Plano de Ensino: Ensaios, Metalografia e Tratamentos

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METALOGRAFIA 
Prof. Édison Pedroso Kolton 
Plano de Ensino 
EMENTA 
Ensaios mecânicos, 
 Metalografia, 
 Transformação de fases, 
 Tratamentos termoquímicos, 
 Corrosão 
 Solidificação 
Unidade 1 / Ensaios Mecânicos 
1.1. Ensaios de Dureza; 
1.2. Ensaios de tração; 
1.3. Transição Ductil - Frágil 
Unidade 2 / Metalografia 
2.1.Conceitos Gerais; 
2.2. Macrografia - Preparação de amostras 
metalográficas; 
2.2.1. Corte; 
2.2.2. Lixamento; 
2.2.3. Polimento; 
2.2.4. Reativos, 
2.2.5. Técnicas e interpretação para análise 
metalografica; 
2.2.6. Impressão de Baumann; 
2.3. Micrografia - Preparação de amostras 
metalográficas; 
2.3.1. Corte; 
2.3.2. Embutimento 
2.3.3. Lixamento; 
2.3.4. Polimento; 
2.3.5. Reativos, 
2.3.6. Técnicas e interpretação para análise 
metalográfica; 
2.3.6.1. Determinação de fases metálicas; 
2.3.6.2. Presença de inclusões; 
2.3.6.3. Metalografia quantitativa; 
 2.3.6.4. Fotomicrografias; 
Unidade 3/ Transformação de Fase 
3.1. Diagrama de fases Fe-C: Austenitização; 
3.1.1. Crescimento de grão; 
3.1.2. Decomposição da austenita durante 
resfriamento dos aços; 
3.2. Diagrama de fases Fe-C: Curvas TTT; 
3.2.1. Efeitos dos elementos de liga; 
3.2.2. decomposição da austenita durante 
resfriamento rápido; 
3.3. Diagrama de fases Fe-C: Transformação 
bainítica; 
3.4. Diagrama de fases Fe-C: Transformação 
martensítica e revenimento, termodinâmica 
3.5. Aços Inoxidáveis; 
3.5.1. Propriedades; 
3.5.2. Aplicações; 
3.5.3. Mercado; 
3.5.4. Famílias e microestrutura; 
3.6. Aços Ferramentas; 
3.6.1. propriedades; 
3.6.2. Aplicações; 
3.6.3. Mercado; 
3.6.4. Classes; 
3.6.5. Processamento termo-mecânico e 
microestrutura; 
3.7. Ferros Fundidos brancos de alta resistência 
ao desgaste; 
3.7.1. Propriedades; 
3.7.2. Aplicações; 
3.7.3. Mercado; 
3.7.4. Classes 
3.7.5. Tratamento Térmico e microestrutura 
3.8. Ligas de alumínio 
3.8.1. Propriedades; 
3.8.2. Aplicações; 
3.8.3. Mercado; 
3.8.4. Classes; 
3.8.5. Processamentos e microestruturas; 
3.8.6. Ligas de alumínio endurecíveis por 
precipitação; 
3.9. Ligas de cobre; 
3.9.1. Propriedades; 
3.9.2. Aplicações; 
3.9.3. Mercado; 
3.9.4. Classes; 
3.9.5. Processamento e microestrutura; 
3.10. Ligas de titânio; 
3.10.1. Propriedades; 
3.10.2. Aplicações; 
3.10.3. Mercado; 
3.10.3. Classes; 
3.10.4. Processamentos termo-mecânico e 
microestrutura; 
3.11. Superligas de níquel; 
3.11.1. Propriedades; 
3.11.2. Aplicações; 
3.11.3. Mercado; 
3.11.4. Classes; 
3.11.5. Processamentos termo-mecânico e 
microestrutura; 
3.12. Tratamentos de superfície. 
Unidade 4 /Tratamento Termoquímicos 
4.1. Carbonetação; 
4.2. Nitretação 
Unidade 5 / Corrosão 
5.1. Definições; 
5.2. Mecanismo básicos de corrosão; 
5.3. Proteção contra corrosão. 
Unidade 6 / Solidificação 
6.1. Defeitos em peças fundidas; 
6.2. Adição de inoculantes e seu efeito na 
microestrutura; 
6.3. Aspectos macroestruturais das peças 
fundidas 
Bibliografia Básica: 
1- COLPAERT, H. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. São Paulo: Ed. 
Edgard Blucher Ltda., 
1974. 
2- CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo: ABM, 1979. 
3- VAN VLACK, L. R. Princípios de Ciências e Tecnologia dos Materiais. Rio de 
Janeiro: Ed. Campus, 1984. 
4- GENTIL, Y. Corrosão. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Dois S.A. 1982. 
5- CAMPOS FILHO, M. P. & DAVIES, G. J. Solidificação e Fundição de Metais e suas 
Ligas. Rio de Janeiro: 
Livros Técnicos e Científicos. 1978. 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
1- CHIAVERINI, V. 1- Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas, 2a. ed. São Paulo: 
Associação Brasileira de 
Metalurgia e Materiais, 1987. 
2- Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. Colpaert, Humbertus. São Paulo: 
Ed. E. Blucher, 2002. 
3- AMERICAN SOCIETY FOR METALS. ASM Handbook, 10th edition, 1991. 
4- Ensaios dos materiais d, A. Garcia, J.A. Spim e C.A. Santos , Rio de janeiro: Ed. LTC, 
2000. 
Ensaios Mecânicos 
Ensaio de Dureza 
 
• Medida de resistência à penetração(ou ao risco)neles de 
uma substância mais dura. 
 
• Varia com o método empregado(propriedade empírica). 
Exemplos: 
Metais: mede-se profundidade e largura da indentação. 
Cerâmicos: mede-se microfissuras da identação. 
 
