Ensaio de charpy

Prévia do material em texto

1. INTRODUÇÃO
Os ensaios de dureza são, sem dúvida, os mais utilizados na indústria, sendo utilizados no controlo de qualidade em materiais e peças acabadas. As aplicações dos ensaios de dureza incluem a determinação aproximada da resistência e características de ductilidade dos materiais, controle de qualidade em tratamentos térmicos e mecânicos, entre outros.
A dureza de um material pode definir-se de várias maneiras.No entanto, a definição mais usual de resistência do material é à penetração. A determinação da dureza tem a finalidade definir se o material atingiu uma determinada condição metalúrgica e/ou mecânica.
Alguns dos principais ensaios de dureza usados são: vickers, brinell, ensaio de charpy e utilização do aparelho durômetro para ensaio rockwell. Sendo o ensaio de charpy e o aparelho durômetro, os processos utilizados para testar a dureza dos materiais, no campus II da URI na presente aula de Ciências dos Materiais pelo curso de Engenharia Civil.
2. OBJETIVO
A presente aula teve como objetivo determinar a medida de resistência, impactos e deformação de dois corpos de prova de diferente composição, medindo a taxa de destruição e o quanto esses materiais foram resistentes até a sua ruptura ou deformação, esses testes foram realizados através do ensaio de charpy e também com a utilização do durômetro.
O comportamento do material (frágil ou dúctil) é medido pelo ensaio de impacto. Os corpos de prova utilizados são padronizados e submetidos a uma flexão por impacto produzida por um martelo pendular. A energia que o corpo de prova absorve é medida pela diferença entre a altura atingida pelo martelo antes e após o impacto, multiplicada pelo peso do martelo, sendo em geral lida na própria máquina, através de um ponteiro que corre em uma escala graduada já convertida em unidade de energia, quanto menor a energia absorvida, mais frágil será o material à aquela solicitação mecânica.
No ensaio tipo charpy, os corpos de prova são bi-apoiados nos suportes localizados na base da máquina e são dispostos de modo que o entalhe fique na face oposta aquela que receberá o impacto do martelo pendular. Esse corpo de prova apresenta um chanfro, com um ângulo de 45º e profundidade de aproximadamente 2mm. A máquina utilizada para este tipo de ensaio está esquematizada na imagem abaixo, juntamente com a representação do corpo de prova:
	Já na utilização do aparelho chamado durômetro, que foi desenvolvido em 1920, pelo fabricante de instrumentos Albert F. Shore, e é amplamente utilizado na medição da dureza de polímeros, elastômeros e borrachas. Esse aparelho é uma evolução do antigo escleroscópio, no qual o princípio de medição de queda de peso foi substituído por um sistema de medição por mola.O método consiste em medir a profundidade da impressão deixada no material com a aplicação da carga e é dependente de outros fatores além da dureza, como das propriedades visco elásticas e da duração do ensaio.Com ele, é possível realizar ensaios com diversos tipos de materiais, graças às diversas escalas de medição do aparelho. Segue abaixo a imagem ilustrada do aparelho durômetro utilizado no laboratório da URI e um exemplo de como seria o ensaio:
3. MATERIAIS, INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO E MÉTODOS
3.1. Materiais:
Corpo de prova de aço quadrado com aresta de 10mm e comprimento 55mm;
3.2. Instrumentos de medição:
Máquina de dureza (Durômetro);
Máquina para ensaio de impacto (tipo charpy);
3.3. Métodos:
Professor fez um croqui no quadro, referente ao processo da máquina no ensaio de charpy;
Corpos de prova já estavam preparados;
O corpo de prova foi disposto na máquina (tipo charpy)de modo que ficassem bi-apoiado e com a superfície que não continha entalhe voltada para trás, sendo esta a região que receberia o impacto. Depois de feito o acerto da posição do corpo de prova na máquina, o martelo foi solto, impactando o material, em seguida sendo freado pelo professor;
Após o impacto, foram feitas leituras das energias absorvidas pelo material ensaiado, com ajuda de um relógio localizado no próprio equipamento;
Para o ensaio realizado na máquina de dureza (durômetro), foram feitos quatro ensaios para cada um dos dois tipos de aços, sendo utilizada a ponteira pertinente para cada tipo de material; 
Após os testes, os valores alcançados foram disponibilizados no quadro;
4. RESULTADO E DISCUSSÃO
Inicialmente foram de definidos os dois corpos de prova como, corpo A e B. Assim ficando estabelecido que iniciaríamos os testes com o corpo de prova A. Em posse do corpo de prova A iniciamos o ensaio de charpy elevando o martelo de massa 9,375 Kg, a um ângulo de 160º, assim posteriormente, soltando o mesmo de forma a observar o resultado pela ação da gravidade mais a massa do martelo no corpo de prova, esse teste foi realizado posteriormente com o corpo de prova B.
