Unidade Tematica2

7/23/2019 Unidade Tematica2

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Metalurgia da Soldadura II-II-1

Ensaio de Tracção e de Dureza

UNIDADE TEMÁTICA II – ENSAIO DE TRACÇÃO E DE DUREZA

ÍNDICE TEMÁTICO

1 - Introdução2 - Ensaios destrutivos3 - Ensaio de tracção4 - Ensaios de dureza5 - Actividades / avaliação

Objectivos Específicos

No final desta unidade temática, o formando deverá estar apto a:

• Descrever e distinguir os equipamentos usados e o tipo de grandezas físicasobtidas através de ensaios de tracção e de dureza.

• Deve ainda identificar aplicações típicas dos ensaios acima referidos emsoldadura, ou em Garantia da Qualidade / conformidade de soldaduras.





Introdução

Uma das componentes da avaliação da qualidade de um produto consiste em

submetê-lo a ensaios.

Realizam-se ensaios metrológicos, quando se pretende verificar as dimensões ou, porexemplo, o peso de determinada peça; os ensaios físico-químicos realizam-se paradeterminar características ou propriedades do material. Podem realizar-se aindaensaios Funcionais para avaliar o comportamento da peça em condições próximas dascondições de serviço. O ensaio de pressão a um reservatório, por exemplo, constituium ensaio funcional.

Os ensaios que exigem a destruição das peças são os Ensaios Destrutivos,designando-se por Não Destrutivos os ensaios em que após a inspecção as peçaspermanecem intactas.

A medição de espessuras da camada de tinta de uma peça pode efectuar-se porensaio destrutivo, se a operação se efectuar por meio da observação de um provete aomicroscópio, ou por um método não destrutivo, mediante a utilização de ultra-sons.

Apesar de a inspecção dimensional se efectuar sem que ocorra a destruição das peçase, portanto, dever ser considerada um método de ensaio não destrutivo, convencionou-se que a designação "Não Destrutivo" se aplica apenas aos ensaios metrológicos emque a avaliação de uma dimensão se efectua por métodos físicos indirectos, como sejaa medição da espessura de chapas muito finas por ultra-sons.

Os Ensaios Destrutivos, para além de provocarem a destruição das peças, fornecemresultados que correspondem à inspecção de uma zona específica de uma peça e nãoa todo o volume da mesma, assim como não reflectem, exactamente, a qualidade de

todas as peças de um lote.

Os Ensaios Não Destrutivos permitem praticar a inspecção a 100% e fornecemresultados relativamente a todo o volume de uma peça, ao mesmo tempo quecontribuem para melhorar o projecto de uma peça ou prevenir a ocorrência de falha deserviço.

Ensaios destrutivos

Os ensaios destrutivos, tal como o próprio nome indica, exigem a destruição domaterial a controlar, para se retirarem os provetes para o ensaio.

São ensaios utilizados fundamentalmente para determinar as características

mecânicas do material de base, material de adição ou material da junta soldada. O tipode ensaio a realizar é função da propriedade que se pretende determinar.Abordaremos assim em seguida os seguintes ensaios:

• Ensaios de Tracção• Ensaios de Dureza• Ensaios de Dobragem• Ensaios de Impacto• Ensaios de Fadiga

Ensaio de tracção

O ensaio de tracção é um dos ensaios destrutivos mais frequentemente utilizados, quer

por fornecer dados para projecto - sobre a resistência dos materiais -, quer por serutilizado como ensaio de controlo da qualidade de materiais ou produtos. A sua larga

Os Ensaios e aavaliação da Qualidadedo produto

Ensaios Destrutivos

Ensaios não destrutivos

Tipos de EnsaiosDestrutivos

Princípio do Ensaiode tracção





utilização fica a dever-se à relativa facilidade de execução e à reprodutibilidade daspropriedades determináveis.

O ensaio consiste em submeter um provete de geometria definida a um esforçocrescente de tracção aplicado continuamente até à rotura, e, em simultâneo, registar oalongamento do provete em função da força aplicada.

Quando a propriedade a determinar é a tensão de rotura regista-se apenas a cargasuportada pelo provete. Caso se pretendam determinar outras propriedades, procede-se ao registo simultâneo da força e do alongamento do provete. Os equipamentos deensaio consistem, na prática, em sistemas que medem a força necessária a essadeformação.

Os sistemas de amarração móveis dos provetes a ensaiar podem ser comandados porsem-fins accionados electricamente - máquinas electromecânicas - ou através de umactuador hidráulico - máquinas hidráulicas - (Fig. 1a) e Fig. 1b)) respectivamente).

Fig. 1 Esquema de máquinas universais de ensaio

Dados que se podemobter com o ensaiode tracção





Fig. 2 Equipamento para ensaio de tracção

Os sistemas de indicação de força podem ser de diversos tipos: molas, manómetrosde pressão, pendulares e os baseados em transdutores eléctricos (estes últimos são

os mais modernos e designam-se, normalmente, por células de carga).

Os equipamentos de ensaio devem garantir um correcto alinhamento dos provetes namáquina, pois apenas desse modo se assegura uma uniforme distribuição de esforçosaxiais. Devem, ainda, evitar escorregamentos dos provetes nos dispositivos de fixação.Para se garantir a reprodutibilidade de resultados, devem ser seguidas as condições eprocedimentos de ensaio estabelecidos em normas ou especificações e proceder aorespectivo registo no relatório de ensaio, sempre que se verifiquem desvios.

Podem-se distinguir dois tipos de ensaio de tracção uniaxial, nomeadamente:• Ensaio de tracção convencional.• Ensaio de tracção real.

O primeiro é mais correntemente utilizado, pelo que normalmente se designa apenascomo ensaio de tracção. O segundo é utilizado em trabalhos de desenvolvimento ouem estudos de comportamento de materiais submetidos a deformações plásticasimportantes.

Ensaio de tracção convencional

No ensaio de tracção convencional (ensaio de tracção), procede-se ao registo da curvatensão-deformação através de medições de carga-alongamento realizadas sobre oprovete.

Por tensão entenda-se a tensão longitudinal média no provete, calculada dividindo aforça aplicada (F), pela área da secção inicial do provete (So).

σ =F

So Equação 1

A deformação é, aqui, a deformação linear média que se determina dividindo oalongamento do comprimento de referência (∆∆∆∆L) pelo próprio comprimento inicialde referência (Lo).

ε =L

L =

L - LLo

o

o

∆

Equação 2

Equipamentosutilizados nos Ensaiosde Tracção

Tipos de ensaios detracção

Ensaios de TracçãoConvencional





Fig. 3 Provete submetido à tracção

Dado que, quer a tensão, quer a deformação se obtêm dividindo a força e oalongamento por constantes (So e Lo), a curva força-alongamento apresenta a mesmaforma da curva tensão-deformação.A forma e amplitude da curva tensão-deformação (Fig. 4) de um material metálicodependem da sua composição, tratamento térmico, passando de deformação plástica,bem como da velocidade da deformação, da temperatura e do estado de tensãoimpostos durante o ensaio.

