máquina de dureza Vickers, Rockwell

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RESUMO
Este relatório se refere a uma pratica experimental com o objetivo da fixação de conhecimentos a respeito do uso da máquina de dureza Vickers, Rockwell para realizar medidas afim de que pudesse obter a dureza do material em estudo.
Após uma breve introdução, onde será apresentado um breve histórico doteste de dureza Vickers e Rockwell, serão vistos os procedimentos utilizados na pratica.
Basicamente, dois corpos de prova diferentes de materiais conhecidos , um CP de Aço Carbono de moderada dureza e um CP de Cobre. Foram usadas nas máquinas de dureza onde seriam avaliadas, sendo cada medida foi realizadas por diferentes integrantes do grupo. 
Ao final das medições, foi feita uma analise estatística dos resultados, de maneira que pode ser definido o valor mais provável da medida de cada uma das dimensões, dadas as circunstancias, bem como o seu intervalo de incerteza.
Concluiu-se então ao final se o corpo de prova seria duro ou macio.
Palavras-Chave:Vickers,Rockwell,Corpo de prova, Medidas, Erro, Estatística, Dureza
1 – INTRODUÇÃO
Há no mercado vários métodos e ensaios disponíveis para avaliar as propriedades mecânicas de um material. Dentre eles, as medidas de dureza talvez seja o método mais barato e rápido de obter informações mecânicas de materiais. Existem vários tipos de ensaios de dureza, como Vickers, Brinell e Rockwell, com várias configurações de carga e tempo de indentação que são regidos por normas técnicas.
O teste de dureza Vickers foi desenvolvido como uma alternativa ao teste de Brinell em 1921. O teste foi criado por Robert L. Smith e George E. Sandland, que trabalhavam no famoso conglomerado de engenharia, a VickersLtd., que tinha seus negócios voltados para o desenvolvimento de materiais bélicos, carros, navios, aviões, entre outros. A principal vantagem do teste é que seu cálculo não leva em conta o tamanho do indentador, além disso, pode ser usado em praticamente todos os materiais. A unidade deste teste é definida como VickersPyramidNumber (HV) ou ainda Diamond PyramidHardness (DPH), que pode ser convertido para a unidade Pascal. 
O método consiste simplesmente em avaliar a resistência do material á deformação plástica. Um indentador fabricado de um material duro, geralmente diamante, exerce uma determinada força sobre a superfície do material por um tempo. A partir da marca da impressão deixada pelo indentador na superfície do material, é possível obter uma avaliação de sua resistência mecânica. A forma do indentador é um dos indicativos no tipo de teste utilizado. No caso do teste Vickers, o indentador possui a forma de uma pirâmide, com ângulo de diedro de 136º. 
 A medida da dureza é baseada na média das diagonais deixadas sobre a superfície do material. A configuração de força aplicada pelo indentador e tempo de indentação é definida por normas técnicas próprias para cada tipo de material. Por exemplo, a norma ASTM E92, a ASTM E384 e ISO 6507-1. [1]
	Já em 1922, Rockwell desenvolveu um método de ensaio de dureza que utilizava um sistema de pré-carga. Este método apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles até os mais duros. Entretanto, também tem limitações, o que indica que está longe de ser a solução técnica ideal.
	O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, é hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido à rapidez e à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. [2]
2- OBJETIVOS 
Avaliar a dureza por penetração nas escalas, Vickers e Rockwell experimentalmente e comparar com os valores tabelados. 
3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA[4]
O ensaio de dureza Vickers sempre foi muito aceito em trabalhos de pesquisa porque ele fornece uma escala continua de durezas, desde metais muito macios, com um VHN de 5 até materiais extremamente duros com VHN de 1500. Com o ensaio de dureza Rockwell, que será visto a seguir, ou com o Brinell, é normalmente necessário trocar-se ou a carga ou o penetrador em algum ponto da escala, de modo que medidas comum extremo da escala não podem ser rigorosamente comparadas com as de outro extremo.
Devido ao fato de que as impressões feitas pelo penetrador de diamante são geometricamente similares, independentemente de seu tamanho, o VHN deveria ser independente da carga. Isto vale na maioria dos casos, exceto para cargas muito leves. As cargas variam de 1 a 120 Kgf, dependendo da dureza do metal a ser testado. A despeito de suas vantagens, o ensaio Vickers não é largamente aceito em ensaios de rotina, uma vez que é lento, requer cuidadoso preparo da superfície e dá margem a erros pessoais na determinação do comprimento da diagonal.
Um dos ensaios de dureza mais populares é o ensaio Rockwell, devido à sua rapidez, imunidade a erros pessoais, capacidade de distinguir pequenas diferenças de durezas e o pequeno tamanho da endentação, de modo que peças podem ser ensaiadas sem dano. 
