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Ensaios Mecnicos de Materiais

Aula 3 Ensaio de Dureza

Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

Tpicos Abordados Nesta Aula Ensaio de Dureza. Dureza Brinell. Dureza Rockwell.

Aula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

Dureza Vickers.


Definies de DurezaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

DurezaDureza - propriedade mecnica muito utilizada naespecificao de materiais, nos estudos e pesquisamecnicas e metalrgicas e na comparao de materiaisdiversos.

Outros significados conforme a rea de aplicao:


Mecnica - resistncia penetrao de um material emoutro.

Usinagem - resistncia ao corte de um metal. Mineralogia - resistncia ao risco de um material sobre o

outro. Metalurgia - resistncia deformao plstica permanente.


DurezaDureza - Propriedade de um material que permite a eleresistir deformao plstica (permanente), usualmentepor penetrao.

O termo dureza tambm pode ser associado resistncia flexo, risco, abraso ou corte.


flexo, risco, abraso ou corte.


EnsaiosEnsaios dede DurezaDureza A maioria dos ensaios de durezaestticos consiste na impresso de uma pequena marcafeita na superfcie da pea, pela aplicao de presso, comuma ponta de penetrao.

A medida da dureza do material dada em funo das


A medida da dureza do material dada em funo dascaractersticas da marca de impresso e da cargaaplicada.

Objetivos dos Ensaios de DurezaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

ConhecimentoConhecimento dada resistnciaresistncia aoao desgastedesgaste..

ConhecimentoConhecimento aproximadoaproximado dada resistnciaresistncia mecnicamecnica atravsatravsdodo usouso dede tabelastabelas dede correlaocorrelao..

ControleControle dede qualidadequalidade dede tratamentostratamentos trmicostrmicos..


ControleControle dede qualidadequalidade dede tratamentostratamentos trmicostrmicos..

ControleControle dede qualidadequalidade emem processosprocessos dede conformaoconformaoplsticaplstica ee emem processosprocessos dede ligaoligao..

PesquisaPesquisa ee desenvolvimentodesenvolvimento dede novasnovas ligasligas ee materiaismateriais..

Principais Tipos dos Ensaios de DurezaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

PorPor riscorisco Dureza Mohs PorPor choquechoque ouou ressaltoressalto Dureza Shore PorPor penetraopenetrao Dureza Brinell

Dureza Meyer Dureza Vickers


Dureza Vickers Dureza Rockwell

O ensaio de dureza considerado no destrutivo; deixauma pequena marca no material, no comprometendo autilizao da pea ou corpo de prova.

Dureza de RiscoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

MohsMohs - Primeiro mtodo padronizado de ensaio de durezabaseado no processo de riscagem de minerais padres,desenvolvido por Mohs, em 1822.

Consiste de uma escala


de10 minerais, organizadosde tal forma que odiamante, material maisduro, risca todos os outros.


MohsMohs um mtodo pouco utilizado nos materiaismetlicos, pois, a maioria dos metais apresenta durezasMohs entre 4 e 8, e pequenas diferenas de dureza noso acusadas por este mtodo.

Exemplo: Ao dctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs,


Exemplo: Ao dctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs,a mesma dureza Mohs de um ao temperado.

Mais aplicado na mineralogia.


BierbaumBierbaum - Microdureza Bierbaum - Consiste na aplicaode uma fora de 3gf, por meio de um diamantepadronizado, com formato igual a um canto de cubo comngulo de contato de 35, sobre uma superfcie previamentepreparada por polimento e ataque qumico.


A dureza Bierbaum determinada a partir da medio dalargura do risco, realizada por meio de um microscpio(quanto menor essa medida maior a dureza).

Tambm um mtodo pouco utilizado.

