Ensaios Mecânicos

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

PRÓ-REITORIA DE ENSINO DE GRADUAÇÃO

RELATÓRIO ENSASIO DE DUREZA

Disciplina:

EM23 – ENSAIOS MECÂNICOS DE MATERIAIS

Professor: Drª. VANESSA MOTTA CHAD

Curso: BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Departamento/Curso de Origem: ICAT/ Eng. Mecânica

Carga Horária: 60 horas

Período Letivo: 2014/1

Turno: INTEGRAL

Semestre/Ano: 3º SEMESTRE

Lista de Integrante(s)

Nome do Aluno RGA Assinatura

Alexandre Ary Cáceres 201311631012

Leandro Agueiro Ferreira 201311631009

RONDONÓPOLIS - MT, 28 DE NOVEMBRO DE 2013

NOTA:

2

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 3

2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................................................................. 4

2.1 Ensaio de Dureza Rockwell ............................................................................................. 4

2.2 Ensaio de Microdureza Vickers ....................................................................................... 6

2.3 Densidade ......................................................................................................................... 8

3 RESULTADOS ..................................................................................................................... 10

3.1 Identificação das amostras ............................................................................................. 11

3.2 Análise da amostra B ...................................................................................................... 11

4 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 14

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 15

3

1 INTRODUÇÃO

O relatório consiste na análise das amostras A,B,C e D(metais não identificados) a partir de

métodos de ensaios de dureza e microdureza com medidas Rockwell e Vickers posteriormente

convertido para medida Brinell.

Foram utilizados 2 equipamentos exclusivamente para este tipo de necessidade, um com uma

configuração para medida Rockwell com penetrador de diamante e outro configurado para me-

dição de microdureza Vickers também com penetrador de diamante.

Além das análises de dureza, também foi feita uma medida de densidades com uma balança

especial que mede a massa seca (ao ar) e molhada (submersa em liquido, normalmente água),

com a junção de todos os dados de dureza e densidade, a porcentagem de acerto de qual material

cada amostra representa é mais de 90%.

É muito importante o cuidado com o manuseio tanto dos equipamentos quanto dos materiais,

pois, qualquer erro ou descuido pode prejudicar as amostras ou até mesmo uma falha nos equi-

pamentos que por sua vez são muito caros e sensíveis. É necessário um ambiente totalmente con-

trolado para utilizar a balança de precisão, pois, qualquer vibração próxima ou uma superfície

irregular pode ser o suficiente para o equipamento apresentar erro de cálculo.

4

2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

2.1 Ensaio de Dureza Rockwell

Como as amostras a serem ensaiadas são desconhecidas é necessário q comece a partir da

escala maior, por isso adotou-se inicialmente a escala Rockwell C, que emprega o penetrador de

diamante que é o indentador correspondente a escala. Esta decisão foi necessária pois se o pene-

trador de aço temperado que é utilizado em outras escalas,e apresentar dureza inferior à da amos-

tra, ele poderia ser danificado. Após a definição da escala, procedeu-se para a fixação do pene-

trador no equipamento e realizando a configuração da escala a ser utilizada logo em seguida rea-

lizar a seleção manual da carga pela manivela na lateral do equipamento para 150 kgf.

Partiu-se então para a fixação da amostra no equipamento através do ajustamento manual da

base(girar no sentido horário) para que logo em seguida realizar a aplicação da pré-carga. A apli-

Equipamento de ensaios de dureza Rockwell

Painel de controle do equipamento de ensaio de dureza Rockwell

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cação da pré-carga é necessária para eliminar a ação de eventuais defeitos superficiais e ajudar

na fixação da amostra no suporte, além de causar uma pequena deformação permanente, elimi-

nado possíveis erros causados pela deformação elástica.Por ser uma operação manual, deve ser

cautelosa, o visor do equipamento indica por meio de setas o quanto de pré carga será necessária,

cabendo ao usuário observar até que ponto deve girar a base. Quando a quantidade de pré carga é

ultrapassada, que para a dureza Rockwell comum é de 10 kgf, o equipamento indica erro emitin-

do sinal sonoro e deve-se iniciar um novo ensaio. Uma nova penetração na amostra deve ter dis-

tância de no mínimo três vezes o diâmetro da impressão para evitar interferência entre elas.