• Caráter estático; fáceis de efetuar e se realizam com 
rapidez,sem deteriorar a peça que se ensaia. 
Diferentes tipos de ensaios de dureza 
 A palavra dureza pode ter vários significados: 
 
• na Metalurgia considera-se dureza como a 
resistência à deformação plástica permanente; 
• na Mecânica é a resistência à penetração de 
um material duro no outro. 
 
INTRODUÇÃO 
• A dureza é uma propriedade mecânica que 
consiste em uma medida da resistência de uma 
material a uma deformação plástica localizada. 
INTRODUÇÃO 
 A dureza é a capacidade do material de: 
• resistir ao risco; 
• ser deformado plasticamente; 
• ser cortado; 
• absorver energia no impacto; 
• resistir ao desgaste. 
 
DEFINIÇÃO 
 O Ensaio de Dureza pode ser dividido em: 
 
• por risco (Mohs); 
• penetração (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop); 
• choque 
 
MANEIRA DE EXECUÇÃO DO ENSAIO 
• O primeiro método padronizado de ensaio de 
dureza foi baseado no processo de riscagem de 
minerais padrões, desenvolvido por Mohs, em 
1822. 
 
DUREZA MOHS 
1: talco 6: feldspato 
2: gipsita 7: quartzo 
3: calcita 8: topázio 
4: fluorita 9: safira 
5: apatita 10: diamante 
 
DUREZA MOHS (RISCO) 
D
U
R
E
Z
A
 
D
U
R
E
Z
A
 
• A maioria dos metais apresenta durezas Mohs 
4 e 8, e pequenas diferenças de dureza não são 
acusadas por este método. Por exemplo, um 
aço dúctil corresponde a uma dureza de 6 
Mohs, a mesma dureza Mohs de um aço 
temperado. 
 
DESVANTAGENS DA ESCALA MOHS 
DUREZA BRINELL 
 
• Consiste em comprimir lentamente 
uma esfera de aço temperado, de 
diâmetro D, sobre uma superfície 
plana, polida e limpa de um metal, 
por meio de uma carga F, durante 
um tempo t, produzindo uma 
calota esférica de diâmetro d. 
 
DUREZA BRINELL 
DUREZA BRINELL 
d 
• A superfície da amostra em que será feita a 
medida da dureza deve estar plana, limpa e 
paralela à base de apoio da máquina de ensaio. 
PREPARAÇÃO DA AMOSTRA E PENETRADOR 
• Os penetradores são esferas de aço ou de 
carboneto de tungstênio com diferentes 
diâmetros. 
 
DUREZA BRINELL 
 22C D-D.D
Q2.102,0
S
Q
HBWou HBS
π d

CÁLCULO DA DUREZA BRINELL 
Carga aplicada (Q em kgf ou N) 
Área da impressão (Sc) 
Diâmetro da esfera (D) e da impressão (d) 
Obs: 10 N ≈ 1,02 kgf 
• EXEMPLO: Uma amostra foi submetida a um 
ensaio de dureza Brinell no qual se usou uma 
esfera de 2,5 mm de diâmetro e aplicou-se uma 
carga de 187,5 kgf. As medidas dos diâmetros 
de impressão foram de 1 mm. Qual a dureza do 
material ensaiado? 
 
CÁLCULO DA DUREZA BRINELL 
DUREZA BRINELL 
O ensaio padronizado, proposto por Brinell, 
é realizado com carga de 3.000 kgf e 
esfera de 10 mm de diâmetro, de aço 
temperado. Porém, usando cargas e 
esferas diferentes, é possível chegar ao 
mesmo valor de dureza, desde que se 
observem algumas condições: 
 
 F (carga) → 0,25.D < d < 0,5.D , ideal d = 0,375.D 
 
DUREZA BRINELL 
• Para obter o diâmetro de impressão dentro do 
intervalo anterior, deve-se manter constante a 
relação entre a carga (F) e o diâmetro ao 
quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, 
a relação: 
 
DUREZA BRINELL 
Fator de carga 
• Para padronizar o ensaio, fatores de carga 
foramfixados. O quadro a seguir mostra os 
principais fatores de carga utilizados e as 
respectivas faixas de dureza e indicações do 
material. 
 
DUREZA BRINELL 
• O diâmetro da esfera é determinado em função 
da espessura do corpo de prova ensaiado. No 
caso da norma brasileira, a espessura mínima 
do material ensaiado deve ser 17 vezes a 
profundidade da calota. 
 
DUREZA BRINELL 
 
• O quadro a seguir mostra os diâmetros de 
esfera mais usados e os valores de carga para 
cada caso, em função do fator de carga 
escolhido. 
 
DUREZA BRINELL 
• Uma empresa comprou um lote de chapas de 
aço carbono com a seguinte especificação: 
espessura: 4 mm, dureza Brinell (HB): 180. 
Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio 
de dureza Brinell para confirmar se estão de 
acordo com as especificações. 
• Essas chapas podem ser ensaiadas com a 
esfera de 10 mm? 
 
EXEMPLO 
 A espessura do material ensaiado (no mínimo) = 17.p 
 De acordo com a tabela F/D2 = 30 (aço-carbono) → F = 
3000 kgf 
 
 → 180 = 3000 / .10.p → p = 0,53 mm 
 
 Espessura mínima = 17 . 0,53 = 9,01 mm 
 Resposta: As chapas de 4 mm não podem ser 
ensaiadas com esfera de 10 mm. 
 
