Ministrio da Educao Secretaria de Educao Profissional

e Tecnolgica

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA MECNICA E MATERIAIS

CURSO TECNICO DE MECNICA

2009

Ao superduplex SAF 2507 Laboratrio de Metalografia

Professoras: Maria Dorotia Costa Sobral Dilcian Gomes Ribeiro de Oliveira

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A apostila uma compilao de textos, alguns com pequenas modificaes, da bibliografia recomendada, e no substitui os livros. Bibliografia Recomendada A bibliografia denominada de bsica pode ser encontrada na Biblioteca do IFBA. Os trs volumes do Chiaverini, Tecnologia Mecnica [1] contm todo o assunto estudado em Tecnologia dos Materiais, exceto a parte referente prtica de Metalografia, que pode ser encontrada no livro de Colpaert [4]. O livro que melhor explica os ensaios mecnicos o livro de Souza [5]. O livro de Remy [6] foi escrito em linguagem mais simples, mas a norma utilizada a alem (DIN) e no a que usada no Brasil (ABNT). Da lista da bibliografia complementar, os livros mais baratos so os do Telecurso 2000 da Editora Globo. Bsica 1. Souza, S. Augusto. Ensaios Mecnicos de Materiais Metlicos. Editora Edgard

Blutcher Ltda. 1982.

2. Chiaverini, Vicente. Tecnologia Mecnica. Vol. I, II e III. Ed. McGraw-Hill. 1986.

3. Chiaverini, Vicente. Aos e Ferros Fundidos. ABM. 1987.

4. Van Vlack, L. H. Princpios de Cincia e Tecnologia dos Materiais. Ed. Campus.

1970.

5. Colpaert, Hubertus, Metalografia dos produtos siderrgicos comuns. 1969.

6. Remy, A., Gay, M. e Gonthier, R. Materiais. Ed. Hemus.

7. Coutinho, Telmo de Azevedo. Anlise e Prtica Metalogrfica. Ed.

8. Fazano, Carlos Alberto T. V. A Prtica Metalogrfica. Ed.

9. Catlogos Tcnicos (diversos)

10. Costa e Silva, A. L. e Mei, P. R. Aos e Ligas Especiais. Villares Metals S. A. 1988.

Complementar

Higgins, R. A. Propriedades e Estrutura dos Materiais em Engenharia. Editora Difel. 1982.

Coutinho, C. Bottrel. Materiais Metlicos para Engenharia. 1992. Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos Materiais, Editora LTC.

2000.

Telecurso 2000, Apostila. Mecnica, Ensaios. Editora Globo. 1995 Telecurso 2000, Apostila. Mecnica, Materiais. Editora Globo. 1995. Telecurso 2000, Apostila. Tratamentos Trmicos e Tratamentos de Superfcie. Editora

Globo. 1995

Freire, J. M. Materiais de Construo Mecnica. L. T. C. 1983.

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PORQUE ENSAIAR? Como voc se sentiria se a chave que acabou de mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refratrio que a propaganda diz que pode ir do fogo ao freezer trincasse ao ser enchida com gua fervente? Ou ainda, se o seu guarda-chuva virasse ao contrrio em meio a um temporal? . Hoje em dia ningum se contenta com objetos que apresentem esses resultados. Mas por longo tempo essa foi a nica forma de avaliar a qualidade de um produto! Nos sculos passados, como a construo dos objetos era essencialmente artesanal, no havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lmina de ao, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo prprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse rpida quebra da ferramenta era o mtodo racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peas, ou seja, a anlise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto. O acesso a novas matrias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricao obrigaram a criao de mtodos padronizados de produo, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e mtodos de controle de qualidade dos produtos. Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa comear pela matria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produo, incluindo a inspeo e os ensaios finais nos produtos acabados. Nesse quadro, fcil perceber a importncia dos ensaios de materiais: por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornaro adequados ao seu uso. Que propriedades so essas, que podem ser verificadas nos ensaios? Para que servem os ensaios? Se voc parar para observar crianas brincando de cabo-de-guerra, ou uma dona de casa torcendo um pano de cho, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias numa cama elstica, ver alguns exemplos de esforos a que os materiais esto sujeitos durante o uso. Veja a seguir a representao esquemtica de alguns tipos de esforos que afetam os materiais.

Figura 1. Tipos de esforos a que esto submetidos os materiais.

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evidente que os produtos tm de ser fabricados com as caractersticas necessrias para suportar esses esforos. Mas como saber se os materiais apresentam tais caractersticas? Realizando ensaios mecnicos! Os ensaios mecnicos dos materiais so procedimentos padronizados que compreendem testes, clculos, grficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas tcnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto j fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situaes que simulam os esforos que eles vo sofrer nas condies reais de uso, chegando a limites extremos de solicitao. Onde so feitos os ensaios Os ensaios podem ser realizados na prpria oficina ou em ambientes especialmente equipados para essa finalidade: os laboratrios de ensaios. Os ensaios fornecem resultados gerais, que so aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condies adequadas. So exemplos de ensaios que podem ser realizados na oficina: Ensaio por lima - utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco. Quanto mais fcil retirar o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza e no corta, podemos dizer que o material duro. Ensaio pela anlise da centelha - utilizado para fazer a classificao do teor de carbono de um ao, em funo da forma das centelhas que o material emite ao ser atritado num esmeril. Por meio desses tipos de ensaios no se obtm valores precisos, apenas conhecimentos de caractersticas especficas dos materiais. As informaes servem de comparao entre os materiais.

Corpo de prova

Extensmetro

Garras de fixao

Cabeote mvel

Base fixa

Dinammetro

Figura 2. Mquina de Ensaios Universal.

Os ensaios podem ser realizados em prottipos, no prprio produto final ou em corpos de prova e, para serem confiveis, devem seguir as normas tcnicas estabelecidas.

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Imagine que uma empresa resolva produzir um novo tipo de tesoura, com lmina de ao especial. Antes de lanar comercialmente o novo produto, o fabricante quer saber, com segurana, como ser seu comportamento na prtica. Para isso, ele ensaia as matrias-primas, controla o processo de fabricao e produz uma pequena quantidade dessas tesouras, que passam a ser os prottipos. Cada uma dessas tesouras ser submetida a uma srie de testes que procuraro reproduzir todas as situaes de uso cotidiano. Por exemplo, o corte da tesoura pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo material por horas seguidas. Os resultados so analisados e servem como base para o aperfeioamento do produto. Os ensaios de prottipos so muito importantes, pois permitem avaliar se o produto testado apresenta caractersticas adequadas sua funo. Os resultados obtidos nesses testes no podem ser generalizados, mas podem servir de base para outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes. J os ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normas tcnicas estabelecidas, em condies padronizadas, permitem obter resultados de aplicao mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar. Propriedades dos materiais Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes construo de mquinas e estruturas, esto intimamente ligados aos materiais e s suas propriedades. Tomando como base as mudanas que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos: fsicas; qumicas. Se colocarmos gua fervente num copo descartvel de plstico, o plstico amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plstico continua com sua composio qumica inalterada. A propriedade de sofrer deformao sem sofrer mudana na composio qumica uma propriedade fsica. Por outro lado, se deixarmos uma barra de ao-carbono (ferro + carbono) exposta ao tempo, observaremos a formao de ferrugem (xido de ferro: ferro + oxignio). O ao-carbono, em contato com o ar, sofre corroso, com mudana na sua composio qumica. A resistncia corroso uma propriedade qumica. Entre as propriedades fsicas, destacam-se as propriedades mecnicas, que se referem forma como os materiais reagem aos esforos externos, apresentando deformao ou ruptura. Propriedades mecnicas As propriedades mecnicas constituem as caractersticas mais importantes dos metais para sua aplicao no campo da engenharia, visto que o projeto e a execuo das estruturas metlicas, quer mveis, quer fixas, assim como a confeco dos componentes mecnicos so baseados no seu conhecimento. As propriedades mecnicas definem o comportamento de um material quando sujeito a esforos mecnicos e correspondem s propriedades que, num determinado material indicam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforos que lhe so aplicados, sem romper ou sem que se verifiquem deformaes incontrolveis. Esses esforos mecnicos so os mais variados. Eles podem significar a aplicao de uma carga de modo lento e gradual; neste caso a natureza do esforo esttica, como trao, compresso, dobramento, toro etc. A aplicao da carga pode ser feita de modo repentino como o choque. Sua natureza dinmica. Finalmente os esforos podem ser repetidos, a carga variando repetidamente, seja em valor, seja em direo, como na fadiga. Para ter-se uma melhor viso do comportamento dos metais quando sujeitos a esses tipos de esforos - para o que se utilizam os chamados ensaios mecnicos necessrio definir com preciso alguns conceitos fundamentais.

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Definies Na determinao das propriedades mecnicas, aplicam-se cargas expressas em kgf. Como resultado dessa aplicao, ocorre uma distribuio interna de foras ou componentes de foras que pode resultar numa mudana na forma da pea submetida carga. Define-se tenso como a intensidade dessas foras, correspondendo, portanto, carga dividida pela seco transversal do corpo. A tenso expressa em kgf/mm2 ou MPa1. H trs tipos bsicos de tenses, em funo do tipo de carga aplicada:

Plano de tenso

Trao Compresso Cisalhamento

Figura 3. Tenses em funo da carga aplicada.