Tendo realizado o teste com os corpos de prova A e B verificamos uma diferença grande em seus aspectos finais, pós soltura do martelo. O corpo de prova A estava rompido em sua totalidade como mostra a foto a baixo:
Já no corpo de prova B observamos, que o material se comportou de forma diferente ao corpo A, sendo que o mesmo deformou “dobrou” ao invés de se romper. Observamos este efeito na foto abaixo:
Após o teste de charpy, utilizamos os corpos de prova A e B respectivamente para os teste com o aparelho durômetro. Nesta etapa iniciamos os testes com uma ponteira de diamante, observando que o corpo de prova A se comportava de forma estável, e assim sendo possível realizar os testes com essa ponteira que é especifica para matérias mais duros. Isso já nos dava a idéia de que o corpo de prova A se tratava de um material duro, além do mais era o corpo que estava rompido, característica essa de matérias com mais carbono. Posteriormente para os testes com o corpo de prova B, tivemos que substituir a ponteira do equipamento, trocando a ponteira de diamante, por uma ponteira de esfera de aço devido ao material ser visivelmente mais maleável pelo fato de estar “torto” e não rompido, característica essa de materiais com menos carbono. 
Observamos os resultados encontrados através do teste realizados com o durômetro na tabela abaixo: INSERIR ESSA TABELA
	DUREZA ROCKWELL
	CORPO DE PROVA 
	ESCALA
	MEDIDA 1
	MEDIDA 2
	MEDIDA 3
	A
	HRC
	17
	13
	11
	B
	HRB
	58
	58
	64
4.1 Resultados
A primeira escala utilizada é a escala HRC (Rockwell C), na qual se utiliza o penetrador de diamante, pois é utilizado para metais muito duros, em seguida foi dada uma pré-carga de 10kgf, para a fixação do corpo de prova no aparelho. Após os ajustes foram aplicados uma força de 150kgf no corpo de prova A e em seguida colhido os dados do teste. Com o corpo de prova B foi utilizado escala HRB (Rockwell B), pois é utilizada para metais moles, na qual o penetrador é uma esfera de aço, e para esse teste usamos uma carga de 100kgf. É importante ressaltar que quando se tenta identificar um material desconhecido, a primeira opção seria utilizar a escala HRA, evitando que o durômetro seja danificado ou desregulado, mesmo que o material seja muito duro, mas por ter feito o ensaio de charpy, foi possível identificar qual dos corpos de prova era mais duro e conseqüentemente utilizar a ponteira certa no durômetro. Foram feitas três medições para cada corpo de prova, e os resultados obtidos, são demonstrados na tabela a seguir:
	DUREZA ROCKWELL
	CORPO DE PROVA 
	ESCALA
	MEDIDA 1
	MEDIDA 2
	MEDIDA 3
	MÉDIA
	A
	HRC
	17
	13
	11
	13,7
	B
	HRB
	58
	58
	64
	60,0
	CONVERSÃO CP-A EM HRB
	HRB
	/
	/
	/
	93,9
Assim, observando os resultados obtidos pelo ensaio de dureza Rockwell ao convertermos o corpo de prova A para a escala HRB, fica evidente que o mesmo é o material mais duro. Observa-se também que a medida 1 e 2 do corpo de prova A e as medidas 2 e 3 do corpo de prova B variaram bastante, isso pode estar relacionado com o tempo entre um teste e outro, onde pode haver uma mudança de temperatura na peça ou com possíveiserros de paralaxe.
Determine a energia absorvida pelo CP 1 ? (fraturou completamente)
Dados do ensaio:Ep = m . g. h
hi = 825 + (825sen70)
m = 9,375 kg
hf = 825+ (825sen40)
g = 9,8m/s2
Determine a energia total que o CP 2 absorveu?
Dados do ensaio:
hi = 825 + (825sen70)
m = 9,375 kg
Pesquise sobre o ensaio Charpy e fale como ele pode fornecer a transição de comportamento de um material de dúctil para frágil?
O comportamento do material (frágil ou dúctil) é medido pelo ensaio de impacto. Quando submetido a uma flexão por impacto produzida por um martelo pendular, que não se distribuem de modo uniforme por todo corpo de prova. A energia que o corpo-de-prova absorve é medida pela diferença entre a altura atingida pelo martelo antes e após o impacto, multiplicada pelo peso do martelo, sendo em geral lida na própria máquina, através de um ponteiro que corre em uma escala graduada já convertida em unidade de energia, Quanto menor a energia absorvida, mais frágil será o material a aquela solicitação mecânica.
Com relação ao ensaio de dureza responda:
O que é dureza considerando o ensaio realizado?
A dureza é uma propriedade mecânica largamente utilizada em estudos e pesquisas mecânicas e metalúrgicas, e principalmente na especificação e comparação de materiais.
Para o conceito de dureza são atribuídos diferentes significados, tais como medida de resistência do material a ações de origem mecânica sobre sua superfície, resistência à penetração, à deformação plástica e ao risco.
Escreva em uma tabela os resultados obtidos nas duas escalas e busque em tabelas de conversão de dureza fazendo uma tabela na mesma escala. Depois tente achar aços com dureza aproximada as encontradas e estime que aços poderiam ser estes dois aços?
	DUREZA ROCKWELL
	CORPO DE PROVA 
	MATERIAL
	ESCALA
	MEDIDA 1
	MEDIDA 2
	MEDIDA 3
	MÉDIA
	A
	/
	HRC
	17
	13
	11
	13,7
	B
	1006 
	HRB
	58
	58
	64
	60,0
	CONVERSÃO CP-A EM HRB
	1045 
	HRB
	/
	/
	/
	93,9
	Através dos valores obtidos em escala HRB, é possível determinar parcialmente que tipo de material seriam os dois corpos de prova. Os dois corpos de prova por terem espessuras de 10mm cada, utilizando as duas tabelas acima, fica possível determinar que o corpo de prova A que ficou com média 93,9 HRB se enquadraria na tabela (SAE 1035, 1045 e 1144), sendo o aço mais comum o aço SAE 1045. No caso do corpo de prova B, onde teve uma média de 60 HRB, a tabela que mais se aproxima desse valor com a espessura 10mm seria (SAE 1006, 1008 e 1010) sendo o mais comum o aço SAE 1006. Para determinar o tipo de aço nesse caso, seria um pouco relevante, pois dependendo do local que será feito o teste no corpo de prova, o valor muda. Geralmente qualquer aço tem uma dureza maior perto do seu núcleo “centro”, e uma dureza menor em suas extremidades, por isso que muitas vezes os valores de cada medida muda de forma razoável.
 
5. CONCLUSÃO
O experimento proporcionou uma análise adequada do corpo de prova segundo os objetivos propostos. Seguindo os procedimentos do ensaio Charpy, foi possível obter a energia de impacto de um corpo de prova com entalhe em V, e utilizando certas variáveis obtidas a partir do corpo de prova e da máquina de ensaio, conseguiu-se determinar a resistência ao impacto do mesmo.
É válido ressaltar que durante a realização do ensaio existem perdas que não são computadas nos dados finais. Tais perdas estão relacionadas, desde ao atrito do ar com o martelo, até perdas devido ao calor e ao som. Essas dissipações não são medidas com certa facilidade, razão pela qual, são desprezadas, até mesmo, devido ao seu baixo poder de influência sobre os dados dos resultados.
Conclui-se que dureza é a medida da profundidade ou do tamanho da resultante endentação, que por sua vez é relacionada ao número da dureza. Também durezas medidas são apenas relativas, e deve ter uma atenção especial ao se comparar valores determinados por diferentes técnicas.
Por fim, com o método de ensaio de dureza Rockwell, podemos citar uma desvantagem principal, onde a não utilização de uma única escala de dureza, o que acarreta na impossibilidade de comparação dos resultados obtidos pelo ensaio de dureza Rockwell entre escalas diferentes, mesmo havendo as suas respectivas conversões de escala. 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.
Após a realização dos ensaios de dureza, foi possível perceber a importância da realização do mesmo para determinar qual a peça a ser utilizada na produção de determinado produto. São experimentos simples e rápidos, que fornecem muitas informações sobre a amostra, além da facilidade da utilização das tabelas.
6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
Ensaio de charpy. Disponível em: 
<http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/7295-o-que-e-teste-charpy/> Acesso em 25 de setembro de 2014.
SOUZA, S A.; Composição Química dos Aços. São Paulo: Editora Edgard Blucher LTDA, pp. 55-58, ago. 1989
CHIAVERINI, V.; Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, ABM, pp.96-99, 1995.