Quando o resultado do ensaio fica fora do intervalo esperado para a escala selecionada, é

uma evidencia de que a escala usada não é recomendada para tal material. Ao realizar o primeiro

ensaio na escala Rockwell C em cada amostra, foram obtidos resultados fora do intervalo reco-

mendado pela literatura (entre 20 e 70), o que resultou na mudança de escala para Rockwell B.

Após a mudança do penetrador para esfera de aço temperado, da escala no equipamento e

foi feito o ajuste manual da carga na manivela na lateral do aparelho para 100 kgf e procedeu-se

para a sequência de ensaios.

Ensaios das amostras B e D

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Ensaios das amostras D e A

2.2 Ensaio de Microdureza Vickers

Os procedimentos para o ensaio se iniciam no posicionamento da amostra na base,e na sele-

ção da lente do equipamento, rotacionando a parte superior.O ajuste do foco é realizado manu-

almente ao girar a base. Após o ajuste, procurou-se o melhor posicionamento possível da amos-

tra girando as duas agulhas que movimentam latitudinal e longitudinalmente o suporte em que se

encontra o objeto ensaiado. É preciso muito cuidado para que a lente não toque na amostra para

evitar danos na lente e para que a amostra não se mova durante a rotação no momento de seleci-

onar o penetrador.

Como a microdureza Vickers não trabalha com escalas, não é necessário fazer nenhum ajus-

te digital na máquina, portanto após os ajustes iniciais só é necessário pressionar o botão “OK”

para dar inicio ao ensaio.

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Após a aplicação da carga de 9,8 N durante 10 segundos, no visor do equipamento foram so-

licitadas as medidas d1 e d2 das diagonais do losango regular impresso na amostra. Atuando so-

bre os parafusos micrométrico de modo que o vértice inferior do losango assente sobre uma das

linhas da escala e com o vértice superior coincidente com a linha horizontal

O aparato de medição funciona colocando-se duas linhas tangentes a uma diagonal do lo-

sango, e na posterior leitura da medida. Digitou-se então a medida interpretada e repetiu-se o

processo para a medição da outra diagonal, que deve ser feita rotacionando o aparato de medição

no sentido anti-horário. Ao digitar as medidas d1 e d2 e pressionar o botão “OK”, o equipamento

apresenta a dureza da amostra.

Equipamento de ensaio de microdureza Vickers

Detalhes da impressão característica da microdureza Vickers

8

Analise de microdureza da amostra A.

2.3 Densidade

O ensaio de densidade é realizada utilizando-se uma balança de precisão juntamente com um

kit de medição de densidade, sendo esta obtida por meio da relação peso do sólido no ar (massa

seca) dividido pela diferença entre a massa seca e o peso do solido em um liquido de densidade

conhecida (massa molhada) vezes a densidade do líquido. O procedimento se deu inicio com a

calibração e da balança, em seguida encheu-se o béquer com água para que após o posiciona-

mento dos aparatos mostrados nas figuras abaixo a amostra ficasse imersa no mínimo um centí-

metro.

9

Em seguida clicar no botão menu, selecionar densidade clicar em Print,achar a opção: densi-

dade de sólidos, Print novamente, digitar a densidade do liquido (1 g/cm3 para a água). Foi soli-

citado então o peso da amostra no ar, sendo necessário o posicionamento da mesma na parte su-

perior do cesto de pesagem. Após o surgimento do símbolo de estabilidade, clicou-se no botão

print para que a balança registrasse a informação. O mesmo processo foi repetido para a posteri-

or solicitação do peso da amostra no líquido, neste caso posicionou-se a amostra na parte inferior

do cesto de pesagem, ficando imersa em água. Após registrar o peso no líquido, o equipamento

exibe na tela o resultado final da densidade do material. Caso houver qualquer influencia como

vibrações externas,ruídos e forte ventilação pode comprometer o ensaio apresentando valores

inválidos.

Montagem dos aparatos Montagem dos aparatos na

balança

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3. RESULTADOS Os resultados na tabela a seguir correspondem a todas as medições feitas nas aulas, e portan-

to são totalmente consideráveis.

Utilizando os dados das amostras com massa seca e molhada, utiliza-se a equação citada a

cima na apresentação da balança para a obtenção da densidade, com isso, tem-se uma tabela

com as densidades a seguir:

Dureza Rockwell

A 42.7 42.4 43.3 44.6 43.8 43.3 44.1 43.4 45.1 44.1 44.5 44.8 B 102,6 103 103,8 103,9 103,9 104,8 106,3 106,9 107,2 107,9 114 124,3

C 87.6 87.6. 87.9 88.4 88.5 88.9 88.8 88.5 88.2 88.8 88.2 87.8 D 52,2 54,4 66,7 67,9 68 70,3 71,3 75,7 79 83,7 85,5

Amostra A - Rockwell

Amostra B - Rockwell

Média 43,84

Média 106,17

Desvio Padrão 0,791565

Desvio Padrão 2,29

Amostra C - Rockwell

Amostra D - Rockwell

Média 88,27

Média 70,77777778



Microdureza Vickers

A 97.7 110.6 101.8 79.5 104.0 113.6 181.1 171.4 167.4 175.6 174.4

B 198,1 202,3 216,7 231,5 236,8 238,1 240,8 242,2 246,9 249,3 249,3

C 167,4 171,4 174,4 178,4 175,6 176,8 178,2 181,1 182,7 183,6 183,6 187,3

D 273,3 286,2 288,3 292,5 292,2 299 300,9 304,8 305,2 314,8 327,5 334,1

Amostra A - Vickers

Amostra B - Vickers

Média 134,2818182

Média 233,8444444



Amostra C - Vickers

Amostra D - Vickers

Média 178,22

Média 301,54



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3.1 Identificação das amostras

Com os dados obtidos e calculados devidamente, as especulações visuais tornaram-se respos-

tas concretas, assim foi constatado que as amostras são:

Contudo a amostra D foi a mais complicada para se obter a densidade, pois, o equipamento

não conseguia fazer as medições imediatas por influência das condições do meio (vibrações in-

desejadas), assim tendo que ser repetido o ensaio varias vezes até a obtenção de seus valores.

3.2 Análise da amostra B

Após todos os dados serem coletados foram feitas algumas analises seguindo uma linha de

experimentos para a conclusão do relatório.

Utilizando uma tabela padronizada de conversões de dureza, foi convertido os dados da

amostra B com a média inicialmente medida com dureza Rockwell para a dureza Brinell , assim

ficando :

106,17 (Rockwell) = 294 ( Brinell)

O ferro (amostra B) bruto necessita de alguns tratamentos antes de ser comercializado. São

feitas algumas etapas para sua manipulação. O ferro ao derreter-se se deposita no fundo do alto

forno. A este ferro dá-se o nome de ferro-gusa ou simplesmente gusa. Uma vez resfriado o ferro

gusa é retirado da lingoteira e recebendo o nome de lingote de ferro gusa.

A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta

forma, é usado apenas na confecção de peças que não passarão por processos de usinagem.

Após a espera tem-se uma segunda fusão para obtenção do ferro fundido. É uma liga de ferro

- carbono que contém de 2 a 4,5% de carbono. O ferro fundido é obtido diminuindo-se a porcen-

tagem de carbono do ferro gusa.

O aço liga que é formado essencialmente por ferro e uma porcentagem inferior a 0.16% de

carbono . Assim com propriedades mecânicas típicas, segundo um resfriamento no forno. Na

categoria dos aços de baixo carbono pode-se considerar o ferro comercialmente puro, cujo tipo

mais comum é o chamado “ferro Armco”.

Limite de escoamento ------------------------------18,0 a 22,5 kgf/mm2 (180 a 225 MPa)

Densidades (g/cm³)

A 2,7148 B 7,8836

C 4,5377 D 8,75316

Amostras

A Alumínio

B Ferro(aço-carbono)

C Titânio

D Níquel

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Limite de resistência à tração --------------------- 29,5 a 35 kgf/mm2 (285 a 340 MPa)

Alongamento ---------------------------------------- 22% a 28% (até 40%)

Estricção --------------------------------------------- 65% a 78%

Dureza Brinell --------------------------------------- 82 a 110

Depois de todos os tratamentos necessários do ferro, é possível ver a diferença nas durezas

convertidas e não convertidas. Apesar da grande diferença de valores, o mesmo material com

tratamentos diferentes tem muita utilização no mercado.

O ferro fundido é usado como carcaças ( bloco do motor e estrutura de máquinas industriais),

e tem um fácil manuseio por ter um preço mais em conta. Já o aço-liga (ferro com uma porcenta-

gem muito pequena de carbono) tem muitas características:

a) aumentar a dureza e a resistência mecânica;

b) conferir resistência uniforme através de toda a secção em peças de grandes dimensões;

c) diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência), de modo a reduzir a inércia de uma

parte em movimento ou reduzir a carga-morta em um veículo ou numa estrutura;

d) conferir resistência à corrosão;

e) aumentar a resistência ao calor;

f) aumentar a resistência ao desgaste;

g) aumentar a capacidade de corte;

h) melhorar as propriedades elétricas e magnéticas.

A literatura específica fornece tabelas e fórmulas de conversão entre as durezas Brinell e

Rockwell. Utilizando a fórmula, substituímos os valores de ∆P pela diferença entre as cargas

aplicadas, que para a escala Rockwell B é de 90 kgf, o valor de HRB como sendo a média dos

valores de dureza apresentados anteriormente e C1 e C2, que são os valores tabelados dos coefi-

cientes de conversão, sendo respectivamente 130 e 500 para escala Rockwell B, obtém-se o valor

de 378,52 HB.

Fórmula de conversão de dureza Rockwell para Brinell.

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Utilizando a tabela de conversão disponível podemos observar que o valor médio da dureza

Rockwell (106,17 HRB) convertido para dureza Brinell é de 294 HB. Comparando o valor con-

vertido (378,52 HB) com o valor estimado (293 HB) os valores obtidos possuem uma grande

diferença, isso mostra que as conversões utilizando a tabela e a fórmula não apresenta uma preci-

são considerável, apesar que fatores como o material da amostra e a carga utilizada no teste in-

fluencia nos valores obtidos. Algumas fórmulas foram desenvolvidas para tentar aumentar a pre-

cisão dos resultados convertidos, contudo da mesma forma não é aconselhável aplicar valores

obtidos em conversões em situações que necessitem de precisão, a utilização do método de con-

versão é mais recomendado para realizar comparações.

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4. CONCLUSÃO

Foi possível concluir que todos os objetivos propostos inicialmente foram alcançados.

Houve a possibilidade de desenvolver a parte prática dos ensaios de dureza Rockwell e Vickers

aprendidos na sala de aula, proporcionando também experiência com as atividades laboratoriais

para tais ensaios. Da mesma forma também foi possível praticar a metodologia para a identifica-

ção de amostras de material desconhecido, utilizando os valores de dureza obtidos nos ensaios e

os valores das densidades aferidos com o uso da balança de precisão.

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5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA

Ensaio de dureza Brinell disponível em:http://pt.slideshare.net/KLELTON/ensaio-dureza-brinell

Tabela de conversões disponível em:http://metalurgicavera.com.br/produtos/TABELA-DE-

CONVERSAO-DE-DUREZAS.php

Características aço-carbono disponível em:http://www.infomet.com.br/acos-e-ligas-conteudo-

ler.php?cod_tema=9&cod_secao=10&cod_assunto=40&cod_conteudo=25

Apostila sobre materiais metálicos disponível

em:http://www.abraman.org.br/Arquivos/16/16.pdf

Valores de densidade de materiais disponível em:

http://www.euroaktion.com.br/Tabela%20de%20Densidade%20dos%20Materiais.pdf

GARCIA, Amauri. Ensaio dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científi-

cos, 2000.

SOUZA, Sérgio A. de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos: Fundamentos Teóricos e

Práticos. 5ª edição. São Paulo: Edgard Blücher, 1982.

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