Relatório Ensaios Mecanicos - Part Magnéticas e Microdureza

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
 	Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho 
MICRODUREZA
 
Atividade desenvolvida em cumprimento às solicitações do docente Euclides Apolinário Cabral de Pina na disciplina de ensaios mecânicos.
Discentes: Larissa Nascimento Silva, Maria Eduarda Torres, Nuala Dionísio Gouveia e Vitória Silva Cavalcanti de Siqueira. 
Data: 17/09/2024
 
 
 SETEMBRO / 2024
	 RESUMO
 O ensaio por partículas magnéticas consiste em submeter uma peça, ou parte dela,a um campo magnético. Na região magnetizada da peça, as descontinuidades existentes, ou seja, a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material, irão causar um campo de fuga do fluxo magnético. A aplicação das partículas ferromagnéticas provoca a aglomeração destas nos campos de fuga, uma vez que serão por eles atraídas devido ao surgimento de pólos magnéticos. A aglomeração indicará o contorno do campo de fuga, fornecendo a visualização do formato e da extensão da descontinuidade.
INTRODUÇÃO
 O ensaio por partículas magnéticas é utilizado largamente na localização de descontinuidades superficiais e subsuperficiais, com até aproximadamente 3 mm de profundidade em materiais ferromagnéticos que são materiais levemente atraídos por um ímã, exemplos de materiais ferromagnéticos são o ferro, o cobalto e quase todos os tipos de aço. Pode ser aplicado tanto em peças acabadas quanto semi-acabadas e durante as etapas de fabricação. O processo consiste em submeter a peça, ou parte desta, a um pó ferromagnético junto a um campo de fuga, as partículas se acumulam em todo o contorno do campo, devido à formação de um dipolo magnético; assim, pode- se dizer que o ensaio por partículas magnéticas é um detector de campos de fuga, que são revelados pela presença do acúmulo de partículas fornecendo a visualização do formato e da extensão da descontinuidade.Na prática, para ocorrer um campo de fuga adequado na região das descontinuidades, a intensidade de campo deve atingir valores adequados e as linhas de força devem ser o mais perpendiculares possível ao plano formado pelos contornos da descontinuidade, caso contrário o acúmulo das partículas não será nítido e a detecção não será possível. As partículas magnéticas ou pós magnéticos são os elementos que permitem visualizar as indicações referentes às descontinuidades. Embora o nome indique magnéticas, na realidade elas são magnetizáveis pois, se forem aplicadas sobre uma peça ferromagnética na ausência de um campo magnético, não haverá retenção. As partículas magnéticas podem ser encontradas na forma de pó, em pasta ou dispersas em líquido. Em todos os casos, as partículas são constituídas de um pó ferromagnético de dimensões, forma, densidades e cor adequados ao exame.
Quanto ao ensaio de microdureza ele é uma técnica de medição que permite avaliar a dureza de materiais em uma escala microscópica, sendo essencial para caracterizar a resistência superficial de pequenas áreas de uma amostra. Esta técnica é particularmente útil em aplicações onde a dureza de camadas muito finas ou de pequenas regiões de interesse precisa ser determinada com precisão, tais como em revestimentos finos, processos de têmpera localizada, ou na investigação de gradientes de propriedades em materiais tratados termicamente. Na prática, envolve a aplicação de uma carga muito pequena através de um penetrador de geometria definida sobre a superfície do material a ser testado. A carga é aplicada por um tempo controlado, após o qual a carga é removida e a impressão deixada pelo penetrador é medida sob um microscópio. A área da indentação e a carga aplicada são utilizadas para calcular a dureza do material, geralmente expressa em unidades de dureza Vickers (HV) ou Knoop (HK), dependendo do tipo de penetrador usado. A Pirâmide de Vickers é usada para a maioria dos materiais, incluindo metais, cerâmicas e polímeros. O cálculo da dureza Vickers é baseado na área da superfície da impressão de uma pirâmide de base quadrada. Penetrador de Knoop: Preferido para materiais anisotrópicos ou muito frágeis, como vidros ou cerâmicas polidas. A dureza Knoop é calculada a partir da área projetada da impressão, que é mais longa e mais estreita do que a impressão Vickers. Estes ensaios permitem a caracterização detalhada da resistência à deformação e ao desgaste em regiões muito pequenas de materiais, que seria impossível com ensaios de dureza convencionais, que requerem maior volume de material e deixam impressões maiores que podem afetar o uso final do componente testado. A microdureza é, portanto, crucial para o desenvolvimento de tecnologias avançadas, onde as propriedades mecânicas em microescala são tão importantes quanto as propriedades em macroescala.
 