- tenso de trao, na qual h uma tendncia de separao do material em duas partes, em relao ao plano de tenso;

- tenso de compresso, que o inverso da trao; as partes do material adjacentes ao plano de tenso tendem a comprimir-se uma contra a outra;

- tenso de cisalhamento, em que as duas partes tendem a escorregar uma sobre a outra.

Matematicamente, h somente dois tipos de cargas ou de tenses, pois a compresso pode ser considerada como a verso negativa da trao. Deformao: a mudana dimensional que se verifica no material como resultado da carga aplicada. Exprime-se quase sempre em porcentagem. Contudo, na toro por exemplo, a deformao est relacionada com o ngulo de toro, expresso em radianos. Resistncia(strength): a carga ou tenso mxima suportada pelo material dentro de determinadas condies; por exemplo, resistncia elstica, resistncia carga mxima, resistncia ruptura, etc. Ductilidade: corresponde capacidade de um material poder ser deformado apreciavelmente antes de romper. O ao de baixo carbono, por exemplo, uma liga de grande ductilidade. Os materiais no dcteis so chamados de frgeis, sendo a fragilidade a caracterstica correspondente. Exemplo: ferro fundido cinzento. Dureza: ela , na realidade, uma medida de resistncia penetrao de uma ponta (esfrica, cnica ou piramidal constituda de material duro) oferecida pelo material do cdp; Mdulo de elasticidade: corresponde relao entre a tenso e deformao no regime elstico; uma medida da rigidez, pois quanto maior for, menor ser a deformao elstica para uma dada tenso aplicada, e assim se constitui num importante parmetro para o projeto do produto. Tenacidade: corresponde quantidade de energia necessria para romper um material, podendo, portanto, ser medida pela quantidade de trabalho por unidade de volume necessrio para levar o material ruptura sob a ao de carga esttica. A tenacidade pode ser expressa em Joules/m3.

1 1 MPa equivale a 0,102 kgf/mm2 ou 1 kgf/mm2 corresponde a 9,807 MPa

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Fadiga: as falhas de componentes metlicos em servio, na maioria das vezes, decorrem devido fadiga provocada por solicitaes cclicas. A fratura apresenta caractersticas frgeis e influenciada por diversos fatores como pontos de concentraes de tenses residuais e outros. Resistncia ao choque: a solicitao dinmica das peas metlicas por impacto um dos fatores que conduz a fratura tambm com caractersticas frgeis. Os ensaios de choque so padronizados nos ensaios Charpy e Izod. Resistncia fluncia: as solicitaes mecnicas podem provocar, a partir de uma determinada temperatura, a deformao plstica em funo do tempo tenso ou carga constante; essa propriedade fundamental para o projeto de componentes de mquinas e estruturas que devem operar em temperaturas elevadas. Coeficiente de segurana e tenso admissvel de trabalho. Ao projetar-se uma estrutura ou um componente mecnico, depois de conhecidas as tenses s quais as peas esto sujeitas, lana-se mo de um fator chamado fator de segurana, ou coeficiente de segurana pelo qual dividida a resistncia adotada para o material escolhido. O coeficiente de segurana , portanto, um nmero emprico pelo qual a resistncia do material dividida de modo a obter-se uma tenso conservadora, por assim dizer. O resultado desse quociente chamado tenso admissvel de trabalho. So inmeras as razes pelas quais a tenso de trabalho de um membro de uma estrutura ou de uma mquina deve corresponder a um valor inferior resistncia do material. Em primeiro lugar, os materiais de construo, em particular, os metais, tendem a deteriorar-se em servio, pela ao do meio ambiente. Em segundo lugar, ocorrem freqentes variaes na distribuio das tenses adotadas no projeto, alm de surgirem ocasionalmente sobrecargas. Em terceiro lugar, difcil garantir-se perfeio na fabricao de uma determinada pea metlica, alm de poderem ser introduzidas variaes de tenses adicionais no transporte, montagem e instalao da mquina ou da estrutura. Nessas condies, o comportamento do material pesquisado em laboratrios de ensaios mediante a determinao de suas propriedades em amostras pode divergir do seu verdadeiro comportamento na prtica. Os fatores ou coeficientes de segurana variam grandemente em funo do tipo de carga, do tipo de material e das condies de servio. Para materiais dcteis que se deformam antes de romper, os seus valores variam de 1,5 a 4. Para materiais frgeis quem rompem bruscamente, sem qualquer aparente deformao prvia, os coeficientes de segurana podem atingir valores de 5 a 8. Em resumo, os membros de mquinas e estruturas, principalmente quando sujeitos a cargas estticas, raramente rompem em servio graas ao coeficiente de segurana, a no ser que fiquem repentinamente sujeitos a uma carga acidental de considervel grandeza. No caso de partes mveis de mquinas, as falhas ocorrem mais freqentemente pela presena de cargas dinmicas ou cclicas.

Telecurso 2000, Ensaios. Ed. Globo, Cap. 1. Chiaverini, Vicente. Tecnologia Mecnica. V. I, Pearson Education, 1986, pp.84-87.

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EXERCCIO 1. O que so prottipos e para que servem? 2. Porque necessrio conhecer as propriedades mecnicas do material que ser usado

na fabricao de componentes mecnicos? 3. Explique o que um esforo esttico e um esforo dinmico. 4. Se o mdulo de elasticidade do alumnio de 7000 kgf/mm2, qual o valor em MPa? 5. O que tenso? 6. No dia a dia, aonde podemos observar um componente mecnico submetido a um

esforo de trao? 7. Como voc definiria resistncia trao? 8. Compare materiais dcteis com materiais frgeis em relao deformao sofrida

quando submetidos a um esforo esttico at que se rompam. 9. O que fadiga? 10. Porque a tenso admissvel de trabalho deve ser menor do que resistncia do

material? Ensaio de trao O ensaio de trao consiste em submeter o material a um esforo que tende a along-lo at a ruptura. Os esforos ou cargas so medidos na prpria mquina de ensaio. No ensaio de trao o corpo deformado por alongamento, at o momento em que se rompe. Os ensaios de trao permitem conhecer como os materiais reagem aos esforos de trao, quais os limites de trao que suportam e a partir de que momento se rompem. Antes da ruptura, a deformao Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma fora, como na ilustrao da figura 4. Quando esta fora aplicada na direo do eixo longitudinal, dizemos que se trata de uma fora axial. Ao mesmo tempo, a fora axial perpendicular seo transversal do corpo. Observe novamente a figura 4. Repare que a fora axial est dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a fora axial est dirigida para fora do corpo, trata-se de uma fora axial de trao. A aplicao de uma fora axial de trao num corpo preso produz uma deformao no corpo, isto , um aumento no seu comprimento com diminuio da rea da seo transversal.

Figura 4. Fora de trao produz deformao no corpo

Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o efeito do alongamento num corpo submetido a um ensaio de trao.

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Figura 5. Corpo de prova de ensaio de trao

Na norma brasileira, o alongamento representado pela letra A e calculado subtraindo-se o comprimento inicial do comprimento final e dividindo-se o resultado pelo comprimento inicial. De acordo com Souza (1982) deve ser expressa em %. Em linguagem matemtica, esta afirmao pode ser expressa pela seguinte igualdade: sendo que Lo representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representa o comprimento final aps o ensaio.

100xL

LLA

o

of = Suponha que voc quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de 12 mm que, submetido a uma fora axial de trao, ficou com 13,2 mm de comprimento. Aplicando a frmula anterior, voc fica sabendo que:

100)/1,0(12

2,112

122,13 xmmmmAAL

LLA

o

of ==== A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformao de 0,1 mm por 1 mm de dimenso do material. Para obter a deformao expressa em porcentagem, basta multiplicar o resultado anterior por 100. No nosso exemplo: A = 0,1 mm/mm X 100 = 10%. Tenso de trao: o que e como medida A fora de trao atua sobre a rea da seo transversal do material. Tem-se assim uma relao entre essa fora aplicada e a rea do material que est sendo exigida, denominada tenso. Neste mdulo, a tenso ser representada pela letra T ou Sigma () Em outras palavras: Tenso (T ou ) a relao entre uma fora (F) e uma unidade de rea (S), tenso a fora aplicada dividida pela rea da seo considerada:

SF=

Para efeito de clculo da tenso suportada por um material, considera-se como rea til da seo deste material a soma das reas de suas partes macias. Por exemplo: um cabo metlico para elevao de pesos, cuja rea da seo de 132,73 mm2, composto por 42 espiras de 1,2 mm2, tem como rea til 50,4 mm2.

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A unidade de medida de fora adotada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) o Newton (N). A unidade quilograma-fora (kgf) ainda usada no Brasil porque a maioria das mquinas disponveis possui escalas nesta unidade. Porm, aps a realizao dos ensaios, os valores de fora devem ser convertidos para Newton (N). A unidade de medida de rea o metro quadrado (m2). No caso da medida de tenso, mais freqentemente usado seu submltiplo, o milmetro quadrado (mm2). Assim, a tenso expressa matematicamente como:

2mmN=

Durante muito tempo, a tenso foi medida em kgf/mm2 ou em psi (Pound Square Inch, que quer dizer: libra por polegada quadrada). Com adoo do Sistema Internacional de Unidades (SI) pelo Brasil, em 1978, essas unidades foram substitudas pelo pascal (Pa). Um mltiplo dessa unidade, o megapascal (MPa), vem sendo utilizado por um nmero crescente de pases, inclusive o Brasil. Veja no quadro de converses a seguir a correspondncia entre essas unidades de medida.