EXEMPLO 
 A execução do ensaio de dureza Brinell consiste 
em: 
 
• Preparar uma superfície plana na amostra; 
• Colocar e fixar a amostra na mesa da máquina; 
• Aplicar manualmente a pré-carga; 
• Acionar o dispositivo para liberação da carga 
principal; 
DUREZA BRINELL 
• Retirar a carga; 
• Ler o tamanho da impressão; 
• Usar a tabela para converter os dados dos 
ensaios para dureza Brinell. 
DUREZA BRINELL 
Representação da dureza Brinell: 
 
XXX HBS D/Q/t ou XXX HBW D/Q/t 
 
 XXX: valor da dureza Brinell da amostra; 
 HBS: para ensaio com uma esfera de aço; 
 HBW para esfera de tungstênio; 
 D: diâmetro da esfera; 
 Q: carga de compressão da esfera em kgf; 
 t: tempo de aplicação da carga em segundo. 
 
DUREZA BRINELL 
EXEMPLO: 400 HBS 5/500/30 
 
• Dureza Brinell: 400 
• Esfera de aço 
• Diâmetro 5mm 
• Carga de 500 kgf 
• Tempo de 30 s 
 
DUREZA BRINELL 
• Aço laminado: R  0,36 HB 
• Aço fundido: R  0,3 à 04 HB 
• Ferro fundido cinzento: R  0,1 HB 
• Cu-Zn: R  0,41HB 
 
• Liga Cu: R  0,52HB 
 
• Liga Al: R  0,40HB 
 
Exemplo 
 
Determinar a resistência à ruptura do aço carbono laminado , se sua dureza 
Brinell constitui 120 unidades: 
 
Solução: R  0,36 HB =0,36 x 120 = 43,2 kg/mm
2. 
 
 
RELAÇÃO DUREZA X RESISTÊNCIA À RUPTURA 
 O baixo custo do equipamento para medida de dureza 
Brinell. 
 É usado especialmente para avaliação de dureza de 
metais não ferrosos, ferro fundido, aço, produtos 
siderúrgicos em geral e de peças não temperadas; 
 É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em 
metais que não tenham estrutura interna uniforme 
(materiais heterogêneos); 
 É feito em equipamento de fácil operação. 
 
VANTAGENS DA DUREZA BRINELL 
• A possibilidade de se cometer erro no momento da 
medida dos diâmetros das impressões. 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL 
• A impressão da esfera na amostra é maior que a 
dos outros métodos de ensaio de dureza, por isso é 
a mais adequada para medir materiais 
heterogêneos, que têm a estrutura formada por 
duas ou mais fases de dureza muito discrepantes 
(ferros fundidos, bronzes etc); 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL 
• O uso deste ensaio é limitado pela esfera 
empregada. Usando-se esferas de aço temperado 
só é possível medir dureza até 500 HB, pois 
durezas maiores danificariam a esfera. 
 
• A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o 
diâmetro da impressão não é o mesmo quando a 
esfera está em contato com o metal e depois de 
aliviada a carga. Isto é mais sensível quanto mais 
duro for o metal, Fig. 1. 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL 
• O ensaio não deve ser realizado em superfícies 
cilíndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes 
o diâmetro da esfera, pode haver escoamento 
lateral do material e a dureza medida será menor 
que a real, Fig. 2. 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL 
DESVANTAGENS DA DUREZA BRINELL 
Figura 1 – Recuperação 
elástica 
Figura 2 – Escoamento lateral (r < 
5.D) 
Proposto em 1922, levando o nome do seu 
criador, é o processo mais utilizado no mundo, 
devido à rapidez, à facilidade de execução, 
isenção de erros humanos, facilidade em 
detectar pequenas diferenças de durezas e 
pequeno tamanho da impressão. 
 
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. 
 
DUREZA ROCKWELL 
DUREZA ROCKWELL 
Aço temperado Cone de diamante 
• Penetrador de diamante: 
 
DUREZA ROCKWELL 
MÁQUINA DE ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL 
• Neste método, a carga do ensaio é aplicada em 
etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, 
para garantir um contato firme entre o penetrador e 
o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do 
ensaio propriamente dita. 
 
• A leitura do grau de dureza é feita diretamente num 
mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo 
com uma escala predeterminada, adequada à faixa 
de dureza do material. 
 
DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
Cone de diamante 
Aço temperado 
 
 
 
1º Passo – Aproximar a superfície do 
corpo de prova do penetrador. 
 
DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
 
 
 
2º Passo – Submeter o corpo de prova a 
Uma pré- carga (carga menor). 
 
DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
 
 
 
3º Passo – Aplicar a carga maior até o 
ponteiro parar. 
 
DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
 
 
4º Passo – Retirar a carga maior e fazer a 
leitura do valor indicado no mostrador, 
na escala apropriada. 
 
DESCRIÇÃO DO PROCESSO 
ESCALA DE DUREZA ROCKWELL 
ESCALA DE DUREZA ROCKWELL 
• A superfície da amostra deve ser lixada para 
eliminar alguma irregularidade que possa 
ocasionar erros; 
• A primeira leitura do ensaio de dureza Rockwell 
deve ser desprezada, porque a primeira 
impressão serve apenas para ajustar bem o 
penetrador na máquina; 
 
PREPARAÇÃO DA AMOSTRA PARA O ENSAIO 
• Se a superfície da amostra não for plana, deve-
se fazer uma correção no valor de dureza 
encontrado. A dureza Rockwell é baseada na 
profundidade e não na área; 
• A espessura mínima da amostra para o ensaio 
de dureza Rockwell é dez vezes a profundidade 
da impressão. 
PREPARAÇÃO DA AMOSTRA PARA O ENSAIO 
• A execução do ensaio de dureza Rockwell 
consiste em: 
 
• Aplicação da pré-carga; 
• Aplicação da carga principal; 
• Retirada da carga; 
• Leitura da dureza. 
DUREZA ROCKWELL 
• Representação da dureza Rockwell: 
 
• 64 HRC: dureza Rockwell de 64 na escala C 
 
• 50 HR15N: dureza Rockwell superficial de 50 
na escala 15 N 
 
DUREZA ROCKWELL 
• A profundidade que o penetrador vai atingir 
durante o ensaio é importante para definir a 
espessura mínima do corpo de prova. De modo 
geral, a espessura mínima do corpo de prova 
deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo 
penetrador. 
 