OBJETIVOS
OBJETIVO GERAL
Compreender como o ensaio mecânico por partículas magnéticas detecta possíveis falhas e consequentemente aumenta a qualidade dos materiais. Avaliar o ensaio de microdureza, a fim de entender sobre a resistência e uniformidade de superfícies em regiões localizadas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
· Definir os ensaios dos materiais a partir do método de partículas magnéticas e microdureza;
· Apontar como o ensaio auxilia na detecção das falhas;
· Enunciar a execução do ensaio de partículas magnéticas e microdureza bem como os seus resultados.
PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
PRINCÍPIO DO ENSAIO 
 Supondo uma material que possua uma boa permeabilidade magnética, um campo magnético é aplicado nele e havendo descontinuidades, haverá uma espécie de campo de fuga. Com isso, um pó ferromagnético é jogado por cima do corpo de prova e esses campos atrairão ele, logo que, ficarão aglomerados. Tal aglomeração indicará o contorno desses espaços, podendo assim serem obtidas a visualização e extensão das continuidades. Seu órgão regulador é o ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos).
 O campo de fuga vai ocorrer quando houver uma diferença de continuidade no material, logo que trincas, porosidades, falta de fusão e outros problemas possuem características magnéticas diferentes das presentes no metal base ensaiado, tornando-se esse método um dos mais eficientes a se obter descontinuidades sejam superficiais, sejam com alguns milímetros de profundidade. 
 Algumas das principais etapas e fatores presentes no método são: 
a. Técnica de magnetização;
b. preparação da superfície;
c. tipo de amperagem da corrente;
d. tipo de partículas usadas;
e. método de aplicação e de remoção das partículas;
f. espessura do revestimento;
g. forma e tamanho das peças;
h. técnicas de desmagnetização.
TÉCNICAS DE MAGNETIZAÇÃO 
 Um campo elétrico é induzido por todo o corpo de prova a fim de prepará-lo para o recebimento do pó, logo que é essencial para a revelação das descontinuidades e para tal, algumas técnicas são aplicadas:
· Técnica da bobina: a peça é colocada no interior de uma bobina ou solenóide que provocará um campo longitudinal induzido nela. 
 
· Técnica de Ioque ou Yoke: um eletroímã em formato de U invertido é colocado sob o material e este sofrerá a ação de um campo magnético paralelo às respectivas “pernas” do U. 
 
· Técnica do condutor central: apenas operando em peças de formato circular, um fio condutor de corrente passa pelo centro da peça, provocando nela um campo magnético circular que pode estar localizado internamento ou/e externamente de suas paredes. 
 
· Técnica dos eletrodos: eletrodos são apoiados na peça que sofrerá a ação de um campo magnético circular. Tal técnica é geralmente usada em peças brutas fundadas, soldas, caldeiraria e siderurgia. 
· Técnica do contato direto: placas ou cabeçotes são colocadas nas extremidades da peça, logo que, umacorrente elétrica passará e provocará um campo magnético circular. Inspeciona barras, eixos, parafusos e é aplicada em sistemas automáticos e/ou semiautomáticos. 
 
TIPOS DE CORRENTE UTILIZADAS
· Corrente contínua (cc): tipo de corrente com pouca mobilidade de partículas mas com maior detecção de profundidade, é obtida por meio de baterias. Não utilizada em processos industriais. 
· Corrente alternada (ac): possui maior mobilidade de moléculas com linhas de força concentradas na superfície. 
· Corrente alternada retificada de meia onda: usada para detectar descontinuidades sub-superficiais de até 6 ou 10 mm de profundidade. 
· Corrente alternada retificada de onda completa: como a corrente anterior, mas com uma detecção de até 12 mm de profundidade. 
· Corrente trifásica: combinação de correntes alternadas retificadas a fim de se obter uma que mais se aproxime de uma corrente contínua. 
 Algumas características que influenciam no uso de cada tipo de corrente podem ser relacionadas à profundidade, tipo de pó utilizado e/ou intensidade da corrente e sua magnitude. 
PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE 
 A fim de garantir uma boa mobilidade das partículas além de impedir a detecção de falsos pontos de fuga, é necessário que se haja uma boa limpeza da superfície da peça, que pode ser feita através do jateamento de areia (mais comumente usada em peças automotivas), escovas de aço (mais utilizadas em peças soldadas rotativas ou manuais), solventes (empregados para implementar limpezas feitas anteriormente para que a superfície fique livre de graxas e óleos) ou até mesmo por meio de limpezas usando um pano úmido ou embebido em solvente. 
TIPOS DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS USADAS
 As partículas utilizadas no processo, a depender do tipo de via utilizada, podem possuir o formato de pastas, pós ou até mesmo dispersas em um líquido.
 Por via seca, a partícula é diretamente jogada na peça, devendo ser o pó bem armazenado anteriormente para se garantir que a granulação adequada seja atingida e seu veículo de deposição acaba sendo o próprio ar e pode ser aplicado por meio de aplicadores de pós manuais ou por bombas aspersoras. 
 Já por via úmida, a partícula é dissolvida em água, querosene ou óleos leves nos quais são jogadas por toda superfície da peça, logo que sua concentração esteja apropriada. Podem ser aplicadas através de chuveiros de baixa pressão ou por meio de borrifadores manuais. 
 É importante também que haja retirada do excesso de pó, logo que quantidades excessivas podem deixar a desejar a qualidade da aferição, sendo por via seca retirada com um leve assopro e por via úmida, o próprio líquido por ação de decantação, faz-o. 
 Outra coisa a se atentar é escolher uma boa cor de partículas magnéticas, através de parâmetros como temperatura da superfície da peça (aguentando 315 graus celsius por via seca e 57,2 graus celsius por via úmida). Um bom contraste também deve ser colocado a fim de se obter uma boa visualização, devendo atentar-se à cor de fundo que a peça possui e sua posição. 
TÉCNICAS DE DESMAGNETIZAÇÃO
 A desmagnetização se mostra importante no âmbito de que algumas peças possuem um magnetismo residual do ensaios que pode interferir em alguns processos industriais como a usinagem, soldagem e aferição de instrumentos de medição, se mostrando muito eficiente para tal, o de se passar a peça por bobinas de corrente alternada que fazem um caminho inverso na corrente e com isso, desmagnetizar o material. Tal técnica é dispensável em casos como: 
a) Quando a peça será novamente magnetizada; 
b) em tratamentos térmicos, logo que a temperatura elevada do processo provocará a desmagnetização;
c) quando a peça não reter tanto magnetismo. 
REGISTROS DAS INDICAÇÕES 
 Além de serem indicados os formatos, deve ser também informadas sua localizações para uma melhor rastreabilidade das descontinuidades, o que pode ser feita por alguns métodos como descrição escrita em formato de redação por observação para um laboratório, uso de fitas transparentes onde partículas de via seca são grudadas assim que a fita é colocada sobre a peça, por meio de processos fotográficos ou em vídeo como caracterizações e até mesmo por meio de sprays plásticos, onde uma camada é borrifada na peça, o que lhe provocará uma deposição de um fino plástico que depois de retirado, as impressões ficam marcadas nele. 
MICRODUREZA
PRINCÍPIO DO ENSAIO 
O ensaio de microdureza consiste em apertar um penetrador de geometria e propriedades mecânicas conhecidas sobre o material de teste. A dureza do material é quantificada utilizando uma variedade de escalas que, direta ou indiretamente indicam a pressão de contato envolvida em deformar a superfície de teste. Uma vez que o penetrador é pressionado para dentro do material durante o teste, a dureza é também vista como a capacidade de um material para resistir a cargas de compressão. O penetrador pode ser esférico (Brinell), piramidal (Vickers e Knoop) ou cônico (Rockwell). O ensaio de microdureza é considerado não destrutivo pois deixa uma marca quase imperceptível no material, não comprometendo a utilização da peça ou corpo de prova
TIPOS DE INDENTADORES
· Pirâmide de Vickers: Como mostra na figura, é uma dureza que se baseia na resistência à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º sob uma determinada carga, que é muito menor do que as dos ensaios Rockwell e Brinell, com a possibilidade de variação entre 1 e 1000g, devido ao princípio de que as impressões fabricadas pelo penetrador possuem similaridade geométrica independentemente da carga aplicada. Isso oferece uma escala continua de dureza o que é uma vantagem em relação às outras, além dos cálculos não dependerem das dimensões do penetrador, o qual pode ser usado no ensaio de diversos materiais, inclusive os mais moles, oferecendo um resultado com grande precisão. Esse procedimento deixa impressões muito pequenas é também usado em ensaios de micro e nano-dureza, tornando possível a análise de cerâmicas muito finas e camadas de revestimento. Devido à natureza do penetrador, ele é praticamente indeformável e pode ser reutilizado por muito tempo. O ensaio é padronizado oelas normas ASTM E92 e ASTM E384.
Pirâmide de Brinnel : É um dos tipos de dureza mais utilizado na área de engenharia sendo simbolizada por HB. Consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço ou tungstênio de diâmetro D = 2R sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal através de uma carga P, durante um tempo t. O ensaio Brinell é utilizado para calculo da dureza de metais não ferrosos, aço, ferro fundido, peças não temperadas e produtos siderúrgicos em geral. O equipamento é de fácil operação, porem o uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Como um ensaio por partículas magnéticas é relativamente subjetivo, torna-se necessário garantir que, mesmo seguidos os critérios e requisitos recomendados para o ensaio com base nas normas aplicáveis, os resultados sejam obtidos na mesma peça sob as mesmas condições. É de extrema importância elaboração de um relatório detalhando todas as características e parâmetros do ensaio, tais como desenho e posição da peça ensaiada; área de interesse; norma de aceitação; aparelho de magnetização; tipo e intensidade da corrente elétrica utilizada; tipo de pó magnético usado e concentração das partículas para promover uma melhor interpretação dos dados obtidos. 
A observação e a avaliação das indicações são processadas imediatamente após a deposição da suspensão ou do pó e durante a remoção do excesso; a razão disto é que o comportamento da mobilidade das partículas, sua distribuição, contraste, etc., indicam a necessidade ou não de nova inspeção da área. As condições de iluminação são essenciais para o êxito desta etapa. Visto que, muitas vezes poderão surgir indicações falsas ou não relevantes. Portanto, o ensaio de partículas magnéticas apresenta algumasvantagens tais como; ser capaz de detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais nas peças, sua realização é relativamente simples e rápida, a preparação das peças para o ensaio é simples, não havendo necessidade das possíveis descontinuidades estarem necessariamente abertas à superfície, como no ensaio com líquidos penetrantes, o tamanho e a forma da peça inspecionada tem pouca ou nenhuma influência no resultado e por mais barato e eficiente se comparado com outros métodos de ensaio. 
Entretanto, esse ensaio apresenta desvantagens, por ser aplicável apenas aos materiais ferromagnéticos, ou seja, principalmente os aços estruturais ao carbono, de baixa e média liga e ferros fundidos, a forma e a orientação das descontinuidades em relação ao campo magnético interferem fortemente no resultado do ensaio, sendo necessário, em muitos casos, a realização demais de um ensaio na mesma peça e muitas vezes é necessária a desmagnetização da peça após a inspeção.
Embora o ensaio de dureza possa, em princípio, ser feito em quase todos os produtos metálicos, existem alguns produtos em que o ensaio de dureza é o único possível sem causar a destruição da peça, ou em que o ensaio de dureza desempenha função importante na especificação do produto. Assim, além de peças fundidas, onde se deve fundir um tarugo em separado quando se deseja medir a dureza, alguns dos produtos acabados que estão nos casos acima mencionados são dados a seguir. 106 - Engrenagens. O ensaio de dureza Rockwell é o único ensaio mecânico quer costumeiramente se faz nos dentes da engrenagem - Esferas e rolamentos. Utiliza-se Normalmente o método de Dureza Rockewll. - Parafusos. Para parafusos utiliza-se o ensaio de dureza quando não se dispõem dispõe de equipamento para realizar o ensaio de tração. Pode-se medir a dureza na escala Brinell ou Rockewll, tanto no topo como no lado da cabeça do parafuso. - Porcas. As especificações para porcas também pedem ensaio de dureza Brinell ou rockwell, além da prova de carga por tração ou compressão. As impressões de dureza Brinell são feitas na face lateral da porca e as impressões Rockwell no topo. Às vezes, é preferível optar pela dureza Rockwell, pois a impressão Brinell pode provocar uma deformação na porca. Usar uma carga menor na dureza Brinell também pode ser utilizada caso não se deseje usar a dureza Rockwell.k - Arruelas. As especificações desse produto exigem somente ensaio de dureza Rockwell. - Rodas de avião. O ensaio de dureza escleroscópica Shore é o ensaio rotina mais empregado, sendo feitos em diversos locais da peça. - Ferramentas. A aceitação ou rejeição da ferramenta é controlada pelo ensaio de dureza Rockwell (ou, em certos casos, Brinell), tendo como base as especificações exigidas. Geralmente as áreas testadas são as regiões de utilização da ferramenta como, por exemplo, o gume de uma pá ou a ponta de uma picareta. - Peças soldadas. O processo de soldagem pode causar alteraçõs estruturais da peça (como em chapas e tubos). Muitas vezes deseja-se verificar as alterações sofridas, portanto é feito ensaio de dureza Vickers ou Rockwell ao longo de uma linha que passa pelo material-base de um lado, pela solda até o outro lado do material-base. - Bloco-padrão. Para a avaliação de uma máquina de dureza utiliza-se o bloco-padrão, que é uma peça fabricada de modo a obter-se uma dureza praticamente constante sobre toda a sua superfície. Quando uma máquina está avaliada com um bloco-padrão de dureza conhecida, essa máquina pode ser usada para efetuar ensaio em outro bloco-padrão, do qual se quer conhecer o valor de dureza. - Controle de tratamento térmico. O ensaio de dureza é largamente empregado para se saber se um tratamento térmico efetuado numa peça ferrosa ou não ferrosa foi realizado como esperado. Se a peça não atingir ou se ultrapassar em muito uma determinada dureza, a peça não foi tratada corretamente. Os exemplos são vários: têmpera e revenimento de aços, tratamentos térmicos de recozimento, solubilização ou envelhecimento de ligas de alumínio, ensaio Jominy de temperabilidade, tratamentos térmicos em ligas de cobre, magnésio, etc.
CONCLUSÃO
 Em todos os setores da indústria, as falhas podem causar danos físicos aos trabalhadores como também consideráveis prejuízos financeiros. Dessa forma, ensaios para a verificação das condições de trabalho dos materiais são sempre de extrema importância, porque são capazes de localizar descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos. Sua realização é relativamente simples e rápida, como também a preparação dos corpos de provas, não havendo a necessidade das possíveis descontinuidades estarem abertas à superfície, quando comparado ao ensaio de líquido penetrante o tamanho e a forma da peça tem pouca influência no resultado. Portanto, o ensaio de partículas magnéticas mostram diversas vantagens, quando equiparado a outros ensaios, por serem mais barato, eficiente e a obter ótimos resultados rapidamente. 
	 
	 
	 
	
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
TELECURSO 2000 - Ensaios de materiais- 20 Partículas Magnéticas . Youtube: Telecurso, 01/12/2011. Disponível em: Telecurso 2000 - Ensaios de Materiais - 20 Partículas magnéticas - YouTube. Acesso em: 20 set. 2022.
ANDREUCCI, Ricardo. Ensaios por Partículas Magnéticas. São Paulo: ABENDE, 2007.
PETROBRÁS, Norma N-1596, Ensaios Não Destrutivo - Partículas Magnéticas. Petrobrás, 2003.
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