1 N = 0,102 kgf 1 kgf = 0,454 lb = 9,807 N 1 MPa = 1 N/mm2 = 0,102 kgf/mm2 1 kgf/mm2 = 1422,27 psi = 9,807 MPa = 9,807 N/mm2

Equipamento para o ensaio de trao O ensaio de trao geralmente realizado na mquina universal (Figura 2), que tem este nome porque se presta realizao de diversos tipos de ensaios. Analise cuidadosamente a ilustrao da figura 2, que mostra os componentes bsicos de uma mquina universal de ensaios. Fixa-se o corpo de prova na mquina por suas extremidades, numa posio que permite ao equipamento aplicar-lhe uma fora axial para fora, de modo a aumentar seu comprimento. A mquina de trao hidrulica, movida pela presso de leo, e est ligada a um dinammetro que mede a fora aplicada ao corpo de prova. A mquina de ensaio possui um registrador grfico que vai traando o diagrama de fora e deformao, em papel milimetrado, medida que o ensaio realizado. Corpos de prova O ensaio de trao feito em corpos de prova com caractersticas especificadas de acordo com normas tcnicas. Suas dimenses devem ser adequadas capacidade da mquina de ensaio. Normalmente utilizam-se corpos de prova de seo circular ou de seo retangular, dependendo da forma e tamanho do produto acabado do qual foram retirados, como mostram as ilustraes a seguir.

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Figura 6. Corpos de prova de seo circular e de seo retangular

A parte til do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, a regio onde so feitas as medidas das propriedades mecnicas do material. Entre as cabeas e a parte til h um raio de concordncia para evitar que a ruptura ocorra fora da parte til do corpo de prova (Lo). Segundo a ABNT, o comprimento da parte til dos corpos de prova utilizados nos ensaios de trao deve corresponder a 5 (cinco) vezes o dimetro da seo da parte til. Por acordo internacional, sempre que possvel um corpo de prova deve ter 10 mm de dimetro e 50 mm de comprimento inicial. No sendo possvel a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimenses proporcionais a essas. Corpos de prova com seo retangular so geralmente retirados de placas, chapas ou lminas. Suas dimenses e tolerncias de usinagem so normalizadas pela ISO/R377 enquanto no existir norma brasileira correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superfcie e ausncia de trincas. Preparao do corpo de prova para o ensaio de trao O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matria-prima ou de partes especficas do produto acabado. Depois, deve-se medir o dimetro do corpo de prova em dois pontos no comprimento da parte til, utilizando um micrmetro, e calcular a mdia. Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto , traar as divises no comprimento til. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcaes devem ser feitas de 5 em 5 milmetros. Alongamento O alongamento elstico pode ser medido de forma direta por meio de um aparelho chamado extensmetro (Figura 2), que acoplado ao corpo de prova. J o alongamento plstico define a ductilidade do material: quanto maior o alongamento plstico, maior a facilidade de deformar o material. Pelo alongamento, podemos saber

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para que tipo de processo de produo um material indicado (forja a frio, laminao, estamparia profunda, etc.). Determinao do limite elstico ou de proporcionalidade Para sentir a importncia desta propriedade, imagine-se dentro de um elevador, que funciona preso por um cabo de ao. O que aconteceria se o cabo se alongasse um pouquinho toda vez que o elevador subisse ou descesse? O cabo de ao iria ficar cada vez mais fino, at que a sua espessura se tornasse tal que no suportaria mais o peso da cabine (e com voc l dentro!). No seria nada agradvel uma queda do vigsimo andar. , mas isto aconteceria se a solicitao ultrapassasse o limite elstico, porque qualquer solicitao acima do limite elstico causa deformao permanente. Portanto, o limite elstico a mxima tenso a que uma pea pode ser submetida sem que ocorra deformao permanente. Por isso, o conhecimento de seu valor fundamental para qualquer aplicao. A rigor, a determinao do limite elstico deveria ser feita por carregamentos e descarregamentos sucessivos, at que se alcanasse uma tenso que mostrasse, com preciso, uma deformao permanente. Este processo muito trabalhoso e no faz parte dos ensaios de rotina. Porm, devido importncia de se conhecer o limite elstico, em 1939 um cientista chamado Johnson props um mtodo para determinar um limite elstico aparente, que ficou conhecido como limite Johnson. Veja como determinar o limite Johnson na prtica, acompanhando os passos explicados a seguir. 1. Trace uma reta perpendicular ao eixo das tenses, fora da regio da curva tenso-deformao (F-G).

Figura 7. Passos 1 e 2 para determinar o limite Johnson.

2. Prolongue a reta da zona elstica, a partir do ponto O, at que ela corte a reta FG no ponto E. 3. Marque o ponto D de modo que a medida do segmento FD seja igual a uma vez e meia o segmento FE. 4. Trace a reta OD.

G G

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Figura 8. Passos 3 e 4 para determinar o limite Johnson.

5. Trace a reta MN paralela a OD, tangenciando a curva tenso-deformao.

Figura 9. Determinao do limite Johnson.

O limite Johnson o valor de tenso do ponto tangencial (A). Limite de escoamento: valores convencionais O limite de escoamento , em algumas situaes, alternativa ao limite elstico, pois tambm delimita o incio da deformao permanente (um pouco acima). Ele obtido verificando-se a parada do ponteiro na escala da fora durante o ensaio e o patamar formado no grfico exibido pela mquina. Com esse dado possvel calcular o limite de escoamento do material. Entretanto, vrios metais no apresentam escoamento, e mesmo nas ligas em que ocorre ele no pode ser observado, na maioria dos casos, porque acontece muito rpido e no possvel detect-lo. Por essas razes, foram convencionados alguns valores para determinar este limite. O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento percentual. Os valores de uso mais freqente so: n = 0,2%, para metais e ligas metlicas em geral; n = 0,1%, para aos ou ligas no ferrosas mais duras; n = 0,01%, para aos-mola. Graficamente, o limite de escoamento dos materiais citados pode ser determinado pelo traado de uma linha paralela ao trecho reto do diagrama tenso-deformao, a partir do

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ponto n. Quando essa linha interceptar a curva, o limite de escoamento estar determinado, como mostra a figura 10 abaixo direita.

Figura 10. Limite de escoamento.

Se o grfico obtido no ensaio for expresso como Fora versus l, faz-se necessrio encontrar o valor de l em mm que corresponda ao alongamento recomendado ou convencional n. Por exemplo, se n=0,2% significa que =0,002. J que =l/l0 e o valor de l0 conhecido, temos que l=0,002xl0, valor que ser marcado no grfico para se traar a reta paralela ao trecho reto da curva. Tenso no limite de resistncia Este valor de tenso utilizado para a especificao dos materiais nas normas, pois o nico resultado preciso que se pode obter no ensaio de trao e utilizado como base de clculo de todas as outras tenses determinadas neste ensaio. Por exemplo, um ao 1080 apresenta um limite de resistncia de aproximadamente 700 MPa. Ao produzirmos novos lotes desse ao, devemos executar seu ensaio para verificar se ele realmente possui esta resistncia. Ou seja, esta especificao utilizada para comparar a resistncia de um ao produzido com o valor referencial da norma. Conhecer o limite de resistncia tambm til para comparar materiais. Por exemplo, um ao 1020 apresenta aproximadamente 400 MPa de resistncia trao. Este valor nos demonstra que o ao 1080 tem uma resistncia 300 MPa maior que o 1020. Apesar de no se utilizar este valor para dimensionar estruturas, ele servir de base para o controle de qualidade dessas ligas. Dificuldades com a tenso de ruptura difcil determinar com preciso o limite de ruptura, pois no h forma de parar o ponteiro da fora no instante exato da ruptura. Alm disso, o limite de ruptura no serve para caracterizar o material, pois quanto mais dctil ele , mais se deforma antes de romper-se. Calculando a estrico Aps ser atingida a carga mxima, ocorre a estrico do material, que uma diminuio da seo transversal do corpo de prova na regio aonde vai se localizar a ruptura, devido a um alongamento um pouco maior numa poro levemente mais fraca do corpo de prova. A estrico tambm uma medida da ductilidade do material, da mesma forma que o alongamento plstico. representada pela letra Z ou (phi), e calculada pela seguinte frmula:

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100xS

SSZ

o

fo = onde So a rea de seo transversal inicial e Sf a rea de seo final, conhecida pela medio da regio fraturada. A reduo da rea da seo transversal ocorre aps ter se atingido a carga mxima no ensaio de trao. Calculando o Mdulo de Elasticidade O mdulo de elasticidade determinado pelas foras de ligao entre os tomos de um metal. Como estas foras so constantes para cada estrutura que apresente o metal, o mdulo de elasticidade uma das propriedades mais constantes dos metais, embora possa ser levemente afetado por adies de elementos de liga, ou por variaes alotrpicas, tratamentos trmicos ou trabalho a frio que alterem a estrutura metlica. A medida de E feita pela tangente da reta caracterstica da zona elstica, traando-se a curva tenso-deformao na zona elstica com a maior preciso possvel. Poder ser calculado a partir do limite Johnson determinado em tenso, dividido pela deformao obtida a partir do l correspondente fora do Johnson dividido por l0.

