao

temperado, de dimetro D, sobre uma superfcie plana,

polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F,

durante um tempo t, produzindo uma calota esfrica de

dimetro d.

P = prof. de impresso (da colota)

A dureza Brinell (HB) a relao entre a carga aplicada (F) e a rea da calota esfrica impressa

no material ensaiado (Ac).

Ac = pi.D. p

Muito pequeno, difcil medio

Dureza por Penetrao - Brinell

Dureza por Penetra - BrinellEXEMPLO: Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou uma esfera de 2,5 mm de dimetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas dos dimetros de impresso foram de 1 mm. Qual a dureza do material ensaiado?

Os clculos anteriores so dispensveis, se voc dispuser de uma tabela apropriada.

Dureza por Penetrao - Brinell

Vantagens:

Econmico;Baixo tempo de preparao das superfcies;nico possvel para materiais pouco homogneos.

Desvantagens:

No linearidade carga -impressoDureza mxima admissvel baixa.

Apresentao do resultado da medio:

Ensaio em outras condies: 120 HB /5/250/30dureza Brinell de 120 HB; o dimetro da esfera de 5 mm; a carga aplicada de 250 kgfe durao do ensaio de 30 segundos

O nmero de dureza Brinell deve ser seguido pelo smbolo HB, sem qualquer sufixo,sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga durante 15segundos. Exemplo 90 HB.

Dureza por Penetrao - BrinellCorrelao entre a dureza Brinell e o limite de resistncia trao

Distncias mnimas

Dureza por Penetrao - BrinellO ensaio padronizado, proposto por Brinell, realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10

mm de dimetro, de ao temperado. Porm, usando cargas e esferas diferentes, possvel

chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condies:

F (CARGA) 0,25.D < d < 0,5.D , ideal d = 0,375.D

Para obter o dimetro de impresso dentro do intervalo anterior, deve-se manter constante a

relao entre a carga (F) e o dimetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a

relao

Fator de carga

Para padronizar o ensaio, fatores de carga foram fixados. O quadro a seguir mostra os

principais fatores de carga utilizados e as respectivas faixas de dureza e indicaes do

material.

Dureza por Penetrao - BrinellFatores de carga padronizados de acordo com a faixa de dureza e o tipo de material.

O dimetro da esfera determinado em funo da espessura do corpo de prova ensaiado. No

caso da norma brasileira, a espessura mnima do material ensaiado deve ser 17 vezes a

profundidade da calota.

O quadro a seguir mostra os dimetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada

caso, em funo do fator de carga escolhido.

Dureza por Penetrao - Brinell

Uma empresa comprou um lote de chapas de ao carbono com a seguinte especificao:

espessura: 4 mm, dureza Brinell (HB): 180. Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de

dureza Brinell para confirmar se esto de acordo com as especificaes.

Essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm?

A espessura do material ensaiado (no mnimo) = 17.p

Calculando o valor de p.

De acordo com a tabela F/D2 = 30 (ao-carbono) F = 3000 kgf

180 = 3000 / pi.10.p p = 0,53 mm

Espessura mnima = 17 . 0,53 = 9,01 mm

Resposta:As chapas de 4 mm no podem ser ensaiadas com esfera de 10 mm.

Dureza por Penetrao - Brinell

A esfera de 10 mm produz grandes calotas na pea. Por isso a mais adequada para medir

materiais heterogneos, que tm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito

discrepantes (ferros fundidos, bronzes etc);

Esferas de dimetros menores produziriam calotas menores e, no caso de materiais

heterogneos, poderia ocorrer de se estar medindo a dureza de apenas uma das fases. Com

isso, o valor de dureza seria diferente do esperado para o material.

Representao dos resultados obtidos

O nmero de dureza Brinell deve ser seguido pelo smbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre quese tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga durante 15 segundos. Exemplo 90 HB.

Ensaio em outras condies: 120 HB /5/250/30dureza Brinell de 120 HB; o dimetro da esfera de 5 mm; a carga aplicada de 250 kgf e durao do ensaio de 30 segundos

Dureza por Penetrao - Vickers

MTODO VICKERS (ANO 1929)

Caractersticas:Utiliza um penetrador de diamante, o que torna o ensaio aplicvel a todos os tipos de materiais;A rea da impresso proporcional fora aplicada, o que torna o ensaio insensvel fora aplicada.

Dureza por Penetrao - Vickers

Foras aplicveis:

De 1 at 120kgf em macradurezasDe 10 a 1000g em microdurezas

Baixas foras aplicadas

Diminuem o risco de danificao do penetrador

Exigem instrumentao de leitura mais correta e melhor preparao da amostra

Dureza por Penetrao - VickersVantagens:

Escala contnua; Grande preciso de medida (deformao nula do penetrador); Possibilidade de fazer impresses muito pequenas; Possibilidade de medir durezas em todos os materiais.

Desvantagens:

Regulao de velocidade mais crtica (mais moroso); Superfcie muito mais cuidada (maiores ampliaes); Ensaio globalmente menos econmico.

Apresentao do resultado da medio:

Exemplo:540 HV 20/20

Dureza por Penetrao - Rockwell

MTODO ROCKWELL (ANO 1924)

ENSAIO ROCKWELL NORMALBaseia-se no princpio da impresso;A varivel de medida a penetrao;No existe sistema ptico, mas sim um comparador.

Dureza por Penetrao - Rockwell

Dureza por Penetrao - Microdurezas

Microdurezas

A microdureza utiliza foras de ensaio bastante baixas, geralmente, inferiores a 1kgf.

Interesse:

Medio da dureza de microconstituintes;Dureza em peas de dimenses muito pequenas.

Knoop Vickers

Dureza por Penetrao - Microdurezas