DUREZA ROCKWELL 
Penetrador de diamante: 
HR normal: P = 0,002 x (100 - HR) 
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR) 
Penetrador esférico: 
HR normal: P = 0,002 x (130 - HR) 
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR) 
• Ensaio de dureza Rockwell  avanço em 
relação ao ensaio Brinell, já que possibilitou 
avaliar a dureza de vários metais,que antes não 
podiam ser ensaiados quanto à dureza. 
 
VANTAGENS DA DUREZA ROCKWELL 
• Suas escalas não têm continuidade. Por isso, 
materiais que apresentam dureza no limite de 
uma escala e no início de outra não podem ser 
comparados entre si quanto à dureza; 
• Não tem relação com o valor de resistência à 
tração, como acontece no ensaio Brinell. 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA ROCKWELL 
• Este método leva em conta a relação ideal entre 
o diâmetro da esfera do penetrador Brinell e o 
diâmetro da calota esférica obtida, e vai além 
porque utiliza outro tipo de penetrador, que 
possibilita medir qualquer valor de dureza, 
incluindo desde os materiais mais duros até os 
mais moles. 
DUREZA VICKERS 
• A dureza Vickers se baseia na resistência que o 
material oferece à penetração de uma pirâmide 
de diamante de base quadrada e ângulo entre 
faces de 136º, sob uma determinada carga. 
 
DUREZA VICKERS 
• A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece 
o valor da área de impressão da pirâmide, mas 
permite obter, por meio de um microscópio 
acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) 
formadas pelos vértices opostos da base da 
pirâmide. 
 
DUREZA VICKERS 
 
DUREZA VICKERS 
DUREZA VICKERS 
[mm] F [kgf] 
Representação da dureza Vickers: 
 
XXX HV Q/t 
 
• XXX: valor da dureza Vickers da amostra; 
• HV: dureza Vickers; 
• Q: carga de compressão da esfera em kgf; 
• t: tempo de aplicação da carga em segundo. 
 
DUREZA VICKERS 
 
EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE DUREZA 
VICKERS 
• Polimento até a lixa 1.000 ou com alumina; 
• Fixação da amostra na máquina de ensaio; 
• Seleção da carga a ser aplicada; 
• Seleção do tempo de aplicação. 
 
ROTEIRO PARA O ENSAIO DE DUREZA VICKERS 
Acionamento do dispositivo para aplicar a 
carga; 
Medida das diagonais do quadrado impresso; 
Cálculo da média das diagonais da impressão; 
 Tabelas de conversão do tamanho da 
impressão na dureza. 
 
ROTEIRO PARA O ENSAIO DE DUREZA VICKERS 
ANOMALIA DE DUREZA VICKERS 
 Escala contínua de dureza, medindo todas as 
gamas de valores de dureza numa única escala; 
 Impressões extremamente pequenas que não 
inutilizam a peça; 
 Possibilita grande precisão de medida; 
 O penetrador, por ser de diamante, é praticamente 
indeformável; 
 
VANTAGENS DA DUREZA VICKERS 
• Utiliza apenas uma escala de dureza; 
• Possível a medida de todos os valores de 
dureza encontrados nos diversos materiais; 
• Este ensaio aplica-se a materiais de qualquer 
espessura, e pode também ser usado para 
medir durezas superficiais; 
VANTAGENS DA DUREZA VICKERS 
 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 preparação do corpo de prova para microdureza deve 
ser feita, obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-
se, de preferência, o polimento eletrolítico, para evitar o 
encruamento superficial; 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA VICKERS 
• Quando se usam cargas menores do que 300 
gf, pode haver recuperação elástica, dificultando 
a medida das diagonais; 
 
• A máquina de dureza Vickers requer aferição 
constante, pois qualquer erro na velocidade de 
aplicação da carga traz grandes diferenças nos 
valores de dureza. 
 
DESVANTAGENS DA DUREZA VICKERS 
• A diferença entre o ensaio de dureza 
convencional e o de microdureza está na 
intensidade da carga usada para comprimir o 
penetrador. 
• A marca deixada na superfície da amostra pelo 
penetrador da máquina de ensaio de 
microdureza somente é visível no microscópio. 
MICRODUREZA VICKERS E KNOOP 
• Determinação da dureza das camadas finas de 
revestimento; 
• Determinação da dureza de constituintes individuais 
de uma microestrutura, de materiais frágeis, de 
peças pequeníssimas ou extremamente finas; 
• É aplicável a todos os tipos de materiais e não 
apenas aos metais. 
APLICAÇÕES 
• Utiliza o mesmo método de ensaio da dureza Vickers 
convencional. 
 
MICRODUREZA VICKERS 
• Penetrador na forma de pirâmide alongada. 
 