Ou alidadeproporcion

alidadeproporcionE =

N/mm2, que pode ser calculado por

0//

llSF

Ealidadeproporcion

oalidadeproporcion

= N/mm2 conforme figura 11.

Figura 11. Determinao da fora de proporcionalidade e o correspondente valor de l usados respectivamente para calcular a tenso limite de proporcionalidade e a

deformao de proporcionalidade.

Fprop

lprop

F (N).

l (mm).

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Calculando o Mdulo de Resilincia A resilincia corresponde capacidade do material de absorver energia quando este deformado elasticamente e a propriedade associada a ela dada pelo mdulo de resilincia (Ur).

EU escoamentoR 2

2= N.mm/mm3

Figura 12. Mdulo de resilincia

Calculando o Mdulo de Tenacidade A tenacidade de um metal a sua capacidade de absorver energia na zona plstica. A tenacidade medida atravs do mdulo de tenacidade, que a quantidade de energia absorvida por unidade de volume no ensaio de trao at a fratura. Para materiais dcteis podem ser usadas

totalresesc

T xU 2+= N.mm/mm3 ou totalresT xU = N.mm/mm3

E para materiais frgeis

totalresT xU 32= N.mm/mm3

Telecurso 2000. Mecnica. Ensaios e Souza(Adaptados)

EXERCCIO Uma barra de ao foi submetida a um ensaio de trao convencional, apresentando os resultados da tabela abaixo. Dados: Dimetro do corpo de prova: 19,0 mm. Comprimento de referncia (inicial): lo= 198 mm. Comprimento final = 218 mm. Dimetro da seo estrita= 15,7 mm. Carga mxima suportada pelo corpo de prova: 195000 N. Faa o grfico em papel milimetrado e determine:

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a) Alongamento plstico (A em %) e estrico (Z em %) b) Limite de resistncia trao c) Limite de escoamento para n=0,2% d) Limite de proporcionalidade pelo mtodo de Johnson e) Mdulo de Elasticidade f) Mdulo de Resilincia g) Mdulo de Tenacidade

l (mm) Carga(N)

0,05 149000,1 30000

0,15 442000,2 59200

0,25 745000,3 89000

0,35 1035000,4 119000

0,45 1280000,5 137500

0,55 1440000,6 150000

0,65 1536000,7 157000

0,75 1610000,8 162400

0,85 1650000,9 166000

0,95 1670001 168000

1,05 1682001,1 168500

1,15 1690001,2 170500

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Dureza Brinell Ao escrever a lpis ou lapiseira, voc sente com facilidade a diferena entre uma grafite macia, que desliza suavemente sobre o papel, e uma grafite dura, que deixa o papel marcado. Entretanto, a dureza de um material um conceito relativamente complexo de definir, originando diversas interpretaes. Num bom dicionrio, voc encontra que dureza : qualidade ou estado de duro, rijeza. Duro, por sua vez, definido como .difcil de penetrar ou de riscar, consistente, slido. Essas definies no caracterizam o que dureza para todas as situaes, pois ela assume um significado diferente conforme o contexto em que empregada: Na rea da metalurgia, considera-se dureza como a resistncia deformao plstica permanente. Isso porque uma grande parte da metalurgia consiste em deformar plasticamente os metais. Na rea da mecnica, a resistncia penetrao de um material duro no outro, pois esta uma caracterstica que pode ser facilmente medida. Para um projetista, uma base de medida, que serve para conhecer a resistncia mecnica e o efeito do tratamento trmico ou mecnico em um metal. Alm disso, permite avaliar a resistncia do material ao desgaste. Para um tcnico em usinagem, a resistncia ao corte do metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior ou menor dificuldade de usinar um metal caracterizada como maior ou menor dureza. Para um mineralogista a resistncia ao risco que um material pode produzir em outro. E esse um dos critrios usados para classificar minerais. Ou seja, a dureza no uma propriedade absoluta. S tem sentido falar em dureza quando se comparam materiais, isto , s existe um material duro se houver outro mole. importante destacar que, apesar das diversas definies, um material com grande resistncia deformao plstica permanente tambm ter alta resistncia ao desgaste, alta resistncia ao corte e ser difcil de ser riscado, ou seja, ser duro em qualquer uma dessas situaes. Ensaio de dureza Brinell Em 1900, J. A. Brinell divulgou este ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido relao existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistncia trao. O ensaio de dureza Brinell 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. A dureza Brinell representada pelas letras HB. Esta representao vem do ingls Hardness Brinell, que quer dizer .dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) a relao entre a carga aplicada (F) e a rea da calota esfrica impressa no material ensaiado (Ac). Em linguagem matemtica

cAFHB =

A rea da calota esfrica dada pela frmula: Dp, onde p a profundidade da calota. Substituindo Ac pela frmula para clculo da rea da calota, temos:

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DpFHB =

A localizao de uma impresso Brinell deve ser tal que mantenha um afastamento das bordas do corpo de prova de no mnimo duas vezes e meia o dimetro, d, obtido. A espessura do corpo de prova, para ser ensaiado dureza Brinell, deve ser no mnimo igual a dez vezes o dimetro, d obtido, para evitar, em ambos os casos, degeneraes laterais e de profundidade, falseando o resultado. A distncia entre duas impresses Brinell deve ser no mnimo igual a 5d.

Figura 13. Ensaio de dureza Brinell.

Devido dificuldade tcnica de medio da profundidade (p), que um valor muito pequeno, utiliza-se uma relao matemtica entre a profundidade (p) e o dimetro da calota (d) para chegar frmula matemtica que permite o clculo da dureza HB, representada a seguir:

)(2

22 dDDDFHB =

A unidade kgf/mm2, que deveria ser sempre colocada aps o valor de HB, omitida, uma vez que a dureza Brinell no um conceito fsico satisfatrio, pois a fora aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota. Os clculos anteriores so dispensveis, se voc dispuser de uma tabela apropriada. Veja a seguir um exemplo de tabela que fornece os valores de dureza Brinell normal, em funo de um dimetro de impresso d. Exerccio: Tente localizar na tabela da pgina seguinte o valor de dureza para um material que deixou um dimetro de impresso de 3,55 mm.

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Escolha das condies de ensaio O 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: A carga ser determinada de tal modo que o dimetro de impresso d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do dimetro da esfera D. A impresso ser considerada ideal se o valor de d ficar na mdia entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375 mm. Para obter um dimetro de impresso dentro do intervalo citado no item 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:

2DF

igual a uma constante chamada fator de carga.

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Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com a faixa de dureza e o tipo de material. O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicaes.

O dimetro da esfera determinado em funo da espessura do corpo de prova ensaiado. A espessura mnima indicada em normas tcnicas de mtodo de ensaio. 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.

Observe que, no quadro anterior, os valores de carga foram determinados a partir das relaes entre F e D2 indicadas no primeiro quadro. Exemplificando:

22 3030 DFD

F == Verificando o entendimento 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. Nosso problema consiste em saber se essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm. Para resolver esse problema, precisamos das informaes contidas nos dois quadros anteriores. Observando o primeiro quadro, voc fica sabendo que a relao F/D2 para este material (ao carbono) igual a 30. O segundo quadro mostra que, para uma esfera de 10 mm e um fator de carga igual a 30, a carga de ensaio de 3.000 kgf. Com esses dados, possvel calcular a profundidade de impresso da calota, aplicando a frmula: HB=F/Dp. Isolando p, temos:

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53,056523000

1801014,33000 ==== pp

xxp

DHBFp

Portanto, a profundidade da impresso de 0,53 mm. Sabemos que a espessura do material ensaiado deve ser, no mnimo, 17 vezes a profundidade da calota. Multiplicando a profundidade da impresso por 17, obtemos: 9,01 mm. Concluso: as chapas de 4 mm no podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm. Devem ser usadas esferas menores. A esfera de 10 mm produz grandes calotas na pea. Por isso a mais adequada para medir materiais que tm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito discrepantes. Em casos assim, a dureza determinada pela mdia entre as fases, como acontece com os ferros fundidos, bronzes etc. A utilizao de esferas diferentes de 10 mm s vlida para materiais homogneos. 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 que se tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga durante 15 segundos. Em outras condies, o smbolo HB recebe um sufixo formado por nmeros que indicam as condies especficas do teste, na seguinte ordem: dimetro da esfera, carga e tempo de aplicao da carga. Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10 mm de dimetro e uma carga de 1.000 kgf, aplicada por 30 segundos, representado da seguinte forma: 85HB 10/1000/30. O tempo de aplicao da carga varia de 15 a 60 segundos: de 15 segundos para metais com dureza Brinell maior que 300; de 60 segundos para metais moles, como o chumbo, estanho, metais-patente etc., e de 30 segundos para os demais casos. A medida do dimetro da calota (d) deve ser obtida pela mdia de duas leituras obtidas a 90 uma da outra, e de maneira geral no pode haver diferena maior que 0,06 mm entre as duas leituras, para esferas de 10 mm. DUREZA ROCKWELL Em 1922, Rockwell desenvolveu um mtodo de ensaio de dureza que utilizava um sistema de pr-carga. Este mtodo apresenta algumas vantagens em relao ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles at os mais duros. Entretanto, tambm tem limitaes, o que indica que est longe de ser a soluo tcnica ideal. O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido rapidez e facilidade de execuo, iseno de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho da impresso. Todas essas razes justificam dedicar uma aula ao estudo deste mtodo de ensaio. No final, voc ficar sabendo como feito o ensaio Rockwell, qual o equipamento empregado e como utilizar as diferentes escalas de dureza Rockwell. Neste mtodo, a carga do ensaio aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pr-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois se aplica a carga do ensaio propriamente dita.