ShoreShore Ensaio Dinmico - A impresso causada pelaqueda livre de um mbolo. Utiliza uma barra de ao(mbolo) de peso 2,5 N, com uma ponta padronizada(arredondada) de diamante colocada dentro de um tubo devidro com um escala graduada de 0 a 140, tal barra liberada de uma altura padro (256 mm),

Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressaltoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

O valor da dureza proporcional energia consumidapara formar a marca no corpo de prova e representada pelaaltura alcanada no rebote do mbolo. Materiais dcteisconsomem mais energia na deformao do corpo e ombolo alcana uma altura menor no retorno, indicandouma dureza mais baixa.


Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressalto OO EscleroscpioEscleroscpio um

dos mais antigosdispositivos de mediode dureza. Foi criadoem 1905 pela ShoreInstrument Mfg Co.



Instrument Mfg Co.

a) Original, com tubograduado.

b) Com escala.

Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressalto O EscleroscpioO Escleroscpio



CuidadosCuidados nono TesteTeste

O material a ser testado deve ser firmemente apoiadopara evitar vibraes que podem alterar a leitura;

O mbolo deve cair e retornar na direo vertical, portantoa superfcie a testar deve estar exatamente na direo



a superfcie a testar deve estar exatamente na direohorizontal.

CuidadosCuidados nono TesteTeste

A superfcie a medir deve ser lisa. Superfcie rugosa podeabsorver o impacto do mbolo e fornecer um valor menordo que o real;

O impacto sobre a pea causa endurecimento localizado



O impacto sobre a pea causa endurecimento localizadosobre a rea de contato. O impacto s deve ser feito umavez sobre um mesmo ponto.

VantagensVantagens

Equipamento porttil e de fcil utilizao;

Possibilidade de medir dureza de peas degrandes dimenses que no podem sercolocadas e maquinas de dureza por

Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressalto

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colocadas e maquinas de dureza porpenetrao;

A impresso Shore pequena e pode serutilizada para medir durezas de peas jacabadas.


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DesvantagensDesvantagens

Deve ser executado com o tubo perfeitamentena vertical;

Muito sensvel ao acabamento superficial;

Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressalto

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Medies em peas pouco espessas sosensveis ao tipo de apoio;

Peas pouco espessas ou de baixa rigidezpodem entrar em vibrao com o impacto.


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Durmetro ShoreDurmetro Shore

uma evoluo do antigo escleroscpio - O princpio de medio de queda de peso foi substituido por um sistema de medio por mola.


medio por mola.

Utilizado para medir a dureza de endentao de borrachas, plsticos e materiais com comportamento similar.


DurmetroDurmetro ShoreShore

O material submetido a uma presso aplicada atravs deuma mola calibrada que atua sobre o endentador, quepode ser esfrico ou cnico. Um dispositivo de indicaofornece a profundidade de endentao. O valor da dureza


fornece a profundidade de endentao. O valor da dureza dado pela profundidade da penetrao.


DurmetroDurmetro ShoreShore EscalasEscalas ShoreShore

As diferentes escalas Shore foram criadas utilizando:7 diferentes de endentadores5 diferentes molas2 diferentes extenses do endentador


2 diferentes extenses do endentador2 diferentes especificaes dos suportes

As escalas A e D so as mais utilizadas. Como osmateriais respondem de forma diferente s diferentesescalas, no h correlao entre escalas.


DurmetroDurmetro ShoreShore - Caractersticas do Processo

Os resultados obtidos so medidas teis de resistnciarelativa endentao para vrias gamas de polmeros.

No serve para prever outras propriedades comoresistncia a abraso ou desgaste.


resistncia a abraso ou desgaste.

No deve ser usado sozinho para especificao de projetodo produto.


Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressalto Durmetro ShoreDurmetro Shore



Os ensaios de penetrao baseiam-se em produzir umadeformao permanente na superfcie de um material pelaaplicao de uma carga, durante um determinado intervalode tempo, atravs de um penetrador.

So os ensaios mais utilizados atualmente.

Dureza por penetraoDureza por penetraoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

So os ensaios mais utilizados atualmente.


