PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA DE PRODUO UNIDADE BARREIRO

RELATRIO DE MATERIAIS ENSAIO DE DUREZA

Arianne Perdigo Isabella Sena Professor: Ubirajara

16 de Setembro de 2010 Belo HorizonteRESUMO

Nesse artigo iremos aprender a medir a dureza de determinados materiais. Dureza uma propriedade mecnica relacionada resistncia que um material, quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados, apresenta risco ou formao de uma marca permanente. A dureza depende diretamente das foras de ligao entre os tomos, ons ou molculas, e do estado do material (processo de fabricao, tratamento trmico, etc.) Iremos tratar de como feito o ensaio de dureza pelos seguintes mtodos:

Mtodo Brinel Foi o primeiro ensaio de dureza por penetrao padronizado e

reconhecido industrialmente. utilizado no penetrador esfrico a esfera de ao. Mtodo Vickers - Utiliza um penetrador de diamante, o que torna o ensaio aplicvel a todos os tipos de materiais. Mtodo Rockwell - Baseia-se no princpio da impresso, a varivel de medida a penetrao, e no existe nenhum sistema ptico para medio, mas sim um comparador.

OBJETIVOS DA PRTICA Avaliar a dureza de diversos materiais metlicos pelo mtodo Brinell, Vickers e Rockwell. Avaliar a resistncia mecnica do material, conhecendo-se a sua dureza Brinell. Comparar os valores de dureza Vickers para um mesmo material obtido a partir de cargas variadas. Executar verificaes empregando padres de dureza pelo mtodo Rockwell.

SUMRIO Introduo ................................................. 05 Mtodo Brinell ................................ 06 Mtodo Vickers ............................... 07 Mtodo Rockwell ............................ 10 Materiais e Metodologias ......................... 12 Mtodo Brinell ................................ 12 Mtodo Vickers ............................... 12 Mtodo Rockwell ............................ 12 Resultados e Discusso ............................ 13 Mtodo Brinell ................................ 13 Mtodo Vickers ............................... 14 Mtodo Rockwell ............................ 15 Concluses ................................................ 16 Referencias Bibliogrficas ...................... 17

INTRODUO (REVISO BIBLIOGRAFICA) A dureza define-se como sendo a resistncia que um material oferece a sofrer uma deformao plstica na sua superfcie. A dureza consiste numa medida da resistncia de um material a uma deformao plstica localizada. Para determinar a dureza, h vrias tcnicas sendo que nestas tcnicas um pequeno penetrador forado contra uma superfcie do material a ser testado. A partir desse resultado, mede-se a profundidade ou o tamanho da impresso relacionando a um nmero, ndice de dureza. Assim, quanto mais macio for o material, maior e mais profunda ser a impresso e menor ser o ndice. Os valores da dureza so relativos, dependendo, assim, do tipo de tcnica utilizada. Os ensaios de dureza so realizados freqentemente, porque so simples e baratos, no destrutivos (o corpo de prova no fraturado e nem deformado drasticamente) e permitem determinar outras propriedades do material.

Mtodo 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: HB = P (Kgf/mm) S Sendo S a rea da calota impressa no material definida por : S=pi.D.h O nmero Brinell de dureza (HB) funo da carga aplicada e do dimetro da impresso resultante e pode ser obtido atravs da seguinte relao:

onde P o valor da carga aplicada (em kgf), D o dimetro do penetrador e d o dimetro da impresso resultante, ambos em milmetros.

Vantagens X Desvantagens

Comparada a outros mtodos, a esfera do teste Brinell provoca a endentao mais profunda e mais larga. Com isto a dureza medida no teste abrange uma poro maior de material, resultando numa mdia de medio mais precisa, tendo em conta possveis estruturas policristalinas e heterogeneidades do material. Este mtodo o melhor para a medio da dureza macro-dureza de um material, especialmente para materiais com estruturas heterogneas. Mtodo Vickers O ensaio desenvolvido por Smith e Sandland ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers porque a empresa que fabricava as mquinas mais difundidas para operar com este mtodo chamava-se Vickers-Armstrong. A dureza Vickers se baseia na resistncia que o material oferece penetrao de uma pirmide de diamante de base quadrada e ngulo entre faces de 136, sob uma determinada carga. O valor de dureza Vickers (HV) o quociente da carga aplicada (F) pela rea de impresso (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relao, expressa em linguagem matemtica a seguinte: HV = 1,8544 x P/L.