Este ensaio utiliza a profundidade de penetração, sob carga constante, como uma medida de dureza. Uma pequena carga de 10 Kgf é aplicada inicialmente para preparar o corpo de prova. Isto minimiza o trabalho de preparo da superfície e reduz a tendência para distorções como as que foram vistas nas endentações do ensaio Brinell. Uma carga maior é então aplicada e a profundidade de penetração é registrada automaticamente num mostrador, em termos de números de dureza arbitrários, denominados HR. Um cone de diamante, de 120º, com ponta arredondada e esferas de aço de 1/16” e 1/8” são usados geralmente como penetradores, assim como cargas de 60, 100 e 150 Kgf.
4 – METODOLOGIA 
Os materiais utilizados foram:
- 2 Corpos de prova(Figuras 1 e 2)
-Máquina de dureza Vickers(Figura 3)
-Máquina de dureza Rockwell B(Figura 4)
-Máquina de dureza Rockwell C(Figura 5)
Figura 1 – CP 1 de Aço Carbono de moderada de dureza .
Figura 2 – CP 2 de Cobre
Figura 3 - Máquina de dureza Vickers
Figura 
4
 - 
Máquina de dureza Rockwell B 
Figura 5 - Máquina de dureza Rockwell C
A partir de 2 CPs, foram realizados, em aula, os ensaios de dureza Rockwell B, Rockwell C e Vickers. No ensaio Vickers foram utilizados os 2 CPs, sendo que no CP 1 de Aço Carbono de moderada dureza foi ensaiado 4 vezes sendo as duas primeiras com carga de 30HV e as duas ultimas com carga de 100HV , o CP 2 de Cobre foi ensaiado 2 vezes com a carga de 30 HV . O ensaio de Rockwell foi feito com duas escalas, a escala B e a C, a escala B foi realizado 4 ensaios com o CP 2 de Cobre , com a escala C foi realizada 2 ensaios com CP 1 de Aço Carbono de moderada dureza .
No ensaio Vickers, cada corpo de prova foi colocado na mesa da máquina e teve sua altura ajustada, até que a superfície da peça ficasse focalizada pelo microscópio, ficando assim fixa no apoio. Em seguida a máquina é acionada através do botão e o microscópio se alterna com o penetrador. A alavanca começa a subir gradativamente até parar. Neste momento são marcados 30 segundos, dando uma pré-carga na peça e em seguida a alavanca é posta novamente em seu estado inicial, fazendo assim com que o microscópio se alternasse novamente com o penetrador, possibilitando a visualização da peça com sua marca, através do visor da máquina, 
A partir dos dados obtidos no ensaio de dureza Vickers, foi verificado que o ensaio de dureza Rockwell B seria o mais adequado para o CP2 e que o CP 1 seria ensaiado na máquina de dureza Rockwell C.
No ensaio Rockwell B, o CP é posto na mesa da máquina e ajusta-se sua altura, até que a luz da máquina se apague, sinalizando que o CP encostou no penetrador. Após isso, a alavanca começa a subir gradativamente até parar. Neste momento são marcados 20 segundos, para que fosse dada uma pré-carga e em seguida, a alavanca foi posta novamente em seu estado inicial, onde pode ser vista a dureza do material em umrelógio analógico.
No ensaio Rockwell C, o procedimento ocorre da mesma forma que na Rockwell B, porém em vez de apagar uma lâmpada, existe um relógio que deve atingir o número 3, para que assim o ensaio pudesse ser feito .
5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
	O teste de dureza Vickers consiste em penetrar o material testado com um penetrador de diamante na forma de uma pirâmide reta de base quadrada e um ângulo de 136º entre as faces opostas, utilizando uma carga de 5 a 100 kgf. As duas diagonais do penetrador deixadas na superfície do material depois da remoção da carga são medidas usando um microscópio. Com os valores lidos calcula-se a média aritmética. Com este valor usa-se a fórmula (1)
[3]
Onde: 
P-carga aplicada;
d-tamanho da diagonal media da impressão no material.
α- 1,8544
[5]
[5]
[5]
[5]
Onde:
RM – Resultado da Medição;
MM – Média Aritmética das Medições;
IT – Incerteza Total;
Mk – k-ésima Medição;
N – Numero Total de Medições;
Iexp – Incerteza Experimental;
Iest – Incerteza Estatística;
σ – Desvio Padrão das Medições;
Após a realização do ensaio Vickers (Tabela 1), que tem a aplicação possível em todos os materiais, pode-se notar que o CP1 é de um material de alta dureza que foi ensaiado com duas grandezas diferentes sendo a primeira de 30 HV e a segunda de 100 HV e a amostra do CP2 é de baixa dureza sendo ensaiada com 30HV , de modo que para análises adicionais de suas propriedades a primeira amostra passará pelo ensaio Rockwell C e o CP 2 e pelo ensaio Rockwell B. 
Isso é explicado pelas compatibilidades das escalas destes ensaios com durezas pré-estabelecidas, sendo o primeiro ensaio não compatível com peças de elevadas durezas e vice-versa. Caso esta particularidade não fosse observada e ensaios inadequados fossem feitos as leituras das máquinas apresentariam valores dentro do espectro que estas são capazes de medir, porém não seriam verossímeis.
	Tabela 1 - Dados de Dureza Vickers para amostras
	 