DurezaDureza BrinellBrinell

Proposta por Brinell em 1900, leva o seu nome e simbolizada por HB ( Hardness Brinell), o tipo mais usadona engenharia. definida por N/mm ou kgf/mm.Exemplo de representao: 360 HBS 5 / 750 / 10.

Dureza por Dureza por PenetraoPenetraoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

Exemplo de representao: 360 HBS 5 / 750 / 10.360 a dureza obtida,HBS o material da esfera (HBS=Ao e HBW=Tunstnio),5 dimetro da esfera,750 a fora utilizada no ensaio,10 durao da aplicao da fora.


Dureza BrinellDureza Brinell

Consiste em fazer penetrar lentamente a superfcie do material com uma esfera de ao endurecido ou metal duro com 10mm de dimetro D, sob a ao de uma fora


de dimetro D, sob a ao de uma fora Fde 3000 kgf.

Em materiais mais moles, para reduzir endentao excessiva, pode-se reduzir a fora para 1500 ou 500 kgf.


DurezaDureza BrinellBrinell

A carga aplicadapor 10 ou 15segundos no caso deFoFo ou ao , e peloAc = pi.D. p


FoFo ou ao , e pelomenos 30 segundospara outros metais.Quanto menor aimpresso (caloteesfrico) de dimetrod maior a durezado material.


Ac = pi.D. p

Muito pequeno, difcil medio

Dureza BrinellDureza Brinell



Dureza por Dureza por PenetraoPenetrao DurezaDureza BrinellBrinell

Impresso normal. Defeito Aderncia

do material esfera durante a



esfera durante aaplicao da carga.

Defeito - bordasesto abauladas,dificultando a leiturado dimetro.

DrurezaDrureza BrinellBrinell Correlao de dureza e resistncia atrao

Para alguns materiais, a resistncia trao pode serestimada a partir da dureza Brinell com a relao:

(Kgf / mm)



A tabela abaixo d alguns valores de k.

Material Ao-carbono Ao-liga Cobre, lato Bronze laminadoBronze fundido

k 0,36 0,34 0,40 0,22 0,23

Material Liga Al Cu Mg Liga Al MgOutras ligas Mg

Alumnio fundido -

k 0,35 0,44 0,43 0,26 -

(Kgf / mm)

Onde k um valor tabelado para cada material

Dureza BrinellDureza Brinell Vantagens

Baixo custo de equipamentos;

Baixo tempo de preparao das superfcies;

nico possvel para materiais pouco homogneos.

Dureza por Dureza por PenetraoPenetrao

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nico possvel para materiais pouco homogneos.


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Dureza Dureza BrinellBrinell Desvantagens

No linearidade carga-impresso;

Dureza mxima admissvel baixa (500HB); Necessrio um acabamento superficial mnimo;

Dureza por Dureza por PenetraoPenetrao

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Necessrio um acabamento superficial mnimo;

Sujeito a erro de medio pelo operador; Impresses grandes, podem inutilizar a pea.


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Formulao MatemticaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Exemplo de ClculoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Tabela de Dureza BrinellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Condies para Realizao do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Valores dos Fatores de Carga



Dimetro da EsferaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Soluo do ExemploAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Representao dos ResultadosAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Tempo de Realizao do Ensaio



Vantagens e Limitaes do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Dureza MeyerDureza Meyer

Apresenta um nmero de dureza que representa umaaproximao muito melhor que o mtodo de Brinell (asforas laterais na superfcie inclinada da calota tendem a seanular.



anular.

Lei de Meyer; para uma dada esfera de diamante D, existeuma relao entre carga aplicada e o dimetro daimpresso. FF == kdkd

K = Constante do material que indica a resistncia do metal.N = ndice de Meyers e se relaciona com o grau do encruamentodo material

HM = 4FAc = dHM = F

Dureza por Dureza por PenetraoPenetrao DurezaDureza MeyerMeyer

Idntica a dureza Brinell, mas em vez da rea da calotaimpressa usa a rea da calota projetada no plano dasuperfcie.