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A leitura do grau de dureza feita diretamente num mostrador acoplado mquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada faixa de dureza do material. Os penetradores utilizados na mquina de ensaio de dureza Rockwell so do tipo esfrico (esfera de ao temperado) ou cnico (cone de diamante com 120 de conicidade). DESCRIO DO PROCESSO

Figura 14. Etapas da determinao da dureza Rockwell.

Quando se utiliza o penetrador cnico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esfrico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha. Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor dado diretamente na escala determinada. O valor indicado na escala do mostrador o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde profundidade alcanada pelo penetrador, subtradas a recuperao elstica do material, aps a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicao da pr-carga. Em outras palavras: a profundidade da impresso produzida pela carga maior a base de medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representao esquemtica da profundidade produzida por um penetrador cnico de diamante.

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Figura 15. Penetrador de diamante no ensaio Rockwell na aplicao da carga.

Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de mquinas, ambas com a mesma tcnica de operao, que diferem apenas pela preciso de seus componentes. A mquina padro mede a dureza Rockwell normal e indicada para avaliao de dureza em geral. A mquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial, e indicada para avaliao de dureza em folhas finas ou lminas, ou camadas superficiais de materiais. Na mquina Rockwell normal, cada diviso da escala equivale a 0,02 mm; na mquina Rockwell superficial, cada diviso equivale a 0,01 mm. As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em funo do tipo de penetrador e do valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pr-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pr-carga de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Estas escalas no tm relao entre si. Por isso, no faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala s pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma escala. E por falar em escalas, analise os quadros a seguir, que mostram as escalas mais utilizadas nos processos industriais.

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Telecurso 2000, Ensaios.

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Representao da dureza Rockwell O nmero de dureza Rockwell deve ser seguido pelo smbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Veja, por exemplo, a interpretao do resultado 64HRC: 64 o valor de dureza obtido no ensaio; HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; a ltima letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada. Profundidade de penetrao A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio importante para definir a espessura mnima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mnima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador. Entretanto, no h meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell. possvel obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do valor de dureza indicado na escala da mquina de ensaio, utilizando as frmulas a seguir: Penetrador de diamante: HR normal: P = 0,002 (100 - HR) HR superficial: P = 0,001 (100 - HR) Penetrador esfrico: HR normal: P = 0,002 (130 - HR) HR superficial: P = 0,001 (100 - HR) Por exemplo, a profundidade aproximada de penetrao que ser atingida ao ensaiar um material com dureza estimada de 40HRC de 0,12 mm.

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Como se chegou a este resultado? Consultando as tabelas com as escalas de dureza Rockwell, ficamos sabendo que a escala C se refere dureza Rockwell normal e que esta escala utiliza penetrador de diamante. O passo seguinte foi escolher a frmula: P = 0,002 (100 - HR) e fazer as contas. Exerccio Qual deve ser a espessura mnima de uma chapa que ser submetida ao ensaio de dureza Rockwell para um material com dureza esperada de 80HRB? A primeira coisa a ser feita descobrir a profundidade aproximada atingida pelo penetrador. Para isso, deve ter ido ao quadro com a escala B (dureza Rockwell normal), e constatado que esta escala usa penetrador esfrico. Com essas informaes, deve ter escolhido a frmula: P = 0,002 (130 - 80) para encontrar o valor da profundidade aproximada. Feitos os clculos, deve ter concludo que esta profundidade de aproximadamente 0,1 mm. Uma vez que a espessura do corpo de prova equivale, em geral, a pelo menos 17 vezes a medida da profundidade, a espessura mnima da chapa deve ser de 1,7 mm. Como voc viu, o ensaio de dureza Rockwell tornou possvel avaliar a dureza de materiais que no poderiam ser submetidos ao ensaio Brinell. Mesmo assim, h situaes em que nem o ensaio Brinell nem o Rockwell so recomendveis. Por isso, a prxima aula ser dedicada a outro tipo de ensaio de dureza, o ensaio Vickers. Ensaios de Dureza Vickers e Knoop

Figura 16. Penetradores para ensaio Vickers e Knoop.

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OUTROS ENSAIOS Ensaio de Compresso - a aplicao de carga compressiva uniaxial em um corpo-de-prova. A deformao linear obtida pela medida da distncia entre as placas que comprimem o corpo versus a carga de compresso consiste na resposta desse tipo de ensaio, basicamente utilizado nas indstrias de construo civil e de materiais cermicos. Alm disso, fornece resultados de anlise estatstica, permitindo quantificar o comportamento mecnico do concreto, da madeira, dos compsitos e de materiais de baixa ductilidade (frgeis). Os resultados numricos obtidos no ensaio de compresso so similares aos obtidos no ensaio de trao.

Figura 17. Ensaio de Compresso

Ensaio de Toro Consiste na aplicao de carga rotativa em um corpo-de-prova geralmente de geometria cilndrica. Mede-se o ngulo de deformao () como funo do momento torsor aplicado (Mt). Esse ensaio amplamente utilizado na indstria de componentes mecnicos, como motores de arranque, turbinas, motores de mquinas pesadas e outros, principalmente por ter a vantagem de fornecer dados quantitativos das caractersticas mecnicas dos materiais que compem o eixo, particularmente as tenses de cisalhamento. Entre os principais resultados do ensaio, destacam-se: limite de escoamento toro, mdulo de ruptura toro e mdulo de elasticidade transversal (G).

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Figura 18. Eixo de transmisso de caminhes e esquema do ensaio de toro.

Ensaio de Impacto O comportamento dctil-frgil dos materiais pode ser mais amplamente caracterizado por estes ensaios. A carga aplicada na forma de esforos por choque (dinmicos), sendo o impacto obtido por meio da queda de um martelete ou pndulo, de uma altura determinada, sobre a pea a examinar. As massas utilizadas no ensaio so intercambiveis, possuem diferentes pesos e podem cair de alturas variveis. Os ensaios mais conhecidos so denominados Charpy e Izod, dependendo da configurao geomtrica do entalhe e do modo de fixao do corpo-de-prova na mquina. Como resultado do ensaio, obtm-se a energia absorvida pelo material at a fratura. A principal aplicao desse ensaio refere-se caracterizao do comportamento dos materiais, na transio da propriedade dctil para a frgil como funo da temperatura, possibilitando a determinao da faixa de temperaturas na qual um material muda de dctil para frgil. O ensaio de impacto largamente utilizado nas indstrias naval e blico, e em particular, nas construes que devero suportar baixas temperaturas.

Figura 19. Equipamento para ensaio de impacto.

Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos Materiais, Editora LTC. 2000, Telecurso, Ensaio de Impacto.

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SIDERURGIA Para poder fabricar o ao e o ferro fundido, precisa-se do ferro gusa. um material duro e quebradio, formado por uma liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma grande quantidade de carbono e um pouco de silcio (Si), mangans (Mn), fsforo (P) e enxofre (S). O grande problema tecnolgico que envolve a fabricao do gusa a obteno das altas temperaturas que favoream a absoro do carbono.A histria da metalurgia nos conta que os fornos primitivos eram:

- Tipo poo fechado - Tipo de forja catal, sendo que ambos usavam carvo vegetal como

combustvel.

Figura 20 Fornos primitivos usados na reduo do minrio de ferro, pelo emprego de

carvo vegetal como combustvel.

Estes dois tipos de fornos usavam o processo de reduo direta (ferro no era obtido

no estado lquido): C + O2 CO2 CO2 + C CO CO + FeXOY Fe + CO2

Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (lquido de alta viscosidade), misturado com as impurezas do minrio.

O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente dctil, mole, malevel e podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevadas. Aps ser retirado do forno (uma bola de ferro), o ferro era martelado para a remoo das impurezas. O resultado final era uma barra ou lupa, posteriormente reaquecida e trabalhada por martelamento (ferro pudlado).

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Nos fornos primitivos tinha-se a possibilidade de absoro de certa quantidade de carbono (at 1%), o que por rpido resfriamento poderia elevar drasticamente a dureza do material (tmpera). Na Europa, no comeo do sculo XIV, os fornos usados tinham se tornado to altos e as condies de insuflao de oxignio to aperfeioadas, que a temperatura de combusto aumentou muito. Isso permitiu que o ferro absorvesse carbono e, finalmente, sasse lquido do forno. Esse produto, embora duro e quebradio, podia ser novamente derretido com mais facilidade e ser vazado em moldes. Surgiram o alto forno e a fundio. Na Inglaterra, no sculo XVIII, descobriu-se que o coque, um produto slido da destilao do carvo mineral, servia como combustvel para produzir o ferro-gusa.