	CP 1 ( 30 HV )
	CP 1 ( 100 HV )
	CP 2 ( 30 HV )
	Medida 1 [mm]
	0,48
	0,888
	0,74
	Medida 2 [mm]
	0,486
	0,896
	0,778
	Carga (N)
	294
	981
	294
	Desvio padrão
	 
	 
	 
	Média
	0,483
	0,892
	0,759
	Dureza Vickers Média [MPa]
	 
	 
	 
Na tabela 2 observam-se os resultados de dureza Rockwell obtidos.
	Tabela 2 - Dados e Durezas Rockwell para amostras
	 
	CP 1
	CP 2
	Medida 1 [kgf/mm²]
	17
	44
	Medida 2 [kgf/mm²]
	22
	41
	Medida 3 [kgf/mm²]
	****
	47
	Medida 4 [kgf/mm²]
	****
	47
	Carga (kgf)
	 
	 
	Desvio padrão
	 
	 
	Dureza Rockwell Média [kgf/mm²]
	HRC= 19,5
	HRB= 44,75
Observando a Tabela 3[6] pode-se observar que os resultados de dureza Vickers foram compatíveis com os de dureza Rockwell, pois a conversão da dureza Vickers obtida no primeiro ensaio em dureza Rockwell se aproxima dos valores obtidos experimentalmente.
6 - CONCLUSÕES
O ensaio fornece uma escala continua de dureza, medindo todas as gamas de valores de dureza em uma única escala. As impressões são extremamente pequenas e, na maioria dos casos, não inutilizam as peças, mesmo as acabadas. O penetrador, por ser de diamante, e praticamente indeformável. Este ensaio aplicasse a materiais de qualquer espessura, e pode também ser usado para medir durezas superficiais. Por outro lado, devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicação de carga, que alteram muito os valores reais de dureza. A máquina de dureza Vickers requer aferição constante, pois qualquer erro na velocidade de aplicação da carga traz grandes diferenças nos valores de dureza.