Onde: HV: Numero de dureza Vickers em Kgf/mm P: Carga nominal do ensaio em Kgf L: diagonal mdia em mm. A mquina que faz o ensaio Vickers no fornece o valor da rea de impresso da pirmide, mas permite obter, por meio de um microscpio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vrtices opostos da base da pirmide. Com a formula abaixo conseguimos determinar a diagonal em uma impresso obtida por penetrador de diamante d = d1 + d2 2

Neste mtodo, ao contrrio do que ocorre no Brinell, as cargas podem ser de qualquer valor, pois as impresses so sempre proporcionais carga, para um mesmo material. Deste modo, o valor de dureza ser o mesmo, independentemente da carga utilizada. Por uma questo de padronizao, as cargas recomendadas so: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf. Para cargas muito altas (acima de 120 kgf), em vez do penetrador de pirmide de diamante pode-se tambm usar esferas de ao temperado de 1 ou 2 mm de dimetro na mesma mquina. Neste caso, o ensaio feito na mquina Vickers o ensaio de dureza Brinell. Para aplicaes especficas, voltadas principalmente para superfcies tratadas (carbonetao, tmpera) ou para a determinao de dureza de microconstituintes individuais de uma microestrutura, utiliza-se o ensaio de microdureza Vickers. A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prtico que o ensaio Vickers, s que utiliza cargas menores que 1 kgf. A carga pode ter valores to pequenos como 10 gf. Defeitos de impresso Uma impresso perfeita, no ensaio Vickers, deve apresentar os lados retos. Entretanto, podem ocorrer defeitos de impresso, devidos ao afundamento ou aderncia do metal em volta das faces do penetrador.

Quando ocorrem esses defeitos, embora as medidas das diagonais sejam iguais, as reas de impresso so diferentes.

Como o clculo do valor de dureza Vickers utiliza a medida da mdia de duas diagonais, esses erros afetam o resultado da dureza: teremos um valor de dureza maior do que o real nos casos de afundamento e um valor de dureza menor do que o real, nos casos de aderncia. possvel corrigir esses defeitos alterando-se o valor da carga do ensaio para mais ou para menos, dependendo do material e do tipo de defeito apresentado. Vantagens O ensaio Vickers fornece uma escala contnua de dureza, medindo todas as gamas de valores de dureza numa nica escala; As impresses so extremamente pequenas e, na maioria dos casos, no inutilizam as peas, mesmo as acabadas; O penetrador, por ser de diamante, praticamente indeformvel; Este ensaio aplica-se a materiais de qualquer espessura, e pode tambm ser usado para medir durezas superficiais;

Mtodo 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. 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.

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 aplica-se a carga do ensaio propriamente dita. 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 (diamante). Para determinar a profundidade em mm do penetrador, empregam-se as seguintes frmulas: a) Para penetrador de diamante:

b) Para penetrador esfrico:

Vantagens:Este um dos processos mais utilizado, dentre outros:

sua rapidez; Facilidade de execuo; Iseno de erros pessoais; Capacidade de distinguir pequenas diferenas de dureza em ao temperado e as pequenas dimenses da impresso obtida, de modo que as peas acabadas e prontas para entrar em servio podem ser ensaiadas sem danos sensveis na sua superfcie.

MATERIAIS E METODOLOGIAS Mtodo Brinell Materiais: Aos comuns, Lato, Bronze, Alumnio Equipamento: Durmetro: Brinell Marca: Wolpert Modelo: DIA testor 2RC

Penetrador: Esfera de ao temperado D = 2,5 mm

Carga: P = 187,5 kgf e P = 62,5 kgf.

Metodologia: 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. Penetrador: Esfera de ao temperado D = 2,5 mm;

- Carga: P = 187,5 kgf e P = 62,5 kgf. Mtodo Vickers Materiais: Ao, cobre ou liga de cobre, alumnio Equipamento: Durmetro: Vickers Marca: Wolpert Modelo: DIA testor 2RC

Penetrador: Esfera de diamante com angulo de 136. Carga: P = 50 kgf Metodologia: Neste mtodo, usada uma pirmide de diamante com ngulo de diedro de 136 que comprimida, com uma fora arbitrria "F", contra a superfcie do material. Calcula-se a rea "A" da superfcie impressa pela medio das suas diagonais. Mtodo Rockwell Materiais: Ao comum, ao VC 131, Lato, Bronze, Alumnio, Ferro Fundido Equipamento: Durmetro: Rockwell Marca: Wolpert Modelo: testor HT 2003

Pentrador: Diamante Carga: P = 150 kgf e P = 100 kgf Metodologia: Baseia-se no princpio da impresso, a varivel de medida a penetrao, e no existe nenhum sistema ptico para medio, mas sim um comparador.