Fornos chamin: Carga introduzida pelo topo Ar soprado pela parte inferior 1500 Inglaterra Alto forno mais prximo aos modernos 1619 Inglaterra Introduo do coque 1800 Inglaterra Aquecimento do ar

Hoje, um alto forno pode ter at 35 metros de altura. Fica dentro de um complexo industrial chamado usina siderrgica e o principal equipamento usado na metalurgia do ferro.

As matrias-primas bsicas da indstria siderrgica so as seguintes: - Minrio de ferro

- Carvo

- Calcreo

Minrio de Ferro

O minrio de ferro a principal matria-prima do alto-forno, pois dele que se extrai o ferro. Os minerais que contm ferro em quantidade aprecivel so os xidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. Os mais importantes para a indstria siderrgica so os xidos, sendo eles:

- Magnetita (xido ferroso-frrico) Fe3O4 (72,4% Fe). - Hematita (xido frrico) Fe2O3 (69,9% Fe). - Limonita (xido hidratado de ferro) 2FeO3.3H2O (48,3% Fe).

Obs.: O Brasil possui grandes reservas de minrio de ferro de alta qualidade (alto teor de ferro).

O minrio de ferro composto por trs partes a saber:

- til parte que contm o ferro - Ganga impurezas sem valor direto - Estril rocha onde o minrio encontrado.

O minrio de ferro pode ser classificado como Rico (60 a 70% de Fe), Mdio (50-60% de Fe) e Pobre (

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operaes so britamento, peneiramento, mistura, moagem, concentrao, classificao e aglomerao (principal). A aglomerao visa melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzir o consumo de carvo e acelerar o processo de reduo. Os processos mais importantes de aglomerao so a sinterizao e a pelotizao.

A sinterizao consiste em aglomerar-se finos de minrio de ferro numa mistura com aproximadamente 5% de um carvo finamente dividido ou coque. A carga aquecida por intermdio de queimadores e com o auxlio de fluxo de ar. A temperatura que se desenvolve durante o processo atinge 1.300 a 1500oC, suficiente para promover a ligao das partculas finas do minrio, resultando num produto uniforme e poroso chamado snter.

A pelotizao o mais novo processo de aglomerao e talvez o de maior xito. Neste processo, produzem-se inicialmente bolas ou pelotas cruas de finos de minrio de alto teor ou de minrio concentrado. Adiciona-se cerca de 10% de gua e, geralmente, um aglomerante de natureza inorgnica. Uma vez obtidas as pelotas cruas, estas so secas, pr-aquecidas e ento queimadas.

Carvo O combustvel utilizado no alto-forno o carvo, coque ou de madeira, cuja ao se

faz sentir em trs sentidos: - fornecedor de calor para a combusto; - fornecedor do carbono para a reduo de xido de ferro; - indiretamente, fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro

gusa. -

O coque obtido pelo processo de coqueificao, que consiste, em princpio, no aquecimento a altas temperaturas, em cmaras hermeticamente (exceto para sada de gases) fechadas, do carvo mineral. No aquecimento s temperaturas de coqueificao e na ausncia de ar, as molculas orgnicas complexas que constituem o carvo mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgnicos slidos e lquidos de baixo peso molecular e um resduo carbonceo relativamente no voltil. Este resduo resultante o coque, que se apresenta como uma substncia porosa, celular, heterognea, sob os pontos de vista qumico e fsico. A qualidade do coque depende muito do carvo mineral do qual se origina, principalmente do seu teor de impurezas.

O carvo vegetal ou de madeira fabricado mediante pirlise da madeira, isto ,

quebra das molculas complexas que constituem a madeira, em molculas mais simples, mediante calor. O aquecimento para a carbonizao da madeira feito em fornos de certo modo rudimentares e pouco eficientes, sobretudo no Brasil, pois os subprodutos gasosos e lquidos so perdidos durante o processo. O calor aplicado madeira, com ausncia de oxignio, resultando em gases (CO2, CO, H2, etc.), lquidos (alcatres, cido actico, lcool metlico) e o resduo slido que o carvo vegetal.

Fundente A funo do fundente combinar-se com as impurezas (ganga) do minrio e com as

cinzas do carvo, formando as chamadas escrias. O principal fundente o calcrio, de frmula CaCo3.

Outras matrias-primas da indstria siderrgica Entre elas, a mais importante o minrio de mangans. Outras matrias-primas

incluem as ferro-ligas de silcio, cromo, vandio, molibdnio, nquel, tungstnio, titnio, etc. Finalmente, deve-se ainda mencionar como importante matria-prima a sucata de ao, ou seja, subprodutos da fabricao de ao e itens ou componentes de ao desgastados, quebrados ou descartados.

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Alto Forno O alto forno construdo de tijolos e envolvido por uma carcaa protetora de ao. Todas as suas partes internas, sujeitas a altas temperaturas, so revestidas com tijolos chamados refratrios porque suportam altas temperaturas sem derreter. Trs zonas fundamentais caracterizam o alto-forno: o fundo chamado de cadinho, a segunda chamada de rampa e a seo superior chamada de cuba. O cadinho o lugar onde o gusa lquido depositado. A escria flutua sobre o ferro, que mais pesado. No cadinho h dois furos: o furo de corrida, aberto de tempos em tempos para que o ferro lquido escoe, e o furo para escoamento da escria. Como a escria flutua, o furo para seu escoamento fica acima do furo decorrida. Assim, sobra espao para que uma quantidade razovel de ferro seja acumulada entre as corridas. Na rampa acontecem a combusto e a fuso. Para facilitar esses processos, entre o cadinho e a rampa ficam as ventaneiras, que so furos distribudos uniformemente por onde o ar pr-aquecido soprado sob presso. A cuba ocupa mais ou menos dois teros da altura total do alto-forno. nela que colocada, alternadamente e em camadas sucessivas, a carga, composta de minrio de ferro, carvo e os fundentes (cal, calcreo). O que acontece dentro do alto-forno? Quando o minrio de ferro. O coque e os fundentes so introduzidos na parte superior da rampa, algumas coisas acontecem: - os xidos de ferro sofrem reduo, ou seja, o oxignio eliminado do minrio de ferro;

Reaes qumicas de reduo do minrio de ferro:

3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

ou

Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO - a ganga se funde, ou seja, as impurezas do minrio se derretem; - o gusa se funde, quer dizer, o carbono incorporado ao ferro lquido; - certos elementos da ganga so parcialmente reduzidos, ou seja, algumas impurezas so incorporadas ao gusa. Ao sair do alto-forno, o gusa, com teor de carbono entre 3,0 e 4,5%, pode seguir um,entre dois caminhos: pode ir para a fundio, para ser usado na fabricao de peas de ferro fundido, ou pode ir para aciaria, onde pode ser misturado com sucata de ao ou, eventualmente, com outros metais, para se transformar em ao, ou seja uma liga ferrosa com um teor de carbono de menos de 2%.

O principal produto do alto-forno o ferro gusa. O ferro gusa uma liga ferro-carbono de alto teor de carbono e teores variveis de silcio, mangans, fsforo e enxofre. De um modo geral, a maioria dos ferro gusas possveis de serem obtidos em alto-forno est compreendida na seguinte faixa de composies:

Carbono - 3 a 4,4% Silcio - 0,5 a 4,0% Mangans - 0,5 a 2,5% Fsforo - 0,05 a 2,0% Enxofre - 0,20% mx.

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Figura 21. Esquema do alto forno

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FABRICAO DO AO A produo do ao lquido se d atravs da oxidao controlada das impurezas presentes no gusa lquido e na sucata. Este processo denominado refino do ao e realizado em uma instalao conhecida como aciaria. O refino do ao normalmente realizado em batelada pelos seguintes processos: - Aciaria a oxignio Conversor LD (carga predominantemente lquida). - Aciaria eltrica Forno eltrico a arco FEA (carga predominantemente slida). O conversor LD (Linz-Donawitz) usa o princpio de injeo de oxignio, neste caso ele soprado sob presso na superfcie do gusa lquido. Essa injeo feita pela parte de cima do conversor. Este tipo de forno constitudo de uma carcaa cilndrica de ao resistente ao calor, revestido internamente por materiais refratrios de dolomita ou magnesita. A injeo de oxignio feita por meio de uma lana metlica composta de vrios tubos de ao. O jato de oxignio dirigido para a superfcie do gusa lquido e essa regio de contato chamada de zona de impacto. Na zona de impacto, a reao de oxidao muito intensa e a temperatura chega a atingir entre 2500 e 3000C. Isso provoca uma grande agitao do banho, o que acelera as reaes de oxidao no gusa lquido. Nesse conversor, a contaminao do ao por nitrognio muito pequena porque se usa oxignio puro. Isso um fator importante para os aos que passaro por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminao causa defeitos na solda.

Figura 22. Fabricao do ao pelo processo Conversor LD.

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nos fornos eltricos que se transforma sucata em ao. Por esse processo, transforma-se energia eltrica em energia trmica, por meio da qual ocorre a fuso do gusa e da sucata, sob condies controladas de temperatura e de oxidao do metal lquido. um processo que permite, tambm, a adio de elementos de liga que melhoram as propriedades do ao e lhe do caractersticas excepcionais. Por causa disso, esse o melhor processo para a produo de aos de qualidade. Os fornos eltricos so basicamente de dois tipos: a arco eltrico e de induo. O forno a arco eltrico constitudo de uma carcaa de ao feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um recipiente cilndrico com fundo abaulado. Essa carcaa revestida na parte inferior (chamada soleira) por materiais refratrios, de natureza bsica (dolomita ou magnesita) ou cida (slica), dependendo da carga que o forno vai processar. O restante do forno revestido com tijolos refratrios silicosos. Os eletrodos responsveis, juntamente com a carga metlica, pela formao do arco eltrico esto colocados na abbada (parte superior) do forno. A carga de um forno a arco constituda, basicamente, de sucata e fundente (cal). Nos fornos de revestimento cido, a carga deve ter mnimas quantidades de fsforo e enxofre. Nos fornos de revestimento bsico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silcio. Durante o processo, algumas reaes qumicas acontecem: a oxidao, na qual se oxidam as impurezas e o carbono, a desoxidao, ou retirada dos xidos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfurao, quando o enxofre retirado. um processo que permite o controle preciso das quantidades de carbono presentes no ao.

Figura 23. Forno eltrico a arco de produo de ao.

Outro forno que usa a energia eltrica para a produo de ao o forno de induo, que tambm processa sucata. O conjunto que compe esse forno formado de um gerador com motor de acionamento, uma bateria de condensadores e uma cmara de aquecimento. Essa cmara basculante e tem, na parte externa, a bobina de induo. O cadinho feito de massa refratria socada dentro dessa cmara, onde a sucata se funde por meio de calor produzido dentro da prpria carga.

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Para a produo do ao, liga-se o forno, e os pedaos de sucata que devem ser de boa qualidade vo sendo colocadas dentro do forno, medida que a carga vai sendo fundida. Depois que a fuso se completa e que a temperatura desejada atingida, adiciona-se clcio, silcio ou alumnio, que so elementos desoxidantes e tm a funo de retirar os xidos do metal.

Figura 24. Forno de induo de produo de ao.

Curiosidade: Porque o nome dado ao processo de fabricao de metais ferrosos chamado de Siderurgia?

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METALOGRAFIA Introduo

O controle de qualidade dos metais e ligas metlicas pode ser desenvolvido por

trs mtodos diferentes que so:

Ensaios fsicos e mecnicos Anlise qumica Exame metalogrfico

Os ensaios fsicos e mecnicos visam determinar valores numricos que

caracterizam as propriedades fsicas e mecnicas do material.

A anlise qumica determina quais so os elementos e em que proporo esto

presentes no material em anlise.

O exame metalogrfico enfoca o metal ou liga metlica do ponto de vista de sua

estrutura procurando relacion-la s propriedades fsicas composio, ao processo de

fabricao etc., de modo a poder prever-se o seu comportamento num determinado

emprego.

METALOGRAFIA

Como vimos, a metalografia enfoca o metal ou liga do ponto de vista de sua

estrutura e textura. Para isso esse exame desenvolvido em seces do material,

polidas e normalmente atacadas com um reativo qumico apropriado.

A metalografia subdividida em dois campos:

a) Macrografia

b) Micrografia

Faz-se o exame metalogrfico vista desarmada (olho nu) ou utilizando-se em

aumento de at dez vezes (10X) lanando-se mo de uma lupa, este exame dito

MACROGRFICO. Tem-se, assim, a MACROGRAFIA.

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Esses so feitos em uma seco do material devidamente plana e polida e, em

regra, atacada por um reativo qumico apropriado.

Por meio do exame macrogrfico obtm-se informaes sobre a homogeneidade

do material da pea, determinao da natureza e da qualidade de certas impurezas os

processos de fabricao da pea etc.

Atravs do exame microgrfico pode-se observar o tamanho do gro do material,

a distribuio e forma dos constituintes da estrutura do material, tipos de constituintes etc.

Em resumo, podemos dizer que o exame metalogrfico fornece dados sobre como

o material ou a pea foram obtidos e tambm sobre sua homogeneidade.

MACROGRAFIA

Consiste no exame do aspecto de uma superfcie plana secionada de uma pea

ou amostra metlica, devidamente polida e atacada por um reagente adequado.

Os exames macrogrficos visam:

a) Verificar o processo de obteno (fundido, forjado ou laminado)

b) Constatar a existncia de porosidades e segregaes

c) Existncia de solda

d) Zonas de solda, caracterstica da solda

PREPARAO DO CORPO DE PROVA - CDP

Verificar qual a finalidade do exame, isto , qual o tipo de estrutura procurada, descontinuidade esperada, etc.

Proceder ao exame visual da pea antes do corte, procurando identificar por aquecimento, mossas, trincas, porosidades etc.

Regio da pea onde deve se localizar o corte e qual a posio de corte. Fotografar ou desenhar a pea antes do corte.

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Os cuidados expostos acima tm como objetivo garantir que:

Foram obtidas todas as informaes sobre o material a ser ensaiado. Foram verificadas as condies de acabamento antes de se determinar a retirada

dos corpos de prova.

Se tenha em documento (fotografia ou desenho), da pea original, para nele assinalar os pontos que se tenha de fazer referncia mais tarde.

Se facilite a correta interpretao dos resultados.

MATERIAIS E MTODOS DE PREPARAO

A tcnica de preparo de um corpo de prova de macrografia abrange as seguintes

fases:

a) Escolher a localizao da seco a ser estudada

b) Lixamento

c) Ataque da superfcie por um reagente qumico adequado

A) Escolha e a localizao a ser estudada: feita baseando-se em critrios para se determinar certos tipos de estrutura do

material. A intervm o critrio do operador, que ser guiado em sua escolha pela forma

da pea, pelos dados que ele quer colher e por outras consideraes.

O corte do material pode ser feito segundo uma seco transversal ou seo

longitudinal.

O corte transversal feito se o objetivo verificar: Se a seco inteiramente homognea ou no A natureza do material (ao, ferro fundido, etc.) A existncia de vazio A profundidade de tmpera ou cementao Determinao de um tubo com ou sem costura A posio, forma e dimenses das bolhas

Um corte longitudinal ser prefervel quando se quer verificar, por exemplo: O mtodo de fabricao de uma pea (fundida, laminada ou forjada) Se a pea foi estampada ou torneada A solda de barras A extenso de tratamentos trmicos superficiais

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O Corte feito com uma serra ou um cortador de disco abrasivo. Esta operao deve ser

feita com cautela para evitar no s o encruamento em locais excessivos, como o

aquecimento.

LIXAMENTO

O lixamento executado para meio de uma srie de lixas de graduao

decrescente, com indicaes que variam com os fabricantes sendo comum as seguintes:

80 100 120 150 180 220 320 400 600

O lixamento pode ser realizado mecanicamente ou manualmente.

MANUALMENTE

Apia-se a lixa grossa numa superfcie plana e atrita-se com leve presso o CDP

sobre a lixa. Quando o sentido dos riscos estiver uniforme muda-se para a lixa seguinte

no sentido contrrio aos riscos deixados pela lixa anterior at que os mesmos

desapaream completamente e a cada mudana de lixa, limpa-se a superfcie com um

pano ou algodo. Deve evitar o acabamento espelhado que dificultar o ataque e a

fotografia.

MECANICAMENTE

O CDP aplicado por dispositivo apropriado contra a lixa, fixada em discos

giratrios e conservados numa posio mais ou menos fixas, passando-se manualmente

para a lixa seguinte quando os riscos deixados pela anterior tiverem desaparecidos.

Normalmente, no se exige para a macrografia polimento muito elevado o que

facilita sobre maneira a execuo deste ensaio.

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ATAQUE DA SUPERFCIE POR UM REAGENTE QUMICO ADEQUADO

O contato do CDP com o reativo pode ser obtido:

Imerso: Mergulhando a superfcie no reativo colocado num recipiente. Deve-se agitar o reagente para homogeneizar o reativo e, principalmente, para destruir as bolhas

arrastadas mecanicamente ou formada pelas reaes qumicas, por estas impedirem o

ataque.

Aplicao: Aplicando-se uma camada de reativo sobre a superfcie com um chumao de algodo fixado num basto de vidro.

Conforme sua durao e profundidade, os ataques so classificados em lentos ou

profundos e rpidos ou superfcies. Estes ltimos so os mais empregados.

Os ataques lentos visam obter uma corroso profunda do metal, com relevo

acentuado. Empregam-se em alguns casos em que o reativo rpido no d contraste

suficiente como em certas estruturas fibrosas.

O ataque, de acordo com o tempo de durao, dito rpido, conforme sua

durao seja de segundos ou poucos minutos e lento, quando durar minutos, horas ou

dias.

Normalmente, durante o ataque superfcie observada constantemente at

obter-se uma textura ntida e com detalhes para o exato resultado do ensaio.

O tempo de ataque, estando subordinado a temperatura e a composio do

material e do reativo, deve ser encarado com muito cuidado, pois tempo insuficiente

proporcionar textura fraca, pouco visvel e sem detalhes e em excesso, dar textura

ofuscada e at deturpada.

Deve-se utilizar a capela quando os vapores emanados dos reativos forem

corrosivos ou txicos.

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Lavagem: Interrompe-se o ataque por meio de um jato de gua sobre a superfcie, tendo-se

o cuidado de remover qualquer depsito formado durante o ataque.

Secagem: Consiste em aplicar lcool ou algodo embebido em lcool sobre a superfcie e

em seguida jato de ar, de preferncia quente.

REATIVOS OU SOLUES DE ATAQUE So geralmente, solues cidas, alcalinas, ou substncias complexas dissolvidas

num solvente adequado, principalmente lcool e gua.

O reativo para revelar uma ntida textura deve ser escolhido de acordo com a

natureza do material e dos detalhes que se quer verificar. Deve possuir determinadas

caractersticas como simplicidade de composio, estabilidade, no ser txico e nem

venenoso.

Numerosos so os reativos aplicados nos ensaios macrogrficos, sendo que os

mais aplicados a aos carbono e aos de baixa liga.

Os reativos mais concorrentes so:

REATIVO DE CIDO CLORDRICO

Aplicao: O CDP deve ser imerso na soluo por um perodo de tempo suficiente para revelar a macroestrutura.

Composio: cido clordrico (conc.) 50ml

gua - 50ml

Revelao: Identificar trincas, porosidades, depsito de soldas, segregao, profundidade de

tmpera etc.

REATIVO DE IODO

Aplicao: A soluo deve ser utilizada temperatura ambiental imergindo ou aplicando com

uma mecha de algodo a soluo na superfcie a ser atacada, at que se tenha uma

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clara definio dos contornos da macro-estrutura. O corpo de prova deve ser imerso na

soluo por um perodo de tempo suficiente para revelar a macroestrutura.

Composio qumica: Iodo sublimado 10g

Iodeto de potssio 20g

gua 100g

Revelao: a) Imagens que s aparecem com um simples ataque da superfcie, e que

desaparecem quase por complemento com um leve repolimento

subseqente: alteraes locais ou parciais de origem trmica como

tmperas, zonas alteradas pelo calor da solda, partes cementadas etc.

b) Imagens que s revelam ou s aparecem aps um leve repolimento da

superfcie atacada com as imagens adquirindo maior contraste se o

repolimento for seguido de um ataque de muita curta durao:

segregao, bolhas, textura fibrosa etc.

NORMALIZAO DO MTODO

Os mtodos para a determinao da macroestrutura de aos e de materiais

diferentes esto normalizados pelo mtodo ASTM que tambm fornece os reativos mais

adequados para os vrios tipos de metais.

A avaliao do resultado do ensaio depende da finalidade a que o mesmo destina,

ou seja, se o ensaio foi aplicado com a inteno de pesquisa ou de avaliar o aspecto da

macro-estrutura segundo uma norma ou especificao.

O registro dos resultados dos ensaios macrogrficos pode ser feito:

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Proteo da face ensaiada do corpo de prova com uma camada de verniz transparente.

Fotografia em tamanho natural dos resultados do ensaio, seguido de laudo ou relatrio.

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TCNICA MICROGRFICA

Escolha de localizao da seco a ser estudada Realizao de uma superfcie plana e polida Ataque Observao atravs do microscpio

Escolha e localizao da seco a ser estudada:

A localizao do corpo ou dos corpos de prova para a micrografia em peas

grandes , freqentemente, feita aps o exame macrogrfico, porque se o aspecto for

homogneo, a localizao do corpo de prova e em geral indiferente; se, porm, no for e

revelar anomalias ou heterogeneidades, o observador poder localizar corpos de prova

em vrios pontos, caso julgue de interesse em exame mais detalhado dessas regies.

Quando se trata de uma pea pequena ela diretamente secionada.

O corte da amostra deve ser efetuado de tal maneira que no complique as precaues.

Os discos de corte so os mais utilizados na micrografia. Durante a operao de corte,

deve-se tomar o mximo de cuidado para no danificar a estrutura do material.

CORTADEIRA DE AMOSTRAS METALOGRFICAS MESOTOM: Cortadeira de amostras para laboratrios metalogrficos e petrogrficos. De construo slida, isenta de vibraes mecnicas, permite o corte a mido por imerso completa com discos abrasivos. Durante o corte a amostra e o disco abrasivo so devidamente refrigerados para evitar qualquer deformao da estrutura interna do material atravs de dois bicos atomizadores ajustveis os quais so alimentados por um sistema de circulao de gua, circuito fechado.

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PRENSA HIDRULICA SEMI-AUTOMTICA PARA EMBUTIMENTO DE AMOSTRAS

METALOGRFICAS

Processo moderno de fixao de pequenas peas

EMBUTIMENTO:

A montagem da amostra para o ensaio metalogrfico de grande importncia,

pois facilita o manuseio de peas pequenas. A montagem feita com resinas

termoplsticas, atravs de prensa hidrulica.

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REALIZAO DE UMA SUPERFCIE PLANA E POLIDA NO LUGAR ESCOLHIDO

Tudo que foi dito na tcnica e preparao do CDP para a macrografia aplica-se

tambm a da micrografia, acrescido evidentemente de alguns cuidados especiais, pois

neste caso a superfcie se destina a ser examinada ao microscpio.

A tcnica de lixamento consiste em se lixar a amostra sucessivamente com lixas

granulometria cada vez menor, mudando a direo (90) em cada lixa subseqente at

desaparecerem os traos da lixa anterior.

A prtica indica que a seqncia mais adequada para o trabalho metalogrfico

220, 320, 400 e 600, sendo o tempo de lixamento o dobro para cada estgio at que

todos os riscos desapaream. Podendo usar lixadeiras manuais e eltricas.

MANUAL

Lixadeira manual por via mida de amostras metalogrficas cermicas ou petrogrficos. Fornecida com rea de lixamento em forma de 4 pistas de 245x45 mm, permitindo a rpida intercambialidade das lixas nas granas 220, 320, 400 e 600. Sistema de asperso de gua corrente, dreno e molas de fixao das lixas. MOTORIZADO

Lixadeira-politriz motorizada: pode ser transformada em lixadeira com a adaptao do disco de lixamento propriamente dito e o anel de proteo do rebordo da lixa.

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Este sistema emprega o famoso princpio de lixamento a mido Knuth desenvolvido pela Struers, o qual usa a prpria centrifugao da gua para a correta fixao da lixa ao disco, eliminando a necessidade de qualquer outro mtodo de fixao e facilitando a sua intercambialidade na sucesso das granas 220,320,200 e 600.

Polimento:

Consiste na obteno de uma superfcie isenta de riscos, de modo a se obter uma

imagem clara e perfeita ao microscpio, da estrutura em observao.

O polimento feito em politrizes sobre um disco giratrio de feltro sobre o qual se

aplica um agente polidor (alumina ou diamante).

Para verificar se o polimento j est suficientemente bom, examina-se a superfcie

ao microscpio, depois de lav-la em gua e sec-la imediatamente passando-se na

superfcie um pouco de algodo com lcool. Esta ltima fase de secagem pode ser

substituda por um jato de ar, de preferncia quente, o que sem dvida melhor, porque

evita manchas s vezes provocadas pelo lcool.

Quando a superfcie tiver um aspecto especular e praticamente sem riscos

perceptveis com aumento de umas 100 ou 200 vezes, estar em condies de ser

examinada ao microscpio para a observao das incluses, escrias, trincas ou outras

ocorrncias visveis sem ataque. Mas somente depois do ataque que se pode ter

certeza de que o polimento foi bem conduzido.

A alumina para o polimento metalogrfico, conhecida como um agente polidor

convencional, fornecida em forma de pasta ou suspenso.

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Agentes polidores: pasta de diamante e alumina

Reativos mais usuais:

NITAL Soluo de cido ntrico a 1% em lcool etlico.

Aplicao: Pode ser empregada para todos os produtos siderrgicos comuns. No ataca a

ferrita nem a cementita, mas delineia os seus contornos e colore de escuro a perlita.

PICRAL Soluo de cido pcrico a 4% em lcool etlico.

Mesmas indicaes anteriores.

ATAQUE

O ataque feito agitando o corpo de prova com a superfcie polida mergulhada no

reativo ou aplicando o reativo com um chumao de algodo.

A durao do ataque depende de concentrao do reativo e da natureza e textura

do material examinado.

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Terminando o ataque, lava-se imediatamente a superfcie com lcool. Em

seguida, procede-se a secagem, passando um pequeno chumao de algodo umedecido

com lcool e submetendo o corpo de prova a um jato de ar quente.

Um operador experimentado, observando de vez em quando a superfcie polida

enquanto est atacando pode acompanhar a ao do reativo e reconhecer quando deve

interromper o ataque.

Estrutura:

Maneira caracterstica em que se apresenta um metal ou uma fase de um liga

metlica com referncia ao reticulado cristalino. Por extenso empregado para designar

os agregados de uma liga metlica.

Exemplo: estrutura ferrtica, estrutura perltica, etc.

Textura:

Termo usado para exprimir o aspecto em que se apresenta em seo plana uma

liga metlica, seja quanto a sua disposio de seus constituintes, quanto forma que

assumem seus constituintes, quanto ao estgio do processo de fabricao.

Exemplo: Textura alinhada, textura bruta de fuso, textura acicular, etc.