Fig. 4 Curva de tensão-deformação

As propriedades mais frequentemente determinadas no ensaio de tracção são, por umlado, e conforme os casos, a tensão de rotura à tracção (Rm), a tensão de cedência(ReL/ReH) ou a tensão limite convencional (Re/Rt/Rp), e, por outro, a extensão apósrotura (A) e o coeficiente de estricção (Z), sendo que os primeiros se relacionam

com a resistência dos materiais e, os dois últimos com a ductilidade. Na curva detracção (tensão-deformação) podem-se distinguir diferentes zonas (Fig. 4):

Propriedadesmecânicas obtidas noensaio de tracção





OA - Zona elástica ou de deformação reversível ou recuperávelAB - Zona de deformação permanente homogénea ou de deformação plástica

uniformeBC - Zona de deformação plástica localizada ou não uniforme, também designada

por zona de estricção

Ensaios de dureza

Correntemente, são atribuídos diferentes significados à dureza. Assim, estapropriedade é muitas vezes entendida como uma medida de resistência dos materiaisa acções de origem mecânica que se exercem sobre a sua superfície, tais como odesgaste, a deformação plástica, a penetração, o corte por arranque de apara, o risco,etc. Se atendermos ao fenómeno físico que ocorre numa dureza por impressão, estapode ser entendida como uma medida da resistência do material à deformaçãoplástica. Ao longo do tempo desenvolveram-se técnicas para medição da dureza dosmateriais, as quais se foram estabelecendo por convenção. Estas técnicas, designadaspor ensaios de dureza, estão hoje em dia normalizadas e permitem quantificar deforma comparativa a propriedade mecânica a que chamamos dureza.

Tipos de ensaios Os ensaios de dureza podem ser agrupados, segundo os seus princípios defuncionamento, em ensaios de risco, ressalto e penetração.Ensaios de risco

Historicamente, o ensaio de risco foi o primeiro a ser desenvolvido, continuando aindahoje a ser largamente utilizado em mineralogia.

Definição de dureza por risco A dureza por risco consiste na capacidade, que um dado mineral apresenta de riscarou de resistir a ser riscado por outro mineral.

Definição de ensaio por risco O ensaio de dureza por risco é um ensaio comparativo em que se determina a durezariscando, entre si, o mineral em ensaio e outros de dureza conhecida. Este ensaiopressupõe a existência de um conjunto de minerais de referência, para os quais sedefiniu previamente a dureza.

Escala de MohsA escala de Mohs é o conjunto de minerais de referência mais divulgado. É constituídapor 10 minerais, designados termos, os quais estão ordenados segundo a sua durezae aos quais se atribuíram arbitrariamente valores de dureza de 1 a 10, respectivamentede menos duro para o mais duro.

O termos da escala de Mohs e os respectivos valores de dureza, que não têm qualquer

significado físico, são os seguintes:

Nº de dureza Termo da escala de Mohs1 Talco2 Gesso3 Calcite4 Flurite5 Apatite6 Ortóclase7 Quartzo8 Topázio9 Corindo10 Diamante

Ensaios de dureza

Tipos de ensaios deDureza

Ensaios por risco

Escala de Mohs





Técnica de ensaio

Riscar com o mineral de que se pretende conhecer a dureza os sucessivos termos da

escala de Mohs do menos duro para o mais duro.

Quando se atinge um termo que já não é riscado podem suceder 3 situações:• O mineral não risca nem é riscado pelo termo. Neste caso é lhe atribuído um valor

de dureza igual ao do termo.• O mineral não risca mas é riscado pelo termo, e risca e é riscado pelo termo

imediatamente anterior. A dureza do mineral é igual à deste último termo.• O mineral não risca mas é riscado por um termo e risca sem ser riscado pelo termo

imediatamente anterior. A dureza do mineral é igual à do termo de dureza inferioracrescido de 0,5.

Uma forma expedita de se efectuar a aproximação aos valores de dureza é riscar omineral com a unha, o alfinete, o canivete e a lima ou o vidro, os quais têm uma dureza

aproximada de 2, 3, 5 e 6 respectivamente.

Aplicações

Este ensaio, como se referiu no início, é ainda largamente aplicado em mineralogiapara quantificação da dureza dos minerais.

Vantagens e inconvenientes

Trata-se de um ensaio barato que não necessita de equipamento sofisticado.

A escala de dureza é constituída por um conjunto de valores discretos, com grandediferença entre si (baixa resolução).

O ensaio não tem capacidade para detectar pequenas diferenças de dureza.

Não há uniformidade nos intervalos de dureza entre termos sucessivos da escala deMohs.

Pelas razões apontadas, o ensaio não é aplicável a metais.

Ensaio de ressalto

Definição de dureza por ressalto

Dureza por ressalto é uma medida da capacidade que o material apresenta para

absorver a energia cinética de um corpo que embate na sua superfície.

O seu aparecimento deveu-se à impossibilidade de utilizar o ensaio Brinell em aços deelevada dureza, devido à deformação da esfera. Actualmente, este ensaio é utilizadofundamentalmente para medições "in situ" e para medições automáticas em cadeiasde fabrico em série.

Princípio de funcionamento

O seu princípio de funcionamento baseia-se na relação que existe entre a dissipaçãode energia mecânica e a dimensão da impressão causada pelo impacto de umpequeno martelo, contra a superfície do material a ensaiar.

A dissipação de energia é medida pela diferença entre a altura a que o martelo foilargado e a altura máxima atingida no primeiro ressalto.

Aplicações do Ensaiode risco





Quanto menor for a dureza, maior a energia absorvida no impacto do martelo, logomenor será a altura atingida no ressalto do martelo.

Equipamento e técnica de ensaio

O ensaio de dureza por ressalto mais utilizado é o ensaio Shore.Existem fundamentalmente quatro tipos de números de dureza a HSc, a HSd, aHFRSc e a HFRSd os quais estão ligados a diferentes concepções dos equipamentose a diferentes formas de determinar o final de escala. Estas diferenças conduzem avalores de dureza ligeiramente diferentes.

Existem dois tipos de equipamentos de ensaio designados por modelos C e D, ambosdesenvolvem a mesma energia cinética no momento do impacto, mas diferem naforma como a geram. No modelo C o martelo possui uma massa menor que o martelodo modelo D, mas é largado de uma altura superior. Martelo de massa 2g inserido nointerior de um tubo graduado de 0 a 140.

O martelo é constituído por um corpo cilíndrico com uma extremidade de diamante,com a forma indicada na Fig. 5.

Fig. 5 Dureza Shore – geometria do martelo

As dimensões do martelo e as alturas de queda para cada um dos modelos deequipamento são os seguintes:

Modelo C:

Diâmetro do martelo ............................................... 5,94 mmMassa do martelo ................................................... 2,300 gComprimento do martelo ....................................... 20,7 a 21,3 mmAltura de queda ...................................................... 251,2 mm

Equipamentos

Tipos de números dedureza





Modelo D:

Diâmetro do martelo ............................................... 7,94 mmMassa do martelo ................................................... 36,0 gComprimento do martelo ....................................... 101,33 a 104,10 mmAltura de queda ...................................................... 17,9 mm

Apenas a extremidade do martelo influencia os resultados do ensaio, devida àpenetração que ocorre ser muito pequena (0,013 mm de penetração em aço duro deferramenta e 0,025 mm em aço macio).

Devido às diferenças que ocorrem na dureza dos diamantes utilizados no fabrico dosmartelos os ressaltos obtidos podem variar bastante. Por esse motivo a geometria daponta do diamante pode variar significativamente de modo a obter as leituras correctas.

A técnica de ensaio consiste em largar o martelo de um altura h (que varia com omodelo que se está a utilizar), perpendicularmente à superfície do material a ensaiar,após o impacto o martelo ressalta até uma determinada altura. Esta altura é função dadureza do material a qual é medida directamente sobre um tubo graduado de 0 a 140

em valores de dureza Shore.Domínio de aplicação e limitações

A escala de dureza Shore cobre toda a gama de dureza dos metais.A portabilidade do equipamento torna-o adequado para medições "in situ" (peças degrandes dimensões não transportáveis).

O ensaio é de fácil execução, daí advindo o seu baixo custo e a reduzidasusceptibilidade a erros operatórios.

Trata-se de um ensaio expedito e de fácil automatização, o que o torna adequado paramedições de dureza em cadeias de fabrico em série.

As marcas resultantes do ensaio são, como se viu, muito pequenas e, normalmente,aceitáveis, inclusive em superfícies com um elevado grau de acabamento.

O ensaio tem de ser executado com o tubo perfeitamente na vertical, caso contráriointroduzem-se erros de leitura.

É um ensaio muito sensível ao estado de acabamento superficial, pelo que necessitade uma preparação de superfície relativamente cuidada.

A resolução dos valores de dureza é baixa, relativamente a outros ensaios.

Em peças pouco espessas, os resultados do ensaio dependem do tipo de apoio

(material). Por outro lado, peças pouco espessas ou de baixa rigidez podem entrar emvibração com o impacto do martelo o que, igualmente, é fonte de erros de medição dadureza Shore.Ensaios por penetração

Fisicamente, sob uma impressão de dureza existe uma zona deformada plasticamente,rodeada por uma zona elástica que a constrange. Por essa razão a pressão médiapara se efectuar uma impressão é maior que a pressão média necessária para seobter deformação plástica num ensaio de compressão simples.

Um modelo criado por Shaw e Desalvo, a partir da teoria de Hertz, para tensões decontacto, uma esfera sobre uma superfície, desenvolve uma zona plástica rodeada poruma zona elástica, em que a fronteira é uma linha de tensão de corte máxima.





Fig. 6 Modelo de Shaw – Desalvo

Selecção do tipo de ensaio de dureza

A utilização de um ou outro tipo de ensaio de dureza deve ter em conta os seguintesaspectos:

• Objectivo do ensaio.• Dureza do material a ensaiar.• Forma e dimensão da peça.• Planicidade e estado da superfície da peça a ensaiar.• Homogeneidade ou heterogeneidade do material.

• Efeito das impressões no posterior funcionamento da peça em serviço.• Automatização para inserção numa cadeia de produção em série.

ENSAIO DE DUREZA BRINELL

O ensaio de dureza Brinell foi o primeiro a ser largamente aceite e utilizado na mediçãoda dureza dos metais.


Uma esfera de diâmetro D é comprimida contra a superfície do material a ensaiar poruma força F, durante um tempo t. Após a extinção da força, é medido, através de ummicrómetro óptico, o diâmetro d, da impressão, (veja-se esquema do ensaio na Fig. 7).





Fig. 7 Esquema do ensaio Brinell

O número de dureza Brinell é obtido dividindo a força de ensaio pela superfície da

calote esférica de impressão 1.

( ) 2 / 122 dDD

F2x

D

102,0

Dh

F102,0

gA

F1HB

−−π

=π

== Equação 3

O ensaio tal como foi proposto por J.A. Brinell em 1900, utilizava uma esfera de açocom 10 mm de diâmetro e a força de ensaio era de 3000 Kg. Posteriormente, para queo ensaio pudesse ser utilizado em peças de menores dimensões e em metais menosduros, quer a força de ensaio quer o diâmetro da esfera foram reduzidos.

Ensaios com forças e diâmetros de esferas diferentes conduzem a impressões

semelhantes e, consequentemente, a valores de dureza iguais, desde que os ângulosentre o centro das esferas e o perímetro das respectivas impressões, medidos sobreuma secção recta, sejam iguais. Esta condição é expressa através da equaçãoseguinte e encontra-se representada esquematicamente na Fig. 8.

===θ

2

2

1

1

D

d

D

d

2sen constante Equação 4

Fig. 8 Relação diâmetro das esferas / diâmetro das impressões

Número de durezaBrinell





Verificou-se experimentalmente que ensaios com a mesma esfera utilizada por Shaw eDesalvo e forças diferentes conduzem a valores de dureza Brinell que variam muitopouco desde que o diâmetro da impressão esteja no intervalo abaixo indicado:

0,24D ≤ d ≤ 0,6D Equação 5

A maioria das normas de ensaio define os valores de 0,102 F/D2

a utilizar para cadatipo de material, de modo a que a relação indicada na equação 6, seja verificada. Oquadro seguinte indica os valores de 0,102 F/D2 previstos na Norma Portuguesa deensaio NP EN 10003-1.

Material Dureza Brinell[HB]

0,102 F/DF [N]; D [mm]

Aço 30Ferro fundido < 140 10

≥ 140 30

Cobre e suas ligas< 35 5≥ 35 a ≤ 200 10> 200 30

Metais leves e suasligas

< 35 2,5

≥ 35 a ≤ 8051015

> 80 1015

Chumbo e estanho 1

Equipamento de ensaio

O equipamento de ensaio é constituído por um sistema de aplicação de força, um

penetrador (esfera de aço ou de carboneto de tungsténio) e um sistema de mediçãocom capacidade de ampliação entre 20 e 80 vezes (micrómetro óptico ou microscópiocom micrómetro acoplado).

Por forma a evitar erros nos valores de dureza Brinell medidos, devido à deformaçãoda esfera esta deve possuir uma dureza bastante superior à do material a ensaiar.Assim para materiais até 450 HB empregam-se esferas de aço temperado com umadureza de 850 Vickers (HV) no mínimo. Para materiais com durezas até 650 HBempregam-se esferas de carboneto de tungsténio sinterizado, com durezas superioresa 1500 Vickers (HV).

A utilização de esferas de aço temperado ou de carboneto de tungsténio conduzem avalores de dureza significativamente diferentes, para materiais com dureza Brinell

acima de 350, devido à diferença de módulo de elasticidade entre os dois materiais.

Na Fig. 9 apresenta-se um durómetro universal com capacidade para efectuar diversostipos de ensaio por impressão entre os quais ensaios de dureza Brinell, Vickers eRockwell.





Fig. 9 Durómetro Universal

Técnica de ensaio

0 ensaio de dureza Brinell deve ser efectuado a uma temperatura entre 10 e 35 ºC. Aesfera é levada, suavemente, ao contacto com a superfície da peça a ensaiar. Emseguida inicia-se a compressão da esfera de forma progressiva sem choques nemvibrações até se atingir a força F (força de ensaio) a qual deve permanecer aplicadadurante um intervalo de tempo t. Após remoção da força medem-se dois diâmetrosortogonais da impressão. A média dos dois diâmetros d permite calcular o valor de

dureza Brinell através da Eq. 3.A força F, de acordo com a NP EN 10003-1, pode variar de 9,807 a 29,42 KN.

A aplicação da força de ensaio deve ser efectuada progressivamente, sem choquesnem vibrações, num intervalo de tempo de 2 a 8s.O tempo t de manutenção da força F deve ser de 10 a 15s podendo se necessário,para os metais que apresentam fluência à temperatura ambiente (como o Chumbo eo Estanho), aumentar o tempo até 60s.

Durante a execução do ensaio o equipamento não deve estar sujeito a choques ouvibrações.

A espessura da peça deve ser tal, que nenhuma marca seja visível do lado opostoao da impressão, assim no mínimo a peça deve ter uma espessura de 8 vezes aprofundidade da impressão.

A distância entre os centros de duas impressões deve ser no mínimo de 4 vezes odiâmetro da impressão, para o aço, ferro fundido, cobre e suas ligas, e 6 vezes odiâmetro, para o alumínio, magnésio, chumbo, estanho e respectivas ligas.

A distância do centro da impressão a um bordo deve ser no mínimo igual a 2,5 a 3vezes o diâmetro da impressão, respectivamente para os casos anteriores.

Dadas as dimensões relativamente elevadas das impressões Brinell este ensaio nãoé muito adequado em medições sobre superfícies não planas a menos que o seu

raio de curvatura seja no mínimo igual a 5 vezes o diâmetro da esfera.Para ensaios sobre superfícies curvas as normas de ensaio introduzem factores





correctivos.

A força de ensaio deve ser aplicada perpendicularmente à superfície com umatolerância de ±2º.

Sempre que se muda de penetrador ou suporte de assentamento da peça devem-se

desprezar as duas primeiras medidas.Preparação das superfícies

As superfícies devem estar isentas de sujidades, óxidos e lubrificantes.

As superfícies irregulares ou com mau acabamento são origem de erros.

Quanto mais pequenas são as impressões maior a sua sensibilidade ao estadosuperficial e, por outro lado, menor a definição do contorno da impressão, o quepode introduzir erros de leitura. Assim o acabamento deve ser tanto melhor quantomenor for o diâmetro da impressão.

Número de dureza Brinell

0 número de dureza Brinell calculado pela eq. 3 deve ser indicado da seguinte forma:

Em primeiro lugar indica-se o número obtido (nnn) através da eq. 3 seguido dasletras HBS ou HBW conforme, respectivamente, se utilize uma esfera de aço ou decarboneto de tungsténio. Em seguida separados por barras indicam-se, pelaseguinte ordem: o diâmetro da esfera (ddd), a força de ensaio (fff) e o tempo deaplicação da força (ttt):

nnn HBSddd/fff/ttt

ou

nnn HBWddd/fff/ttt

Exemplo 1:

Indicação da dureza Brinell 350 obtida com uma esfera de aço de 2,5 mm dediâmetro e uma força de ensaio de 1,839 KN (187,5 Kg), aplicada durante 10 a 15s:

350 HBS2,5/187,5

Exemplo 2:

Indicação da dureza Brinell 560 obtida com uma esfera de carbonetos de tungsténio de2 mm de diâmetro e uma força de ensaio de 1,177 KN (120 Kg), aplicada durante 20s:

560 HBS2/120/20





Erros na determinação da dureza Brinell

No caso de materiais muito deformados a frio ou com pouca capacidade deencruamento pode ocorrer o aparecimento de uma coroa de material em torno daimpressão, Fig. 10(a), susceptível de dar origem a leituras do diâmetro superiores aos

reais. Em materiais muito recozidos o diâmetro medido pode ser inferior ao diâmetroreal da impressão devido a um amachucamento que ocorre nas zonas adjacentes àimpressão (Fig. 10(b)).

Fig. 10 Factores de erro em impressão Brinell

Uma outra eventual fonte de erro tem a ver com a recuperação elástica, a qualaumenta o diâmetro da impressão.

Em materiais laminados ou estirados podem ocorrer impressões de forma elíptica para

as quais é possível obter um valor de dureza Brinell a partir do valor médio de quatrodiâmetros da impressão, medidos segundo 4 direcções desfasadas 45 graus. Dequalquer modo em geral não são aceitáveis impressões com diferenças entre doisdiâmetros ortogonais superiores a 0,06 mm.

Domínio de utilização

O ensaio de dureza Brinell é empregue para medição de durezas em todos os metaisaté 450HBS, com esfera de aço, ou 650 HBW, com esfera de carboneto de tungsténio.

Dada a dimensão apreciável da impressão, o ensaio Brinell torna-se mais adequado àmedição da dureza de materiais heterogéneos como, por exemplo, ferro fundidocinzento; pela mesma razão, não é aconselhável a sua utilização em materiais com

tratamento de endurecimento superficial.


Comparativamente com outros ensaios de penetração o custo dos equipamentos émenor.

Este ensaio é menos sensível ao estado da superfície que outros ensaios alternativospara a mesma aplicação.

Impressões de grandes dimensões que podem prejudicar o funcionamento da peça emserviço.

Ensaio sujeito a erros à deformabilidade do penetrador (no caso de ensaio de açostemperados) e à dependência existente entre o valor de dureza e a força de ensaio.





Impossibilidade de cobrir toda a gama de durezas dos metais.

Ensaio de dureza Vickers

O ensaio de dureza Vickers (Fig. 11) é um ensaio por penetração em que o penetrador

(pirâmide quadrangular) é comprimido contra a peça a ensaiar por uma força bemdeterminada. Após extinção da força, medem-se as diagonais da impressão; o númerode dureza Vickers é calculado dividindo o valor da força de ensaio pela área deimpressão.

Fig. 11 Ensaio Vickers - Geometria do Penetrador

O número de dureza Vickers é dado pela seguinte equação:

( )22

D

F8544,1

D

2 / Fsen2HV =

α==

impressãodaÁrea

ensaiodeForça Equação 10

Com este penetrador as impressões são sempre semelhantes o que torna o ensaio dedureza Vickers praticamente independente da força de ensaio.

Efectivamente os resultados práticos demonstram que o número de dureza Vickers éindependente da força de ensaio para forças superiores a 0,9807 N (100 g), como semostra no gráfico da Fig. 12.

Ensaio Vickers





Fig. 12 Dureza Vickers – influência da carga aplicada

Por outro lado uma pirâmide produz impressões de faces tangentes ao perímetro deuma impressão Brinell com a relação ideal entre diâmetros (d=0,375D), queconforme se verificou anteriormente, produz impressões independentes da força deensaio.


O equipamento de ensaio é constituído por um sistema de aplicação de força, umpenetrador de diamante com a forma de pirâmide quadrangular e um microscópio comum micrómetro acoplado e uma capacidade de ampliação entre 125 e 150 vezes.

A Fig. 13 mostra um durómetro para ensaios de dureza Vickers.

Fig. 13 Durómetro Vickers





Técnica de ensaio

O ensaio de dureza Vickers deve ser efectuado a uma temperatura entre 10 e 35 ºC. Openetrador deve ser levado ao contacto com a peça a ensaiar com suavidade, após oque é comprimido de forma progressiva até se atingir a força F. esta força é removida

ao fim de um tempo t e, em seguida, determina-se o valor médio das 2 diagonais daimpressão.

De acordo com a NP 711-1, a força F pode variar de 49,03 a 980,7 N. Valores de forçade ensaio inferiores a 49,03 N e acima de 1,961 N (200 g) podem ser utilizados, nestecaso o ensaio designa-se por ensaio Vickers em condições de carga reduzida. Estadistinção ocorre porque para forças de ensaio inferiores a 49,03 N o nível deexigências em termos de precisão de medições, de aplicação de forças e, de um modogeral, em termos de controlo dos parâmetros e condições de ensaio é mais elevado.

Forças menores que 1,961 N também são correntemente utilizadas no ensaio demicrodureza Vickers, os quais serão abordados mais adiante. Sob este aspecto anorma portuguesa NP 711-1 difere da ASTM E384 a qual considera ensaios de

microdureza quando as forças de ensaio são inferiores a 9,807 N (1 Kg).A força de ensaio deve ser aplicada progressivamente sem choques nem vibraçõesnum intervalo de tempo de 2 a 8s. Alguns materiais podem requerer tempos deaplicação de força mais elevados.

O tempo de manutenção da força deve, em geral, compreender-se entre 10 a 15spodendo, para os metais que apresentam fluência à temperatura ambiente, sernecessário aumentar o tempo até 60s.

O provete ou a peça a ensaiar deve estar bem assente por forma a que não se possammover durante a execução do ensaio, caso contrário podem ocorrer erros ou mesmodanos no penetrador.

Utilizam-se suportes em V para suporte de peças cilíndricas ou, de um modo geral noscasos em que a face oposta não é plana.

As duas primeiras medidas a seguir a uma mudança de penetrador ou suporte devemser desprezadas.

A espessura da peça deve ser pelo menos 1,5 vezes a diagonal da impressão e o valorsó é válido se nenhuma marca for visível do lado oposto ao da impressão. A distânciado centro de uma impressão, à impressão mais próxima deve ser superior a 2,5 vezesa diagonal da impressão.

A distância do centro da impressão a um bordo da face deve ser no mínimo igual a 2,5

vezes a diagonal da impressão.Os resultados dos ensaios realizados sobre superfícies esféricas ou cilíndricas devemser corrigidos de acordo com tabelas recomendadas pelas normas de ensaio, a partirdas seguintes relações entre a média das duas diagonais e o raio de curvatura:

• Superfícies esféricas côncavas ou convexas para d/D > 0,004.• Superfícies cilíndricas côncavas ou convexas para respectivamente d/D ≥ 0,008 e

d/D ≤ 0,009.

A força de ensaio deve ser aplicada perpendicularmente à superfície com umatolerância de ± 1,0º.

Preparação da superfície

As superfícies devem estar isentas de sujidades, óxidos e lubrificantes ou gorduras.





Este ensaio é particularmente sensível a superfícies irregulares ou com mauacabamento. Assim, o acabamento superficial deve ser tanto melhor quanto menor fora impressão.

Quanto menores as impressões maior a susceptibilidade a erros de leitura devidos à

perda de definição do contorno.Deve-se ter particular atenção aos acabamentos a disco abrasivo ou por arranque deapara pois podem alterar a dureza, respectivamente, por aquecimento e, ouencruamento significativo da superfície dos materiais.

Número de dureza Vickers

O número de dureza Vickers deve ser indicado da seguinte forma:

Em primeiro lugar indica-se o número obtido (nnn), seguido das letras HV, em seguida,separado por barras, a força de ensaio (fff) e o tempo de aplicação da força (ttt):

Nnn HVfff/ttt

Exemplo 1:

Indicação da dureza Vickers 350 obtida com uma força de ensaio de 49,03 N, aplicadadurante 10 a 15s:

350 HV5

Exemplo 2:

Indicação da dureza Vickers 600 obtida com uma força de ensaio de 294,2 N, aplicada

durante 25s:

600 HV30/25

Erros dos valores de dureza Vickers

Uma impressão Vickers correcta é um quadrado Fig. 14a). Contudo o estado domaterial pode dar origem a impressões que se afastam daquela situação ideal. Emmateriais muito recozidos e macios, verifica-se um afundamento do material em tornodas faces do penetrador Fig. 14b), que dá origem a diagonais superiores às reais. Nocaso de materiais muito deformados a frio ou com pouca capacidade de encruamento,pode ocorrer a "aderência" do material às paredes do penetrador, dando origem adiagonais inferiores às reais, Fig. 14c).





Fig. 14 Dureza Vickers - influência do estado do material

Em materiais laminados ou estirados e, de um modo geral em materiais muitoheterogéneos, podem ocorrer impressões de forma irregular com um perímetro nãoquadrado e com diferenças significativas entre as diagonais. Um valor de durezaVickers pode ser calculado a partir do valor médio das diagonais, o qual pode não ser

significativo se as diferenças entre as diagonais forem muito importantes.

Domínio de utilização e limitações

O ensaio de dureza Vickers é empregue na medição da dureza de todos os metais ede peças pouco espessas, e na de durezas superficiais.

Dada a sua grande sensibilidade, é empregue na detecção de heterogeneidades demateriais que impliquem variação de dureza, como sejam têmperas e encruamentoslocalizados provenientes, por exemplo, de processos de fabrico como a soldadura, noprimeiro caso, e corte por arranque de apara, no segundo.

Este ensaio permite a execução de impressões de muito pequena dimensão e de

grande sensibilidade, o que o torna adequado para a medição de durezas superficiaisem peças sujeitas a tratamentos de difusão (cementação, nitruração, etc.) e para amedição de profundidades de têmpera e de descarbonação.

Na Fig. 15 mostra-se a diferença de dimensão entre uma impressão HB2.5/187.5 eduas impressões Vickers HV10 e HV5 respectivamente, para um mesmo material.

Fig. 15 Dimensões de impressões Brinell e Vickers num mesmo material

Aplicações em Soldadura

As durezas HV5 e HV10 são bastante utilizadas no controlo de juntas soldadas, emparticular na detecção de heterogeneidades devidas a transformações metalúrgicas

Aplicações emSoldadura da DurezaVickers





associadas aos ciclos térmicos da soldadura. Assim, através da realização de filiações,sondam-se as diversas zonas de uma junta soldada, desde o metal de base, que nãosofreu qualquer alteração metalúrgica, até ao metal que fundiu, passando pela ZAC epela zona de ligação (Fig. 16).

Fig. 16 Filiações de dureza em juntas soldadas

Através das filiações de dureza Vickers, é possível detectarem-se transformaçõesmetalúrgicas em juntas soldadas (como têmperas, sobrerevenidos, etc.) as quais, emúltima análise, podem comprometer o comportamento em serviço das construções.

Tipicamente, numa filiação de durezas como a anteriormente indicada, a distânciaentre as impressões é de 1 mm no metal base não afectado e no metal que fundiu. Na

ZAC em geral registam-se gradientes de estrutura metalúrgica e de dureza maiselevados que nas restantes zonas, pelo que a distância entre as impressões de durezadevem ser menores, correntemente de 0,5 mm ou inferior. Deve-se no entanto garantiras distâncias mínimas entre impressões especificadas pela norma de ensaio.

Na Fig. 17 apresenta-se um exemplo prático de resultados obtidos numa filiação dedurezas de um aço estrutural, microligado temperado e revenido, em que sedetectaram perdas de dureza associadas ao sobrerevenido do material na regiãoassinalada com (I) e têmpera na zona assinalada com (II).

Fig. 17 Filiações de durezas – identificação de alterações introduzidas por

ciclos térmicos de soldadura






Escala contínua que cobre toda a gama possível de durezas dos metais.

Penetrador muito rígido o que praticamente anula a possibilidade de erros devidos à

deformação do penetrador.Impressões de pequenas dimensões que, na maior parte dos casos, não prejudicam ofuncionamento em serviço das peças ensaiadas.

Ensaio de grande resolução, sensível a pequenas variações de dureza devidas aheterogeneidades dos materiais.

Ensaio muito sensível ao estado superficial do material.

Ensaio operatoriamente mais difícil e demorado de executar e que exige maior cuidadoe tempo na preparação das superfícies de ensaio.

Os equipamentos são, em geral, de maior precisão e por isso mais delicados edispendiosos que para outros tipos de ensaio.

Ensaio de dureza Rockwell

O ensaio de dureza Rockwell é um ensaio que se baseia na medição da profundidadede penetração alcançada para avaliar a dureza do material a ensaiar.

Princípios de funcionamento

No ensaio de dureza Rockwell uma força inicial F0 é aplicada a um penetrador. O pontoaté onde o penetrador se deslocou é tomado como a origem do valor da penetraçãoque terá lugar posteriormente. A força inicial F0 é acrescida de uma força adicional F1,

durante um determinado intervalo de tempo t, a qual provoca uma penetração adicionalh1. Após remoção da força adicional e mantendo aplicada a força inicial F0 é medido oacréscimo remanescente de penetração e a partir do qual se define o valor da dureza.

A aplicação da força inicial permite uniformizar o posicionamento do penetrador antesde ser medido o valor da penetração que vai servir de base à determinação da durezaRockwell, nomeadamente elimina folgas do equipamento, obriga a um melhorassentamento da peça, elimina a dificuldade de determinar qual seria o ponto exactoem que se daria o contacto inicial com a peça e diminui a sensibilidade do ensaio aoestado superficial.

A força adicional provoca um acréscimo de penetração associada a uma deformaçãoplástica e elástica do material na vizinhança do penetrador. Quando se retira a força

adicional uma parte do acréscimo de penetração, mais propriamente a parcelaassociada à deformação elástica, é recuperada, permanecendo no entanto apenetração associada à deformação plástica, a qual é designada por acréscimoremanescente de profundidade de penetração.

Tipos de Dureza Rockwell

Os ensaios de dureza Rockwell possuem uma série de escalas adaptadas ao material,à gama de durezas e à espessura do provete ou da camada superficial a ensaiar. Asdiversas escalas diferem nas forças de ensaio e nos penetradores que utilizam.

Existem dois tipos fundamentais de durezas Rockwell: as durezas Rockwellpropriamente ditas (quadro 1) e as durezas Rockwell superficiais (quadro 2). As

primeiras utilizam forças de ensaio mais elevadas, têm maior capacidade depenetração e são adequadas para ensaiar materiais espessos. Os ensaios de durezaRockwell superficial, tal como o nome indica, estão adaptados ao ensaio de materiais

Ensaio Rockwell





de pequena espessura e a camadas superficiais pouco profundas.

Escala Penetrador Forçainicial (N)

Forçatotal (N)

Aplicações

A Diamante

esférico-cónico

98,07 588,4 Superfícies cementadas de pequena

profundidade, carbonetos de metais sinterizados,produtos de aço pouco espessosB Esfera de aço

(60,1588 mm)98,07 980,7 Ligas de cobre e alumínio, ferro fundido maleável

C Diamanteesférico-cónico

98,07 1471,0 Aços, ferros fundidos duros, ferro fundido brancomaleável, titânio, superfícies cementadas degrande profundidade e todos os materiais comdureza superior a 100HRB

D Diamanteesférico-cónico

98,07 980,7 Produtos de aço pouco espessos, superfíciescementadas, ferro fundido branco maleável

E Esfera de aço(3,175 mm)

98,07 980,7 Ferro fundido, ligas de alumínio e magnésio, ligasanti-fricção

F Esfera de aço

(1,588 mm)

98,07 588,4 Cobre recozido, produtos de metais macios e de

pequena espessuraG Esfera de aço

(1,588 mm)98,07 1471,0 Bronze fosforoso, ligas de cobre e berílio, ferro

fundido maleávelH Esfera de aço

(3,175 mm)98,07 588,4 Alumínio, zinco, chumbo

K Esfera de aço(3,175 mm)

98,07 1471,0 Ligas anti-fricção, e produtos pouco espessos demateriais macios

L Esfera de aço(6,350 mm)


M Esfera de aço(6,350 mm)


P Esfera de aço(6,350 mm)


R Esfera de aço(12,70 mm)


S Esfera de aço(12,70 mm)


V Esfera de aço(12,70 mm)


Quadro 1Escala Penetrador Força inicial (N) Força total (N)15N Diamante esférico-cónico 29,42 147,130N Diamante esférico-cónico 29,42 294,245N Diamante esférico-cónico 29,42 441,315T Esfera de aço (1,588 mm) 29,42 147,1

30T Esfera de aço (1,588 mm) 29,42 294,245T Esfera de aço (1,588 mm) 29,42 441,315W Esfera de aço (3,175 mm) 29,42 147,130W Esfera de aço (3,175 mm) 29,42 294,245W Esfera de aço (3,175 mm) 29,42 441,315X Esfera de aço (3,175 mm) 29,42 147,130X Esfera de aço (3,175 mm) 29,42 294,245X Esfera de aço (3,175 mm) 29,42 441,315Y Esfera de aço (12,70 mm) 29,42 147,130Y Esfera de aço (12,70 mm) 29,42 294,245Y Esfera de aço (12,70 mm) 29,42 441,3

Quadro 2





No ensaio de produtos de pequena espessura utilizam-se ainda as escalas de durezaRockwell HRBm e HR30Tm indicadas no quadro 3. Como se pode verificar os valoresde força e os penetradores utilizados nas escalas HRBm e HR30Tm são os mesmos,respectivamente das escalas HRB e HR30T, verificando-se apenas diferenças noprocedimento de ensaio e nos números de dureza.

Escala Penetrador Força total (N) Força total(N)

Aplicações

HRBm Esfera de aço(1,588 mm)

98,07 980,7 Produtos de pequenaespessura (superior ouigual a 0,6 mm)

HR30Tm Esfera de aço(1,588 mm)

29,42 294,2 Produtos de pequenaespessura (inferior a 0,6mm)

Quadro 3

Um exemplo da diferença de profundidade de penetração obtidas entre as escalas dedureza Rockwell e Rockwell superficial será a seguinte:

Uma dureza 60HRC apresenta uma profundidade de penetração de 0,08 mm. Omesmo material apresentará um valor de dureza Rockwell superficial na escala HR30Nde 77,5HR30N (veja-se ASTM E410) a que equivale uma profundidade de penetração0,0225 mm.

Equipamento de Ensaio

O equipamento de ensaio é constituído por um sistema de aplicação de força, por umpenetrador esférico-cónico (Fig. 18) ou esférico (com diâmetros de 1,588; 3,175; 6,350ou 12,70 mm, respectivamente, 1/16, 1/8, 1/4 ou 1/2 polegada), e, ainda, por umcomparador para medição da profundidade de penetração.

Fig. 18 Ensaio Rockwell - Esquema de princípio

Técnica de ensaio

0 ensaio de dureza Rockwell deve ser efectuado a uma temperatura entre 10 e 35 ºC.0 penetrador deve ser levado ao contacto com a peça a ensaiar com suavidade, após oque é comprimido progressivamente até se atingir o valor da força inicial F 0. É feito ozero do instrumento de medida e, em seguida, é aplicada a força adicional F 1,igualmente de forma progressiva. A força total F (correspondente à força inicial F0 maisa força adicional F1) é mantida durante um tempo t, após o que é removida e éefectuada a leitura do acréscimo remanescente de penetração, o qual, e através das





eq. 12, 13 e 14, consoante a escala utilizada, permite o cálculo da respectiva durezaRockwell.

As forças inicial e total (a força adicional é a diferença entre as duas anteriores), bemcomo o penetrador a usar, são função da escala de durezas e encontram-se indicadosnos quadros 1 a 3.

A força adicional deve ser aplicada sem choques nem vibrações num intervalo detempo de 2 a 8s.

O intervalo de tempo de manutenção da força adicional deve ser de 1 a 3s para osmateriais que não apresentam deformação plástica ao longo do tempo, de 1 a 5s paraos materiais que apresentam variações de deformação plástica ao longo do tempo ede 10 a 15s para os materiais que apresentam fenómenos de fluência à temperaturaambiente.

O provete ou peça a ensaiar deve estar bem assente de tal forma que não se possamover durante a execução do ensaio, caso contrário podem ocorrer erros ou mesmodanos no penetrador.

Utilizam-se suportes com um chanfro em V, com uma dureza superior a 60HRC para oensaio de peças com superfícies de apoio cilíndricas.

Com excepção das escalas HRBm e HR30Tm, para que o ensaio seja válido nenhumamarca deve ser visível do lado oposto ao da impressão. As normas, por outro ladoimpõem uma espessura mínima função do valor de dureza de acordo com o seguinte:

O provete ou a camada superficial, que se pretende ensaiar, deve possuir umaespessura maior ou igual a 10 vezes o acréscimo remanescente de profundidade depenetração.

Para as escalas de dureza HRBm e HR30Tm, como se referiu anteriormente, o ensaio

prevê que possam existir marcas do lado contrário ao da impressão. Os apoios vãosuportar uma parte da solicitação resultante da impressão, pelo que devem possuiruma dureza elevada para que não se deformem, esta é mesmo uma condiçãonecessária para garantir a precisão e repetibilidade dos ensaios de dureza Rockwellsuperficial.

A distância mínima entre os centros de duas impressões adjacentes é de 4 vezes odiâmetro da impressão com um valor mínimo de 2 mm.

A distância do centro da impressão a um bordo deve ser no mínimo igual a 2,5 vezes odiâmetro da impressão com um valor mínimo de 1 mm.

Os resultados dos ensaios realizados sobre superfícies esféricas ou cilíndricas de

pequeno raio de curvatura, côncavas ou convexas, conduzem a valores de dureza,respectivamente, mais elevados e mais baixos que o valor real de dureza. Os valoresobtidos nessas condições devem ser corrigidos de acordo com tabelas recomendadaspelas normas de ensaio.

A força de ensaio deve ser aplicada perpendicularmente à superfície com umatolerância de ± 1º.



As superfícies de ensaio devem ser planas e com uma rugosidade máxima

dependente da escala a utilizar.As superfícies de ensaio devem ser preparadas de modo a que não haja alterações da





superfície devido a aquecimento e a encruamento.

Dureza Rockwell

A dureza Rockwell é obtida a partir das seguintes expressões, função da escalautilizada:

- Escalas de dureza A, C, D:

Dureza Rockwell = 130 - e Equação 6

Em que:e - Acréscimo remanescente da profundidade de penetração em unidades de 0.002

mm.

- Escalas B, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S, V e Bm:

Dureza Rockwell = 100 – e Equação 7

Em que:e - Acréscimo remanescente de profundidade de penetração em unidades de 0.002mm.

- Escalas 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 30Tm, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X,15Y, 30Y, 45Y:

Dureza Rockwell = 100 – e Equação 8

Em que:e - Acréscimo remanescente de profundidade de penetração em unidades de 0,001

mm.

A indicação da dureza Rockwell é feita do seguinte modo:- Valor correspondente à dureza Rockwell seguido das letras HR e da letracorrespondente à escala utilizada.

Exemplo 1:

Indicação de um valor de dureza Rockwell na escala C igual a 54:

54 HRC

Exemplo 2:

Indicação de um valor de dureza Rockwell na escala 30N igual a 60:60 HR30N

Campo de aplicação

As diversas escalas de dureza Rockwell permitem cobrir toda a gama de durezas dosmetais e medir a dureza de camadas superficiais e de produtos de muito pequenaespessura.

As escalas de dureza Rockwell superficial utilizam-se na medição da dureza de

camadas superficiais. O campo de aplicação de cada escala depende da dureza domaterial e da espessura da camada que se pretende medir.






Equipamento de ensaio relativamente barato.

Ensaio rápido e operatoriamente muito fácil de executar e, por essa razão, poucosusceptível a erros humanos em particular em equipamentos modernos de leitura

digital.Facilidade de automatização, conveniente em controlo de qualidade em produçãosérie.

Impressões de pequenas dimensões que, na maior parte dos casos, não prejudicam ofuncionamento em serviço das peças ensaiadas.

Grande diversidade de escalas que dificulta a comparação de resultados, sendonecessário dispor de tabelas de conversão.

Microdurezas Knoop e Vickers

Os ensaios de microdureza utilizam, normalmente, forças de ensaio bastante baixas,inferiores 1,961 N (200g) de acordo com a ISO/DIS146, e inferiores a 1Kg, de acordocom a ASTM E384.

Os dois tipos de ensaio de microdureza mais utilizados são o Vickers e o Knoop, oprimeiro mais divulgado na Europa e o segundo nos Estados Unidos.

Ambos os ensaios utilizam penetradores de diamante e forças de ensaio variáveis quepossibilitam a determinação da dureza numa grande diversidade de materiais e deconstituintes de materiais.


O penetrador de diamante é comprimido contra a superfície do material a ensaiar comuma força F, durante um tempo t. Após extinção da força, medem-se as diagonais daimpressão através de um microscópio com um micrómetro acoplado. Nas Fig. 19 eFig. 20 estão representados esquematicamente os dois tipos de ensaio,respectivamente Vickers e Knoop.

Fig. 19 Ensaio Vickers – geometria do penetrador

Ensaios deMicrodurezas





Fig. 20 Ensaio Knoop – Geometria do penetrador

Os números de dureza são obtidos da seguinte forma:

Número de dureza Vickers (Equação 9):

( )22

d

F8544,1

d

2 / Fsen2x102,0HV =

α==

impressão da Área

ensaio de Força

Número de dureza Knoop (Equação 10):

2xd07028,0

FHK ==

impressão da projectada Superfícieensaio de Força


O equipamento de ensaio é constituído por um sistema de aplicação de força, umpenetrador de diamante (conforme Fig. 21 e Fig. 22) e um sistema de medição pormicroscópio de grande ampliação (cerca de 175 a 500 vezes) com um micrómetroincorporado.

Fig. 21 Impressão Vickers Fig. 22 Impressão Knoop

O penetrador Vickers é constituído por um diamante com a forma de uma pirâmide debase quadrada, que origina impressões do tipo da esquematizada na Fig. 21.

O ensaio de dureza Knoop utiliza também um penetrador de diamante piramidal, comuma base em forma de losango regular, que dá origem a impressões do tipo da

representada na Fig. 22.





A Fig. 23 apresenta um durómetro para realização de ensaios de microdurezas Vickerse Knoop.

Fig. 23 Durómetro para realização de ensaios de microdurezas Vickers e

Knoop

Técnica de ensaioOs ensaios de microdureza devem ser efectuados a uma temperatura controladaentre 18 e 28ºC.

O penetrador é levado ao contacto com a superfície da peça a ensaiar de formasuave. Em seguida inicia-se a compressão, progressiva sem choques nemvibrações, até se atingir a força F (força de ensaio) a qual deve permanecer aplicadadurante um intervalo de tempo t. Após remoção da força medem-se as duasdiagonais da impressão no caso da dureza Vickers e a diagonal maior no caso dadureza Knoop.

A força de ensaio pode variar de 1 a 1000g de acordo com a norma ASTM E384. Otempo de aplicação da força F deve ser de 10 a 15s podendo ser necessário, paraos metais que apresentam fluência à temperatura ambiente (como o chumbo e oestanho), aumentar o tempo até 60s.

O penetrador deve ser levado ao contacto com a peça a uma velocidade na gama 15a 70 µm/s.

O intervalo de tempo entre o início da aplicação de força até se atingir a força deensaio deve ser inferior ou igual a 10s.

Durante a execução do ensaio o equipamento não deve estar sujeito a choques ouvibrações.

A distância entre duas impressões adjacentes deve ser tal que as zonas deformadasassociadas a cada impressão não se devem sobrepor.







As superfícies devem possuir um grau de acabamento tanto melhor quanto menor

for a força de ensaio de tal modo que o contorno da impressão seja regular e possuauma boa definição. Assim, a preparação pode ir desde um acabamento à lixa, debaixa granulometria até ao polimento. Qualquer destas operações deve serefectuada de forma a evitar o aquecimento ou o encruamento da superfície.

Números de microdureza Vickers e Knoop

A indicação do valor da microdureza Vickers e Knoop deve ser efectuada daseguinte forma:

Em primeiro lugar indica-se o valor da dureza obtido (nnn) através das equações 15ou 16, seguido das letras HV ou HK consoante se trate respectivamente demicrodureza Knoop ou Vickers. Por fim indica-se o valor da força de ensaio (fff) em

Kg.NnnHV fff ou nnnHK fff

Exemplo 1:

Uma dureza Vickers com um valor de 500, obtida com uma força de ensaio de0,4903 N (50g), deve ser indicada da seguinte forma:

500HV 0,05

Exemplo 2:

Uma dureza Knoop com um valor de 670, obtida com uma força de ensaio de0,09807 N (10g), deve ser indicada da seguinte forma:

670HK 0,01

Aplicações

Os ensaios de microdureza são utilizados para medição de durezas em peças depequena dimensão, produtos muito finos como folha de pequena espessura e fios depequeno diâmetro (que não podem ser ensaiados por outros métodos).

São também utilizados no ensaio de materiais de baixa dureza e muito pequenaespessura, como folha e fio plástico, epóxidos, vidros, cerâmicos, tintas, revestimentos,etc.

Em tratamentos superficiais por difusão como a cementação, nitruração, permitemmedir a dureza e a profundidade do tratamento.

São, finalmente, usados na detecção de zonas de baixa dureza em peças temperadas,associadas a descarbonização superficial ou a austenite retida, e na medição dadureza de microconstituintes de materiais metálicos.

Aplicações dasmicrodurezas




ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO

Exercício 1:

Qual a finalidade dos ensaios destrutivos em construção soldada? ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

Exercício 2:

De que tipo são os ensaios de dureza na análise e controlo de soldadura? ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

Unidade Tematica2

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