Relatório 1 - Ensaio de Dureza

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 SolteiraDepartamento 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 DOS SANTOS

200710601 CARLOS EDUARDO DRUBI MARTINS

200712401 LUCAS MUNHOZ MEORALLI

Docente:

Celso Riyoitsi Sokei

Relatório 01 – Ensaio de Dureza1


Sumário

1. OBJETIVOS.......................................................................................................................3

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA................................................................................................3

2.1. ENSAIO DE DUREZA BRINELL..................................................................................4

2.2. ENSAIO DE DUREZA VICKERS.................................................................................4

2.3. ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL............................................................................5

3. PARTE EXPERIMENTAL................................................................................................6

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS..................................................................................8

5. DISCUSSÃO....................................................................................................................11

6. CONCLUSÃO..................................................................................................................12

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................12



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:

. (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:

.

(2)

2.3. ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL

O ensaio de dureza Rockwell é geralmente realizado em corpos de

prova de aço 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 lido diretamente 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


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


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




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


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.


Relatório 1 - Ensaio de Dureza

Documents

Transcript of Relatório 1 - Ensaio de Dureza