HM = 4Fd

Ac = d4

HM = FAc

HM definida como presso media na rea projetada. Mtodo pouco utilizado nos metais.

Dureza RockwellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. RodriguesAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Ensaio RockwellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Penetradores de Dureza Rockwell



Descrio do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Dureza por penetraoDureza por penetrao Dureza RockwellDureza Rockwell

Mtodo mais utilizado internacionalmente.

A denominao deve-se de sua proposta ter sido feita pela indstria Rockwell, dos Estados Unidos, em 1922.



No apresenta relao com a rea da impresso.

O nmero de dureza sempre citado com o smbolo HR, seguido da escala utilizada (A, B, C, D, E...).

Dureza RockwellDureza Rockwell

Uma segunda carga (100 kg) introduzida, aumentando a penetrao (c).

Atingido novamente o equilbrio a carga removida, mantendo-se a pr-carga (d). A remoo da carga provoca


mantendo-se a pr-carga (d). A remoo da carga provoca uma recuperao parcial, reduzindo a profundidade da penetrao (HR = E e).


O ensaio consiste em endentar o material com um cone de diamante, com ngulo de 120o e ponta arredondada (r = 2mm), ou de esfera de ao endurecido (a).

O endentador pressionado contra a superfcie do corpo de


O endentador pressionado contra a superfcie do corpo de prova com uma pr-carga F0 , usualmente de 10kgf . Quando o equilbrio atingido a profundidade de penetrao ajustada para a posio zero (b).

F0 aplicada pelo ajuste da alavanca

Dureza por penetraoDureza por penetrao Dureza RockwellDureza Rockwell




Dureza por penetraoDureza por penetraoAproximao do endentador

Introduo da carga menor

Marcao da posio de equilbrio - zeragem Adio da fora maior

Marcao da segunda posio de equilbrio


Remoo da carga maior -recuperao

Posio final de leitura profundidade e

Dureza Rockwell Dureza Rockwell - Vantagens

Rapidez; Iseno de erros humanos; Pequeno tamanho de impresso;

Dureza por penetraoDureza por penetrao

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Pequeno tamanho de impresso; As superfcies no necessitam de polimento; Pequenas irregularidades so eliminadas

pela pr-carga; No necessita de sistema ptico; Equipamento mais simples.


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Dureza Dureza RockwellRockwell Desvantagens

Escala C s para aos temperados;

Necessidade de usar muitas escalas e esferas diferentes para abranger toda a gama de materiais possveis.


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materiais possveis.

No uma escala contnua de dureza. Funciona para faixas de dureza.

O valor de HR no tem relao com a resistncia trao dos materiais ensaiados.


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Modelo do Penetrador de DiamanteAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Equipamento para Ensaio RockwellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Leitura do ResultadoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Ensaio de Dureza VickersAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


DurezaDureza VickersVickers

Consiste em endentar o material sob teste com umendentador de diamante, na forma de uma pirmide retade base quadrada e um ngulo de 136o entre as facesopostas, utilizando carga de 1 a 100 kgf.


opostas, utilizando carga de 1 a 100 kgf.

A carga aplicada durante um tempo de 10 a 15segundos.


Dureza VickersDureza Vickers


Aproximao do endentador Aplicao da carga



Aspecto da impresso e posio das medidas

DurezaDureza VickersVickers

As duas diagonais da endentao deixadas na superfciedo material so medidas usando-se um microscpio. Comos valores lidos calcula-se a mdia aritmtica. A seguircalcula-se a rea da superfcie inclinada da endentao.


calcula-se a rea da superfcie inclinada da endentao.

A dureza Vickers o quociente obtido dividindo a carga(em kgf) pela rea da endentao.