MICRODUREZA KNOOP 
 
MODELOS DE MÁQUINAS DE ENSAIO DE 
MICRODUREZA 
• A amostra deve ter uma superfície plana e polida para 
permitir a visualização da marca; 
• Qualquer movimento da amostra durante a aplicação da 
carga pode danificar o penetrador; 
• Quanto melhor o polimento da amostra mais fácil a 
leitura das dimensões da impressão por meio de um 
microscópio acoplado ao equipamento. 
REALIZAÇÃO DO ENSAIO 
• Para o cálculo da dureza Knoop (HK) usa-se as expressões abaixo: 
 
PRINCÍPIO E CÁLCULO DA MICRODUREZA 
(KNOOP) 
22 07028,0 mmp L
Q
cL
Q
A
Q
HK 
2
229,14
mL
Q
HK 
onde 
Ap é a área da indentação projetada (mm
2), 
Q é a carga aplicada em gf, 
 Lm é a diagonal maior da impressão em micrômetro, 
“c” é uma constante do penetrador que relaciona a área da deformação 
com o comprimento diagonal maior do penetrador. 
• Emprega-se a mesma equação usada na dureza Vickers 
e o resultado obtido na expressão abaixo também deve 
ser multiplicado por 1.000, pois a carga Q também é em 
gramas-força e o valor do comprimento da marca ( L ) é 
em micrometro. 
PRINCÍPIO E CÁLCULO DA MICRODUREZA 
(VICKERS) 
2
8544,1
D
Q
HV 
• O esclerômetro mede a dureza superficial do concreto e a 
correlaciona com a resistência à compressão desse concreto. 
• É muito usado em obras em execução, para avaliar a 
resistência de concretos cujos corpos de prova padrão deram 
resultado abaixo do esperado. 
• Também é usado para estimar a resistência do concreto de 
obras antigas . 
ESCLERÔMETRO 
 
ESCLERÔMETRO 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
• O ensaio de tração pode ser usado para avaliar 
diversas propriedades mecânicas dos materiais que 
são importantes em projetos. 
 
• Um ensaio de tração leva vários minutos para ser 
realizado e é um ensaio destrutivo, ou seja, a 
amostra é deformada até a ruptura. 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
 A tensão de engenharia é definida pela relação: 
 
 σ = F (MPa = 106 N/m2; psi) 
 A0 
 F = carga instantânea aplicada em uma direção 
perpendicular à área do corpo-de-prova. 
 A0 = área da seção reta original antes da aplicação de 
qualquer carga. 
 
TENSÃO DE ENGENHARIA 
• A deformação de engenharia é definida de acordo com a 
expressão: 
 
 ε = li – l0 = ∆l (m/m; mm/mm; %) 
 l0 l0 
• l0 = comprimento original antes de qualquer carga ser 
aplicada. 
• li = comprimento instantâneo. 
• ∆l = alongamento ou variação no comprimento a um 
dado instante, em referência ao comprimento original. 
 
 
DEFORMAÇÃO DE ENGENHARIA 
DEFORMAÇÃO 
• Para a maioria dos metais que são submetidos a uma 
tensão de tração em níveis relativamente baixos, a 
tensão e a deformação são proporcionais entre si, 
de acordo com a relação: 
 σ = E ε (LEI DE HOOKE) 
• E = constante de proporcionalidade, módulo de 
elasticidade ou módulo de Young (GPa = 109 N/m2 = 
103 MPa). 
 
COMPORTAMENTO TENSÃO-DEFORMAÇÃO 
 
Módulo de Elasticidade: 
- Metais: 
• Entre 45 GPa (magnésio) e 407 GPa (tungstênio). 
 
- Cerâmicos: 
• Entre 70 e 500 GPa. 
 
- Polímeros: 
• Entre 0,007 e 4 GPa. 
COMPORTAMENTO TENSÃO-DEFORMAÇÃO 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
Deformação elástica: 
processo de deformação no 
qual a tensão e a 
deformação são 
proporcionais.A inclinação desse 
segmento linear 
corresponde ao módulo de 
elasticidade E. 
Esse módulo corresponde à 
rigidez do material, ou seja, 
à resistência do material à 
deformação elástica. 
DEFORMAÇÃO 
T
E
N
S
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O 
CARGA 
DESCARGA 
COEFICIENTE ANGULAR = 
MÓDULO DE 
ELASTICIDADE 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
• Quanto maior o módulo 
de elasticidade, mais 
rígido será o material. 
 
• A deformação elástica 
não é permanente, 
quando a carga aplicada 
é liberada, a peça 
retorna à sua forma 
original. 
DEFORMAÇÃO 
T
E
N
S
Ã
O 
CARGA 
DESCARGA 
COEFICIENTE ANGULAR = 
MÓDULO DE 
ELASTICIDADE 
• Em escala atômica, a deformação elástica 
macroscópica é manifestada na forma de pequenas 
alterações no espaçamento interatômico e na 
extensão das ligações interatômicas. 
 
• Como consequência, a magnitude do módulo de 
elasticidade representa uma medida da resistência à 
separação exibida por átomos/íons/moléculas 
adjacentes, ou seja, as forças de ligação 
interatômicas. 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
• As diferenças nos valores para os módulos de 
elasticidade de metais, cerâmicos e polímeros são 
uma consequência direta dos diferentes tipos de 
ligações atômicas existentes nesses três tipos de 
materiais. 
 
• O módulo de elasticidade tende a diminuir com o 
aumento da temperatura. 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
 
• 1) Um pedaço de cobre originalmente com 305 mm 
de comprimento é puxado em tração com uma 
tensão de 276 MPa. O módulo de elasticidade do 
cobre é de 110 GPa. Se a sua deformação é 
inteiramente elástica, qual será o alongamento 
resultante? 
EXEMPLO 
• σ = E ε (regime elástico) 
• ε = li – l0 = ∆l 
 l0 l0 
• σ = E ∆l 
 l0 
• ∆l = σ l0 = (276 MPa) (305mm) = 0,77 mm 
 E 110 x 103 MPa 
 
RESPOSTA 
• Existem alguns materiais (ferro fundido cinzento, 
concreto e muitos polímeros) para os quais essa 
porção elástica da curva tensão-deformação não é 
linear. 
• Sendo assim, não é possível determinar o módulo de 
elasticidade através da Lei de Hooke. 
• Para esse comportamento não-linear, utiliza-se 
normalmente um módulo tangencial ou um módulo 
secante. 
COMPORTAMENTO NÃO-LINEAR 
COMPORTAMENTO NÃO-LINEAR 
MÓDULO TANGENCIAL (EM σ2) 
MÓDULO SECANTE (ENTRE A 
ORIGEM E σ1) 
T
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O 
DEFORMAÇÃO 
• O módulo tangencial é tomado como sendo a 
inclinação (coeficiente angular) da curva tensão-
deformação em um nível de tensão específico. 
 