RESULTADOS E DISCUSSO Mtodo Brinell Resultados:Condies Material Grau de Carga Dimetro da Esfera (mm) Carga Dimetro da Impresso 0,98 0,98 0,99 0,98 0,98 0,85 Resultados Dureza 239 239 234 239 239 107 Mdia sRT = 0,36HB (Kgf/mm2)

Ao comum

30

2,5

187,5

238

85,68

Lato

10

62,5

102,54

36,91

2,5

Bronze

10

2,5

62,5

Alumnio

10

2,5

62,5

0,87 0,89 0,88 0,85 1,04 1,04 1,04 1,04 1,03 0,86 0,86 0,88 0,86 0,86

102 97,2 99,5 107 70,2 70,2 70,2 70,2 71,7 104 104 99,5 104 104

70,5

25,2

103,1

37,12

Discusso: Atravs do ensaio de dureza, podemos perceber que o Ao comum o material que apresenta maior valor de dureza, e o bronze o que apresenta menor valor.

Mtodo Vickers Resultados:Condies Material P1 Carga (Kgf) P2 Diagonal impresso Dureza HV1 HV2 220 241 234 234 580 552 Resultados Mdia (Kgf/mm2) HV1 HV2

Ao comum

50

30

232,25

Ao VC 131

50

30

561,3333

552

Lato

50

30

98,5 101 101

100,1667

Bronze

50

30

71,3 71,3 70,1

70,9

Alumnio

50

30

105 105 107

105,6667

Discusso: Podemos perceber, atravs das impresses que o Bronze o material com o menor valor de dureza e que o Ao VC 131 o maior. O Resultado esperado devido a carga nominal do ensaio.

Mtodo Rockwell Resultados:Material Carga (kgf) Dureza 22 20 Ao comum 150 19 19 22 Ao VC 131 150 52 53 51 51 51,8 Alumnio 100 20,4 Bronze 100 Mdia Material Carga (kgf) Dureza 41 44 37 38 36 59 59 59 59 59 39,2 Mdia

52 62 68 Lato 100 67 66 60 64,6 Ferro Fundido 100

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Discusso: Encontramos que a mdia de dureza do Ao comum a menor e que a de lato maior, pudemos perceber tambm que as mdias esto com valores vem prximos (diferente do Mtodo Vickers), possivelmente devido a rea da pea, que levada em conta.

CONCLUSES Na cincia dos materiais, dureza a propriedade caracterstica de um material slido, que expressa sua resistncia a deformaes permanentes e est diretamente relacionada com a fora de ligao dos tomos. Desde que haja um referencial intermedirio, a resistncia oferecida por uma determinada liga padro penetrao de um outro material que fornecer o ndice de dureza para os metais, sendo, portanto, de particular interesse para avaliar a resistncia ao desgaste, o grau de endurecimento superficial por tratamentos trmicos e a resistncia mecnica em geral do material, uma vez que as caractersticas mecnicas de sua superfcie associadas ao grau de transferncia trmica que respondero como um todo. No entanto, um fator que gera imprecises neste tipo de ensaio o de que os materiais tendem a deformar a impresso deixada aps a remoo da carga, devido excessiva elasticidade ou grande aderncia por plasticidade.

Estes ensaios de dureza so realizados mais freqentemente do que outros ensaios mecnicos devido aos seguintes fatores:

So simples e de baixo custo no necessrio a preparao de outro material e o equipamento relativamente pouco dispendioso; Os ensaios no so destrutivos (em geral) o material no fraturado ou excessivamente deformado, sendo deixada apenas uma pequena impresso. (Porm, um ensaio com penetrador maior, tal como o de dureza Brinell, pode ser considerado destrutivo);

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1]Callister, William D., Cincia e Engenharia dos materiais: uma introduo, Editora LTC, So Paulo, Brasil. 2000 [2]Souza, Srgio Augusto de; Ensaios Mecnicos em materiais metlicos,Editora Edgard Blucher Ltda, So Paulo, Brasil, 1974 [3]AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials, E 18-89a, Estados Unidos da Amrica,1989. [4]AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). Standard Test Methods for Brinell Hardness of Metallic Materials, E 10-84, Estados Unidos da Amrica,1989. [5]AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). Standard Test Methods for Vickers Hardness of Metallic Materials, E 92-82, Estados Unidos da Amrica,1987.

[6]http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza