relatório 1 - ensaio de dureza

5/14/2018 Relat rio 1 - Ensaio de Dureza - slidepdf.com

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Laboratório de Materiais de Construção Mecânica II

UNESP – Universidade Estadual Paulista

“Julio de Mesquita Filho” – Campus de Ilha Solteira

FEIS – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira

Departamento de Engenharia Mecânica

Laboratório de Materiais II

Ensaio de Dureza

Discentes:

200712481 BRUNO ALBERTINI BELENTANI

200710261 ERICKSON FABIANO MOURA

SOUSA SILVA

200710411 MILTON JUNIOR TEIXEIRA DOSSANTOS

200710601 CARLOS EDUARDO DRUBIMARTINS

200712401 LUCAS MUNHOZ MEORALLI

Docente:

Relatório 01 – Ensaio de Dureza 1




Celso Riyoitsi Sokei

Sumário

Sumário ........................................................................................................................................21. OBJETIVOS ............................................................................................................................3

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA ....................................................................................................32.1. ENSAIO DE DUREZA BRINELL ......................................................................................42.2. ENSAIO DE DUREZA VICKERS ......................................................................................42.3. ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL ................................................................................53. PARTE EXPERIMENTAL .....................................................................................................64. RESULTADOS EXPERIMENTAIS ......................................................................................85. DISCUSSÃO .........................................................................................................................106. CONCLUSÃO .......................................................................................................................117. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................11





1. OBJETIVOS

Compararmos experimentalmente as diferenças nas propriedades mecânicas

de materiais metálicos com composições e tratamentos térmicos diferentes, além de

comprovarmos se a relação entre os ensaios Brinell, Rochwell e Vickers se mantém.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

A propriedade mecânica denominada dureza é largamente utilizada na

especificação de materiais, nos estudos e pesquisas mecânicas e metalúrgicas e na

comparação de diversos tipos de materiais. Entretanto, o conceito físico de dureza

não tem o mesmo significado para todas as pessoas que tratam com essa

propriedade.

Essa conceituação divergente de dureza depende da experiência de cada um

ao estudar o assunto. Para um metalurgista, dureza significa a resistência à

deformação plástica permanente; um engenheiro mecânico define dureza como a

resistência à penetração de um material duro no outro; para um projetista, a dureza

é considerada uma base de medida para o conhecimento de resistência e do

tratamento térmico ou mecânico de um metal e da sua resistência ao desgaste; para

um técnico em usinagem de metais, a dureza fornece uma medida da resistência ao

corte do metal; e para um mineralogista, a dureza tem um significado diferente, ou

seja, o de medir a resistência ao risco que um material pode fazer no outro.

Assim sendo, não é possível encontrar uma definição única de dureza que

englobe todos os conceitos acima mencionados, mesmo porque para cada um

desses significados de dureza, existem um ou mais tipos de medidas adequadas.

Sob esse ponto de vista, pode-se dividir o ensaio de dureza em três principais tipos

de ensaio que dependem da maneira com que são executados: ensaios por





penetração, por choque e por risco, sendo este último raramente utilizado para os

metais.

Os ensaios por penetração e por choque são os mais usados no ramo da

Metalurgia e da Mecânica, sendo que a dureza por penetração é mais largamente

utilizada e citada nas especificações técnicas.

A seguir, daremos as definições do ensaio de Brinell, Vickers e Rockwell para

a determinação da dureza por penetração.

2.1. ENSAIO DE DUREZA BRINELL

O ensaio de dureza Brinell é realizado mais constantemente em corpos de

alumínio, latão e aço recozido. As cargas são aplicadas utilizando-se de um

penetrador de aço temperado em forma esférica.

Este tipo de ensaio de dureza por penetração foi proposto por J. A. Brinell em

1900, sendo o tipo de ensaio mais usado na Engenharia até os dias atuais.

O ensaio consiste em comprimir lentamente o penetrador esférico de

diâmetro D por meio da aplicação de uma carga Q sobre uma superfície plana e

polida durante um determinado espaço de tempo. Essa compressão provocará uma

impressão permanente no metal com o formato de uma calota esférica de diâmetro

d, que é medido por um microscópio óptico. O valor do diâmetro d deve ser a média

de duas leituras, uma perpendicular à outra.

A dureza Brinell (HB) é definida por:

( )22

dDDD

Q2HB

−−π

= . (1)

2.2. ENSAIO DE DUREZA VICKERS

Os ensaios de dureza Vickers são realizados em vários tipos de materiais.





Esse ensaio de dureza foi introduzido em 1925 por Smith e Sandland e foi

batizado com o nome Vickers porque a companhia Vickers-Armstrong Ltda foi a

responsável pela fabricação das máquinas mais conhecidas por operar com esse tipo

de dureza.

A espécie de penetrador utilizado nesse tipo de ensaio é uma pirâmide de

base quadrada, com ângulo de 136° entre as faces opostas. Com esse ângulo, pode-

se produzir valores de impressão semelhantes aos da dureza Brinell. O penetrador é

de diamante, sendo portanto praticamente indeformável.

A forma da impressão é um losango regular. Com um microscópio óptico faz-

se a leitura das medidas de suas diagonais, tirando-se uma média L.

A dureza Vickers (HV) é obtida por meio da seguinte equação:

2L

Q854,1HV = . (2)

2.3. ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL

O ensaio de dureza Rockwell é geralmente realizado em corpos de prova deaço temperado.

Este tipo de ensaio de dureza foi introduzido em 1922 por Rockwell, motivo

pelo qual leva o nome. Este ensaio oferece algumas vantagens bastante

significativas sobre os demais, o que o faz um tipo de ensaio de extenso uso

internacional.

A dureza Rockwell elimina o tempo necessário para a medição de qualquer

dimensão causada pela impressão, pois o valor da dureza do material é lidodiretamente na máquina de ensaio, sendo portanto um ensaio mais rápido e menos

sujeito a erros humanos. Além disso, utilizando-se penetradores pequenos, muitas

vezes não danificamos a peça a ser usada como corpo de prova.





O ensaio é baseado na profundidade da penetração. Além da aplicação da

carga total sobre o penetrador, existe uma carga menor, a pré-carga, que é aplicada

com o objetivo de eliminar os efeitos da deformação elástica do material.

O valor da dureza Rockwell (HR), ao contrário dos valores obtidos nos demais

ensaios, é adimensional.

Nos ensaios Brinell e Vickers a distância mínima do centro de uma impressão

ao bordo do corpo de prova ou ao bordo de qualquer outra impressão dever ser no

mínimo de 2,5d.

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. MATERIAIS UTILIZADOS

• Aço ao carbono 1040 recozido,

• Aço ao carbono 1040 temperado,

• Alumínio comercial,

• Latão.

3.2. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

• Durômetro Biro VA-I,

• Durômetro HPO-250.

3.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.3.1. DUREZA BRINELL





Realizamos este ensaio nos corpos de prova de alumínio, latão e aço ao

carbono 1040 recozido e aplicamos as cargas utilizando o penetrador de esfera de

aço temperado de diâmetro 2,5 mm. Não realizamos este ensaio no corpo de prova

de aço ao carbono 1040 temperado, pois o penetrador também é feito de aço ao

carbono 1040 temperado o que poderia ocasionar a deformação também na esfera.

Pelo o diâmetro da esfera que estamos utilizando, as cargas recomendadas

para cada corpo de prova são: 31,25kgf para o alumínio, 62,50kgf para o latão e

187,50kgf para o aço ao carbono 1040 recozido.

A imagem na impressão foi ampliada 70 vezes. Com esta ampliação cada

divisão da escala graduada mede 0,1mm e corresponde a 10 divisões do nômio,

cada subdivisão no tambor equivale a 1 décimo da divisão do nômio.

Realizamos três ensaios para cada material, onde em cada ensaio duas

medidas diferentes de d, e a partir da Equação (1) calculamos o valor da dureza

Brinell para tais materiais.

3.3.2. DUREZA VICKERS

Realizamos o ensaio de dureza Vickers nos corpos de prova de alumínio, latão

e nos de aço ao carbono 1040 recozido e temperado. Para o alumínio utilizamos a

carga de 20kgf, para o latão utilizamos uma carga de 30kgf, e para os aços ao

carbono 1040 recozido e temperado a carga utilizada foi de 40kgf.

A imagem neste ensaio também foi ampliada em 70 vezes, utilizando-se do

mesmo aparelho da dureza Brinell, porém agora, utilizamos um penetrador piramidal

de diamante.

Realizamos três ensaios para cada material, onde em cada ensaio as duas

medidas das diagonais foram determinadas, e a partir da Equação (2) calculamos o

valor da dureza Vickers para tais materiais.





3.3.3. DUREZA ROCKWELL C

Realizamos esse ensaio somente no corpo de prova de aço ao carbono 1040

temperado. Nele utilizamos uma pré-carga de 10kgf, e a carga total aplicada no

ensaio Rockwell C foi de 150kgf, sendo que mantemos a distância mínima entre o

centro de duas impressões ou o centro de uma delas ao bordo do corpo de prova de

pelo menos 3 mm.

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS

4.1. DUREZA BRINELL

Para cada material, realizamos três ensaios, onde em cada ensaio realizamos

duas medidas diferentes para o diâmetro da penetração da esfera, a Tabela 1 nos

fornece tais dados obtidos.

Tabela 1 – Dados obtidos no ensaio de dureza Brinell.

Material Ensaio d1 (mm) d2 (mm)

Latão

1 0,853 0,855

2 0,858 0,868

3 0,882 0,884

Alumínio

1 0,625 0,624

2 0,636 0,623

3 0,617 0,636

Aço ao carbono 1040 recozido

1 0,971 0,960

2 0,963 0,966

3 0,955 0,950

A partir dos dados da Tabela 1, calculamos a média aritmética da

profundidade de impressão para cada material e com o auxílio da Equação (1)

calculamos o valor da dureza Brinell para cada material. A Tabela 2, nos fornece os





valores médios da impressão, o valor da carga utilizado para tal e o valor da dureza

Brinell para cada material ensaiado.

Tabela 2 – Valores utilizados para o cálculo da dureza Brinell e o valor da dureza

Brinell para cada material ensaiado.

Material dmédio (mm) Q (kgf) HB (kgf/mm2)

Latão 0,867 62,5 102,63

Alumínio 0,627 31,25 99,64

Aço ao carbono 1040 recozido 0,961 187,5 248,70

4.2. DUREZA VICKERS

Para cada material, realizamos três ensaios, onde em cada ensaio realizamos

as medidas das diferentes diagonais da impressão deixada pela pirâmide de base

quadrada, a Tabela 2 nos fornece tais dados obtidos.

Tabela 3 – Dados obtidos no ensaio de dureza Vickers.

Material Ensaio L1 (mm) L2 (mm)

Latão

1 0,722 0,727

2 0,726 0,728

3 0,712 0,705

Alumínio

1 0,592 0,597

2 0,598 0,594

3 0,600 0,593

Aço ao carbono 1040 recozido

1 0,542 0,541

2 0,525 0,524

3 0,539 0,529

Aço ao carbono 1040 temperado

1 0,335 0,327

2 0,327 0,320

3 0,326 0,328

A partir dos dados da Tabela 3, calculamos a média aritmética da

profundidade de impressão para cada material e com o auxílio da Equação (2)

calculamos o valor da dureza Vickers para cada material. A Tabela 4, nos fornece os





valores médios da impressão, o valor da carga utilizado para tal e o valor da dureza

Vickers para cada material ensaiado.

Tabela 4 – Valores utilizados para o cálculo da dureza Vickers e o valor da dureza

Vickers para cada material ensaiado.

Material Lmédio (mm) Q (kgf) HV (kgf/mm2)

Latão 0,720 30,00 107,32

Alumínio 0,596 20,00 104,41

Aço ao carbono 1040 recozido 0,533 40,00 261,10

Aço ao carbono 1040 temperado 0,327 40,00 693,69

4.3. DUREZA ROCKWELL C

Esse ensaio foi realizado somente no corpo de prova do aço ao carbono 1040

temperado, nele aplicamos uma pré-carga de 10kgf, e logo em seguida aplicamos a

carga restante para completar o ensaio de dureza Rockwell C, ou seja, uma carga de

140kgf. A Tabela 5, fornece os valores da dureza obtidos em três ensaios.

Tabela 5 – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell C.

Material Ensaio HR

Aço ao carbono 1040 temperado

1 58,00

2 58,00

3 58,50

Com os dados obtidos pela Tabela 5, podemos concluir que a dureza média

do aço ao carbono 1040 temperado é de 58,16 HR.

5. DISCUSSÃO

Ao analisarmos os diversos experimentos observamos uma coerência entre os

valores de dureza, sendo que para os ensaios Brinell e Vickers obtivemos valores

crescentes de dureza ao ensaiarmos os corpos de prova de alumínio, latão e aço ao





carbono 1040 recozido respectivamente, sendo o ensaio Brinell para o aço ao

carbono 1040 temperado não recomendado devido à elevada deformação da esfera.

Como a impressão no ensaio de dureza Brinell abrange uma área de contato

maior do que as impressões dos outros ensaios, ela é a mais recomendada para

metais que tenham uma estrutura interna não uniforme, como é o caso dos ferros

fundidos cinzentos.

O ensaio de dureza Vickers não é tão prático como os demais ensaios pois

exige uma cuidadosa preparação do corpo de prova de modo a promover uma

impressão mais nítida.

6. CONCLUSÃO

Concluímos, portanto, que o ensaio Vickers é um dos mais versáteis podendo

medir uma grande amplitude de dureza com extrema precisão, porém é um dos

menos utilizados na prática, sendo os ensaios Brinell e Rockwell mais utilizados. O

ensaio Brinell não é recomendado para materiais de elevada dureza superficial

devido à deformação ocorrida na esfera já a dureza Rockwell é mais prática e obtida

diretamente no aparelho medidor de dureza.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SOUZA, S. A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos . 3.ed. São Paulo:

Editora Edgard Blücher LTDA, 1977. 216p.


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