HV = FA 136

2

d 2 sen

A =

F x 2 sen 68 d

HV =1,8544 x F

dHV =

Dureza por penetraoDureza por penetrao Dureza VickersDureza Vickers



d d

F = carga em kgfd = mdia entre as duas diagonais, d1 e d2 em mmHV = dureza Vickers

Exemplo de medida:540 HV 20/20Valor da dureza;Valor da fora;Durao da aplicao da fora.

Dureza por penetraoDureza por penetrao Dureza VickersDureza Vickers



Durmetro Brinell e VickersDurmetro Porttil Vickers

Dureza Dureza VickersVickers

A Microdureza Vickersenvolve o mesmo procedimento, s que utiliza cargas menores que 1 kgf


cargas menores que 1 kgf

Pode ter valores to pequenos como 10 gf.


Microdureza Vickers


Dureza Dureza VickersVickers

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. Conhecendo as medidas das diagonais e a sua mdia d, possvel calcular a dureza Vickers atravs da equao.


Vickers atravs da equao.

Uma grande desvantagem do mtodo de microdureza Vickers fato de que seus resultados vm influenciados pela medio do operador do microdurmetro, que responsvel por ler as medidas deixadas pela impresso do penetrador.

1,8544 x F d

HV =

Dureza por penetraoDureza por penetrao Dureza Dureza VickersVickers

O mtodo de microdureza automatizada independente do operador etem dado bons resultados com grande confiabilidade alm de permitiruma analise mais completa do material, adicionando mais recursos aoensaio.



ensaio.

Suwanprateeb (1998), realizou uma anlise geomtrica do penetradorVickers e encontrou a frmula em funo da profundidade h dapenetrao no material. Como demonstra a equao, o que facilitou aautomatizao do ensaio.

1,8544 x F cos 74 4 x h x cos 16

HV =


Passos do ensaio automatizado de Passos do ensaio automatizado de microdurezamicrodureza VickersVickers1. Contato: o programa busca um contato com o material. Ele verifica o

valor da carga exercida a cada passo executado pelo motor, at que o valor da carga saia de zero;



valor da carga saia de zero;

2. Carga: O programa executa passos no motor, aplicando uma carga crescente sobre o material, verificando o valor da carga a cada passo executado, at atingir a carga pr-determinada;

3. Fase de fluncia: O programa mantm o processo inerte por um intervalo de tempo previamente estabelecido;

Dureza por penetraoDureza por penetrao DurezaDureza VickersVickers

4. Descarga: O programa executa passos no motor na direo inversa atatingir a carga inicial, verificando o valor da carga a cada passo;

5. Clculo da dureza: O programa desliga o motor, conta o nmero depassos executados e traa uma curva de todo o processo. Nessa



passos executados e traa uma curva de todo o processo. Nessacurva, observa-se a diferena entre o nmero de passos executadosna fase de carga e descarga, e a partir desse valor calcula a dureza domaterial, onde cada passo representa o deslocamento vertical dopenetrador em aproximadamente 21 nm.


Alm de fornecer a dureza, pode; Disponibilizar os valores do mdulo de elasticidade do

material;



Fornece tambm os dados da curva de carga versusprofundidade (tenso x deformao);

Podendo ainda, em alguns equipamentos, captar imagensdas impresses deixadas pelo penetrador, mesmo que essapossua escala nanomtrica.

Dureza Vickers Dureza Vickers - Vantagens

Escala contnua;

Grande preciso de medida (deformao nula do penetrador);


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Possibilidade de fazer impresses muito pequenas;

Possibilidade de medir durezas em todos os materiais.


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Dureza Vickers Dureza Vickers - Desvantagens

Regulagem de velocidade mais crtica (mais moroso);

Superfcie muito mais cuidada (maiores ampliaes);


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(maiores ampliaes); Ensaio globalmente menos econmico.


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Clculo da Dureza VickersAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Clculo da rea de ImpressoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Aplicao da EquaoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Representao do Resultado do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Cargas Utilizadas no EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Defeitos de ImpressoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Prxima Aula Ensaio de Dobramento.



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