Ensaio de dureza



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Ensaio de dureza
Para mecânica  resistência à penetração de um material duro em outro.

Para usinagem  é a resistência ao corte de um metal.

Para mineralogistas  é a resistência ao risco de um material.

Para metalurgia  dureza  resistência à deformação plástica.

Assim  material com grande resistência à deformação permanente também terá alta resistência ao desgaste, alta resistência ao corte e será difícil de ser riscado  será duro!!!!

1Tipos de dureza

1.1Dureza ao risco


Vários materiais podem ser organizados de acordo com a capacidade de riscarem uns aos outros  escala de Mohs (1822)  10 minerais agrupados da ordem da capacidade de serem riscados.

  • mais macio  mineral talco  dureza ao risco 1

  • mais duro  diamante  dureza ao risco 10

Esta escala não é conveniente para os metais!!!!!

1.2Dureza dinâmica


Uma esfera é lançada contra uma superfície e a dureza é expressa como energia de impacto.Medidor de dureza Shore mede a dureza dinâmica em função da altura do rebote da bilha.

1.3Dureza à penetração


Para os metais, é uma medida da resistência à deformação plástica ou permanente.

1.3.1Dureza Brinell


Em 1900  J.A. Brinell  O ensaio foi muito aceito, porque permite relacionar o valor de dureza com a resistência à tração.

Ensaio  ver Figura 1!



Figura 1 – Desenho esquemático da dureza Brinell.

Ensaio  comprimir uma esfera de aço (diâmetro D) duro contra a superfície plana e limpa de um metal com uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d.

Dureza Brinell – Representada pelas letras HB (hardness Brinell).

; onde:

F = Carga aplicada e AC = área da calota esférica

AC = Dp; onde p = profundidade da calota.

Fazendo-se as devidas substituições:



Contudo, p não é muito fácil de ser determinado. Então, faz-se uma relação entre p e d, resultando em:



Assim, a dureza é expressa em unidades de Kgf/mm2 (1Kgf/mm210N/mm210MPa).

Contudo, usa-se somente o número e HB. Ex.: 100HB.

Os cálculos são dispensados no dia a dia, através do uso de uma tabela, onde estão dispostos os valores de d e da dureza HB.



Brinell padrão:

Carga=3000Kg e D=10mm



Método de ensaio:

Aplica-se a carga por um tempo padrão (normalmente por 30 segundos) e o diâmetro da impressão é medido por um microscópio de baixa ampliação. Deve-se fazer duas leituras de d perpendiculares entre si. A superfície deve ser relativamente lisa e isenta de sujidades e película de óxidos. Contudo, para metais muito macios, a carga de 3000Kg seria muito alta. Para diminuir a carga, devemos também mudar o diâmetro do indentador para que se produza indentações geometricamente similares.

Carga  deve ser tal que 0,25

Na prática, deve se usar o fator de carga.

Fator de carga=

Exemplo: fator de carga igual a 30, para aços e ferros fundidos, com dureza na faixa de 90 a 415HB. O fatores de carga para alguns materiais de engenharia estão apresentados na Tabela 1.





Tabela 1 – Fatores de carga de alguns materiais metálicos de engenharia.

Observação: O D é função da espessura do corpo de prova ensaiado. Espessura mínima igual a 17 vezes a profundidade da calota.



Vantagens do Método Brinell:

- Adequado (produz grandes calotas na peça, quando D=10mm) para materiais compostos por mais de uma fase (valores de dureza discrepantes), como os ferros fundidos.

- Existe a possibilidade de se estimar a resistência à tração a partir da dureza Brinell, aplicando-se a seguinte equação:

ou

- Baixo custo de equipamento



Desvantagens do método Brinell:

- Só é possível se medir a dureza de materiais de média dureza, isto é, até no máximo 500Hb, caso contrário a esfera pode sofrer deformação plástica.

- Existe a necessidade de um acabamento superficial mínimo.

- É sujeito a erros de medição.

- A impressão sendo muito grande pode inutilizar a peça.


  • Não se presta para materiais que sofreram algum tipo de tratamento de superfície.

1.3.2Dureza Rockwell


Início do século XX  muitos progressos na determinação da dureza.

1922  Rockwell  ensaio de dureza com pré-carga.

Progressos  possibilidade de avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais macios até os mais duros. Contudo, também apresenta limitações.

Dureza Rockwell  a mais utilizada no mundo, pelas seguintes razões:



  • rapidez

  • facilidade de execução

  • isenção de erros humanos

  • pequeno tamanho de impressão

Indentadores utilizados  esférico (aço com elevada dureza) ou cônico (com e de diamante com 120o de conicidade).



Figura 2 – Esquema representando o ensaio de dureza Rockwell.

Leitura do valor de dureza Rockwell  diretamente em um registrador.

Indentador cônico  leitura na escala externa (preta).

Indentador esférico  leitura na escala interna (vermelha).

Obs.: O valor indicado na escala do mostrador (dureza Rockwell) corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, de forma que uma impressão profunda corresponde a um valor baixo na escala e uma impressão rasa corresponde a um valor alto na escala.

Obs.: O número de dureza Rockwell, ao contrário das dureza Brinell e Vickers, que têm unidades de Kgf/mm2, é puramente arbitrário.

A dureza Rockwell é dependente da carga e do penetrador, de forma que se torna necessário especificar a combinação que é usada. Isto é feito com uma letra indicativa. A pré-carga é de 10Kgf e as cargas possíveis são de 60, 100 e 150Kgf.

Obs.: As escalas não têm relação entre si, de forma que não faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaios de dureza Rockwell, utilizando-se escalas diferentes. O quadro da Tabela 2 mostras as principais escalas do método Rockwell.

A profundidade que o penetrador vai atingir é importante para se definir a espessura mínima do corpo de prova, sendo que esta deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador.

A profundidade do penetrador (P em mm) não é possível ser medida, mas se pode estimar através das seguintes relações:

P= 0,002 x (100-HR)  diamante

P= 0,002 x (130-HR)  esférico



Desvantagens:

  • Não é uma escala contínua de dureza. Funciona para faixas de dureza.

  • O valor de HR não tem relação com a resistência à tração dos materiais ensaiados.

Tabela 2 Diferentes escalas de dureza Rockwell.


1.3.3Dureza Vickers


Ensaio de dureza Vickers  resistência à penetração de uma pirâmide de base quadrada e ângulo entre faces de 136o (ver Figura 3), sob uma determinada carga.

Tempo de aplicação de carga de 30 segundos.

HV  Kgf/mm2

Assim, pode-se também estimar a resistência à tração do material, usando-se a mesma relação apresentada na dureza Brinell.

Cargas  podem ser de qualquer valor. Valor de dureza é independente da carga usada!!

Cargas de 1 a 120Kg são usadas, sendo que a carga ideal é função da dureza do material.





Figura 3 – Indentador de dureza Vickers.

Valores de Hv de 5 a 1500 podem ser obtidos.



Vantagens:

Desvantagens

  • Necessidade de preparação cuidadosa da superfície

  • Processo lento

  • Sujeito a erros do operador


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