• O módulo secante representa a inclinação 
(coeficiente angular) de uma secante tirada desde a 
origem até algum ponto específico sobre a curva. 
COMPORTAMENTO NÃO-LINEAR 
• Quando uma tensão de tração é imposta sobre o 
material, um alongamento elástico e a sua 
deformação correspondente εz resultam na direção 
da tensão aplicada. 
 
• A partir desse alongamento, contrações nas direções 
x e y aparecem perpendicular à tensão que é 
aplicada, de onde determina-se as deformações 
compressivas εx e εy. 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS MATERIAIS 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS MATERIAIS 
• Se a tensão aplicada for uniaxial (direção z) e o 
material for isotrópico, então εx = εy. 
 
• O coeficiente de Poisson, representado por ν, é 
definido como sendo a razão entre as deformações 
lateral e axial: 
 
 ν = - εx = - εy 
 εz εz 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS MATERIAIS 
• O sinal negativo na equação serve para que o 
coeficiente de Poisson seja sempre positivo, uma vez 
que εx e εz terão sempre sinais opostos. 
• Teoricamente, o coeficiente de Poisson para 
materiais isotrópicos deve ser de 1/4. 
• O valor máximo para ν (ou aquele valor para o qual 
não existe qualquer alteração líquida de volume) é 
de 0,50. 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS MATERIAIS 
• Para materiais isotrópicos, os módulos de 
cisalhamento e de elasticidade estão relacionados 
entre si com o coeficiente de Poisson através da 
expressão: 
 
 E = 2G(1+ ν) 
 
• Para a maioria dos metais, G equivale a 
aproximadamente 0,4E. 
PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS MATERIAIS 
• 2) Uma tensão de tração deve ser aplicada ao longo do 
eixo do comprimento de um bastão cilíndrico de latão 
com diâmetro de 10 mm. O coeficiente de Poisson é de 
0,34 para o latão e o módulo de elasticidade é de 97 
GPa. Determinar a magnitude da carga necessária para 
produzir uma alteração de 2,5 x 10-3 mm no diâmetro do 
bastão se a deformação for puramente elástica. 
 εz = li – l0 = ∆l 
 l0 l0 
 εx = di – d0 = ∆d 
 d0 d0 
 
EXEMPLO 
EXEMPLO 
• εx = di – d0 = ∆d = 2,5 x 10-3 mm = -2,5 x 10-4 
• d0 d0 10mm 
• ν = - εx → εz = - εx = -(-2,5 x 10-4) =7,35 x 10-4 
• εz ν 0,34 
• σ = E εz = (97 x 103 MPa) (7,35 x 10-4) = 71,3 Mpa 
 
• σ = F → F = σ A0 = σ (d0/2)2π 
• A0 
 
• F = (71,3 x 106 N/m2)(10 x 10-3m / 2)2 π =5600 N 
RESPOSTA 
 Para a maioria dos materiais metálicos, o regime de 
deformação elástica persiste até deformações de 
aproximadamente 0,005. 
 De uma perspectiva atômica, a deformação plástica 
corresponde à quebra de ligações com os átomos 
vizinhos originais e em seguida formação de novas 
ligações com novos átomos vizinhos. 
 A deformação permanente em metais ocorre por 
meio do escorregamento, que envolve o movimento 
de discordâncias. 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
LIMITE DE ESCOAMENTO 
SUPERIOR 
LIMITE DE ESCOAMENTO 
INFERIOR 
T
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DEFORMAÇÃO DEFORMAÇÃO 
T
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O 
• Limite de proporcionalidade: ponto de escoamento 
onde ocorre o afastamento inicial da linearidade na 
curva tensão-deformação (ponto P). 
 
• Tensão limite de escoamento (σ1 OU σY ): uma linha 
paralela à porção elástica é construída a partir de 
uma pré-deformação específica, geralmente de 
0,002. 
ESCOAMENTO E LIMITE DE ESCOAMENTO 
• Para materiais que possuem a região elástica não-
linear (ferro fundido cinzento, concreto), não é 
possível obter a tensão de escoamento a partir de 
uma pré-deformação. 
 
• Sendo assim, a tensão limite de escoamento é 
definida como a tensão necessária para produzir 
uma determinada quantidade de deformação (por 
exemplo, ε = 0,005). 
ESCOAMENTO E LIMITE DE ESCOAMENTO 
• Limite de resistência à tração (LRT): é a tensão no 
ponto máximo da curva tensão-deformação de 
engenharia. 
• O LRT corresponde à tensão máxima que pode ser 
suportada por uma estrutura que se encontra sob 
tração. 
• Resistência à fratura: corresponde à tensão aplicada 
no momento em que ocorre a fratura. 
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E 
RESISTÊNCIA À FRATURA 
CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO 
LRT 
T
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DEFORMAÇÃO 
 
 
• Quando a resistência de um metal é citada para fins 
de projeto, a tensão limite de escoamento é o 
parâmetro utilizado. 
 
TENSÃO PARA PROJETO 
 3) A partir do comportamento tensão-deformação 
em tração para um corpo-de-prova de latão 
mostrado na figura, determinar o seguinte: 
 a) O módulo de elasticidade 
 b) A tensão limite de escoamento a um nível de pré-
deformação de 0,002. 
 c) A carga máxima que pode ser suportada por um corpo-de-
prova cilíndrico com um diâmetro original de 12,8 mm. 
 d) A variação no comprimento de um corpo-de-prova que 
tinha originalmente 250mm de comprimento e que foi 
submetido a uma tensão de traçãode 345 MPa. 
EXEMPLO 
• a) O módulo de elasticidade: 
 
• σ = E ε 
• E = ∆σ / ∆ε 
• E = (σ2 – σ1) / (ε2 – ε1) 
• E = (150 – 0) / (0,0016 – 0) 
• E = 93.780 MPa = 93,8 GPa 
 
RESPOSTA 
• b) A tensão limite de escoamento a um nível de pré-
deformação de 0,002. 
 
• Interseção da linha que passa pela pré-deformação 
de 0,002 com a curva tensão-deformação. 
 
• Tensão limite de escoamento = 250 MPa. 
RESPOSTA 
• c) A carga máxima que pode ser suportada por um 
corpo-de-prova cilíndrico com um diâmetro original 
de 12,8 mm. 
• σ = F 
• A0 
• F = σ A0 = σ (d0/2)2π 
• F = (450 x 106 N/m2) (12,8 x 10-3 m /2)2π 
• F = 57900 N 
RESPOSTA 
 d) A variação no comprimento de um corpo-de-prova 
que tinha originalmente 250mm de comprimento e 
que foi submetido a uma tensão de tração de 345 
MPa. 
 Ponto A da curva: deformação = 0,06 
 ε = ∆l 
 l0 
 ∆l = ε l0 
 ∆l = (0,06) (250mm) = 15 mm 
 
RESPOSTA 
• Ductilidade: representa uma medida do grau de 
deformação plástica que foi suportado até o 
momento da fratura. 
 
• Um material que experimenta um pequena ou 
nenhuma deformação plástica até o momento da 
fratura é chamado de frágil. 
DUCTILIDADE 
DUCTILIDADE 
DÚCTIL 
FRÁGIL 
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DEFORMAÇÃO 
A ductilidade pode ser expressa quantitativamente como: 
 - Alongamento percentual 
 
 AL% = (lf – l0 ) x 100 
 l0 
 - Redução percentual da área (coeficiente percentual da 
fratura) 
 
 RA% = (A0 – Af ) x 100 
 A0 
 
DUCTILIDADE 
 Importância da ductilidade: 
 - Fornece uma indicação ao projetista do grau 
segundo o qual uma estrutura irá se deformar de 
maneira plástica antes de sofrer uma fratura. 
 - Especifica o grau de deformação permissível 
durante as operações de fabricação. 
 Os materias frágeis geralmente possuem uma 
deformação de fratura inferior a aproximadamente 
5%. 
DUCTILIDADE 
• Resiliência: é a capacidade de um material de 
absorver energia quando ele é deformado 
elasticamente e depois, com a remoção da carga, 
recuperar essa energia. 
• Propriedade associada: módulo de resiliência Ur: 
representa a energia de deformação por unidade de 
volume exigida para tensionar um material desde 
um estado com ausência de carga até a sua tensão 
limite de escoamento. 
RESILIÊNCIA 
• Módulo de resiliência: área sob 
a curva tensão-deformação de 
engenharia até o escoamento: 
• 
 Ur = ½ σy εy (J/m3, Pa) 
 
 Ur = ½ σy (σy /E) = σy2 /2E 
RESILIÊNCIA 
DEFORM
AÇÃO 
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• Tenacidade: termo mecânico usado em vários 
contextos, representa uma medida da habilidade de 
um material para absorver energia até sua fratura. 
• É representada pela área sob a curva tensão-
deformação até o ponto da fratura. 
• Sua unidade é a mesma de resiliência (energia por 
unidade de volume do material). 
TENACIDADE 
TENACIDADE 
DÚCTIL 
DEFORMAÇÃO 
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FRÁGIL 
TRANFORMAÇÃO DE UNIDADES 
 
Metalografia é o estudo da morfologia e estrutura dos metais. 
 
 A metalografia é uma área da materialografia que além do estudo dos materiais 
metálicos, compreende a plastografia (materiais plásticos ou poliméricos) e a 
ceramografia(materiais cerâmicos). 
 
Para a realização da análise, o plano de interesse da amostra é cortado, lixado, 
polido e atacada com reagente químico, de modo a revelar as interfaces entre os 
diferentes constituintes que compõe o metal. 
Referências bibliográficas 
COLPAERT. Hubertus. Metalografia dos produtos comuns. 4. ed. revista e atualizada por 
COSTA E SILVA, André Luiz V. São Paulo: Editora Blucher, 2008. 
Microscopia, analise feita em um microscópio com aumentos que normalmente são 50X, 
100X, 200X, 500X, 1000X, 1500X e 2500X. 
Este tipo de análise é realizada em microscópios específicos, conhecidos como "microscópios 
metalográficos" ou "microscópios metalúrgicos". Este tipo de microscópio possui baixo campo 
focal, permitindo apenas a observação de superfícies perfeitamente planas e polidas. Em 
razão disto, a preparação metalográfica tem grande importância na qualidade de uma análise 
Estes microscópios, em geral, possuem sistemas de fotografia integrados, que permitem o 
registro das análises realizadas. 
 
 
Macroscopia, análise feita a olho nu, lupa ou com utilização de microscópios estéreos (que 
favorecem a profundidade de foco e dão, portanto, visão tridimensional da área observada) 
com aumentos que podem variar de 5x a 64X. 
 
Através das análises macrográficas e das análises micrográficas é possível a determinação de 
diversas características do material, inclusive a determinação das causas de fraturas, desgastes 
prematuros e outros tipos de falhas. 
Corte: a amostra a ser analisada deve ser cortada de forma a não sofrer alterações pelo método de corte. Usa-se o 
método a frio, em geral serras, para o corte primário, ou seja, para se separar a porção aproximada que será analisada. 
Na sequencia, usa-se um equipamento denominado "Cut-Off" que faz um corte mais preciso, utilizando-se de um fino 
disco abrasivo e farta refrigeração, a fim de não provocar alterações por calor na amostra. 
Embutimento metalográfico: o processo de embutimento metalográfico pode ser dividido em dois grupos, 
embutimento a quente no qual é utilizado baquelite e uma embutidora metalográfica e o embutimento a frio que são 
utilizados dois produtos resina e catalisador, ambos os métodos visam obter a amostra embutida para conseguir um 
bom resultado na preparação metalográfica. 
Lixamento: são utilizadas lixas do tipo "Lixa d'água", fixadas em discos rotativos. 
Normalmente inicia-se o lixamento com a lixa de granulometria 220, seguida pelas lixas 320, 400 e 600. Em alguns 
casos usa-se lixas mais finas que a lixa 600, chegando-se a 1000 ou 1200. Todo o processo de lixamento é feito sob 
refrigeração com água. 
Polimento: a etapa do polimento é executada em geral com panos especiais, colados à pratos giratórios, sobre os 
quais são depositadas pequenas quantidades de abrasivos. Estes abrasivos variam em função do tipo de metal que 
está sendo preparado. Os mais comuns são, o óxido de alumínio (alumina) e a pasta de diamante. 
Durante o polimento a amostra também é refrigerada, com a utilização de álcool ou agentes refrigerantes específicos. 
Ataque químico: há uma enorme variedade de ataques químicos para diferentes tipos de metais e situações. Em geral, 
o ataque é feito por imersão da amostra, durante um período de aproximadamente 20 segundos, assim a 
microestrutura é revelada. Um dos reagentes mais usados é o NITAL, (ácido nítrico e álcool), que funciona para a 
grande maioria dos metais ferrosos. 
Para mais detalhes, há a norma ASTM E 250, que dispõe sobre as corretas técnicas de Metalografia. 
Etapas da preparação da amostra 
Metalografia qualitativa 
Consiste apenas em observar a microestrutura, determinando-se quais são os 
microconstituintes que a compõe. Os microconstituintes variam de acordo com o tipo de 
liga analisada e de acordo com os tratamentos térmicos, tratamentos mecânicos, 
processos de fabricação e outros processos a que o material haja sido submetido. Para os 
aços, os principais constituintes são : 
 
ferrita: composta por ferro e baixíssimo teor de carbono; 
perlita: composta por ferro e cerca de 0,8% de carbono; 
martensita: resultante de tratamentos térmicos de têmpera; 
austenita: constituinte básico dos aços inoxidáveis. 
Metalografia quantitativa 
O objetivo da metalografia quantitativa é determinar o tamanho médio dos grãos, a 
porcentagem de cada fase constituintedo material, a forma e o tipo de inclusões não 
metálicas, a forma e o tipo da grafite, no caso de ferros fundidos e outros dados específicos 
de cada liga. 
 
Com estes dados, é possível identificar uma liga, prever o comportamento mecânico e o 
método como o material foi processado. 
 
Este tipo de análise pode ser feito através da observação direta da amostra, utilizando uma 
ocular padronizada, ou de forma experimental, através do Método Planimérico de Jeffries e 
do Método dos Interceptos de Heyn. 
 
Os métodos experimentais podem ser utilizados de forma manual e de forma 
automatizada, através de um sistema computadorizado de análise de imagens. 
Grão (metalurgia) 
Grão adjacentes geralmente possuem diferentes orientações cristalográficas e um 
contorno de grão em comum e, durante a deformação plástica, o escorregamento ou o 
deslocamento de discordânicas devem ocorrer neste contorno, de um grão A para outro B. 
 
• O contorno de grão funciona como uma barreira a estes deslocamentos, por duas razões: 
Como os dois grãos possuem diferentes orientações cristalográficas, a discordância, ao 
passar do grão A para o B, precisa alterar sua direção de deslocamento, o que se torna 
mais difícil a medida que as desorientações aumentam. 
•A disordem atômica nos contornos de grão resultam na discontinuidade dos planos de 
escorregamento entre um grão e outro. 
 
Assim, um material com grãos mais finos possui maior dureza e resistência mecânica do 
que um material com grãos grosseiros, pois os primeiros possuem maior número de 
contornos de grão. 
Grão (metalurgia) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para muitos materiais, a tensão mínima de escoamento varia com o tamanho de grão de acordo com a 
seguinte relação: 
 
 
 
 
 
 
Nesta expressão, chamada de equação de Hall-Petch, “σy” é o limite de escoamento, “d” é o tamanho médio do 
 grão e “σ0” e “ky” são constantes particulares do material. 
 
 
 
 
Além disso, a diminuição tamanho dos grãos também eleva a dureza de várias ligas, sendo possível 
escrever outra relação empírica da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
onde “Hy” é a dureza, “d” é o tamanho médio dos grãos e “H0” e “ky” são constantes particulares do material. 
Grão (metalurgia) 
Por exemplo, o aço liga 4340 recozido (aquecido a 810°C e resfriado a uma taxa de 
11°C por hora) possui uma tensão de escoamento de aproximadamente 470 MPa e 
uma dureza de 17 HRC. Este mesmo aço, se passar por um processo de normalização 
apresenta tensão de escoamento de cerca de 860 MPa e dureza de 40 HRC.