RELATORIOS DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA PUCMG

Materiais de Construção Mecânica

•

PUC-MINAS

Dênis Dáyol

14.09.2016

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1063498_981140_Curvas de tra��o e imagens das micrografias dos cps 1 e 2.docx
Figura 3. Micrografia da seção transversal do aço SAE 1020 trefilado. Ampliação de 200X. Ataque Nital 2%.
Figura 4. Micrografia da seção longitudinal do aço SAE 1020 trefilado. Ampliação de 200X. Ataque Nital 2%. Obs: A seta indica a direção do processo de trefilação.
Figura 5. Micrografia da seção transversal do aço SAE 1020 laminado a quente. Ampliação de 200X. Ataque Nital 2%.
Figura 6. Micrografia da seção longitudinal do aço SAE 1020 laminado a quente. Ampliação de 200X. Ataque Nital 2%.
20160220_091341.jpg
20160312_081329.jpg
20160312_081401.jpg
611061_Manual 2013.pdf

Belo Horizonte
Janeiro de 2013
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Instituto Politécnico - IPUC

Ciência dos Materiais

Professor Ubirajara Domingos de Castro

Metalografia, Ensaios Mecânicos e
Tratamentos Térmicos

Manual de Laboratório

Caderno
01
1a Edição

Editora
FUMARC

Laboratório de Materiais de Construção Mecânica

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Engenharias
IPUC – PUC Minas

FICHA CATALOGRÁFICA

Castro, Ubirajara Domingos
V 199p Metalografia, Ensaios Mecânicos e Tratamentos
Térmicos: Manual de Laboratório – engenharias /
Ubirajara Domingos de Castro – Belo Horizonte:
FUMARC/PUC-MG, 2010.

Bibliografia.

1. Ciência dos Materiais – Estudo e ensino (superior).
2. Manual de aulas práticas

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IPUC – PUC Minas

O professor Ubirajara Domingos de Castro possui graduação
em Engenharia Metalúrgica e de Minas (1984) e mestrado em
Engenharia Metalúrgica e de Minas na área de concentração de
Metalurgia de Transformação (1997) pela Escola de Engenharia da
Universidade Federal de Minas Gerais – E.E.UFMG. Atualmente, é
professor assistente III do Instituto Politécnico da Pontifícia
Universidade Católica de Minas Gerais – IPUC, onde atua desde 1990. É professor das
disciplinas de Ciência dos Materiais, Materiais de Construção Mecânica e da disciplina
Laboratório de Materiais de Construção Mecânica do curso de engenharia
Mecânica/Mecatrônica do campus de Belo Horizonte da PUC Minas. Também atua como
professor do curso de engenharia Mecânica do campus da PUC Minas-Contagem, onde
ocupa a função de Gestor dos Laboratórios. Nos campi da PUC Minas na unidade Barreiro
atua como professor da disciplina Ciência e Seleção de Materiais do curso de Engenharia
de Produção e coordenador dos Laboratórios do mesmo curso. É coordenador e professor
do curso de Pós-graduação lato sensu em Gestão de Processos Industriais de Fabricação
IEC-PUC Minas/Centro de Competências da Fiat Automóveis desde 2005. Recentemente,
apresentou ao Instituto de Educação Continuada da PUC Minas – IEC um novo projeto de
curso intitulado Tecnologia de Materiais Aplicada a Processos de Fabricação. Como
profissional, tem experiência na área de Engenharia Metalúrgica e de Materiais com
ênfase em Equipamentos Metalúrgicos, Ensaios Mecânicos e Processos de Conformação
Mecânica. Atua, principalmente, nas áreas de processos siderúrgicos (alto-forno, e cubilot
e aciaria), processamento por trefilação (irregularidades de fluxo), ensaios mecânicos
(determinação de propriedades mecânicas), tratamentos térmicos e metalografia.

Sobre esta Obra

Com este trabalho busca-se repassar ao aluno, de forma prática e objetiva, o
estudo dos materiais, essencialmente dos metais e ligas metálicas sob o ponto de vista
da Metalurgia Física e Mecânica, relacionando os processos de fabricação às propriedades
mecânicas, bem como sua utilização e suas inúmeras aplicações na indústria da
construção mecânica.

A ementa desta disciplina foi elaborada de forma a buscar uma
interdisciplinaridade, possibilitando ao aluno a interação entre a teoria adquirida nas
disciplinas teóricas de Materiais dos cursos de Engenharia Mecânica, Engenharia

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Mecânica com ênfase em Mecatrônica e Engenharia de Produção, seja na Ciência dos
Materiais ou em Materiais de Construção Mecânica, com a análise das características dos
materiais desenvolvida nas práticas investigativas realizadas nos laboratórios de
Materiais.

Desta forma, este trabalho está dividido em três partes bem definidas. Na
primeira, referente aos ensaios mecânicos, o aluno experimenta procedimentos e testes
padronizados que possibilitam a avaliação das propriedades mecânicas dos materiais de
forma a prever o comportamento mecânico de um componente de um dado material
quando em serviço. Nesta etapa são executados ensaios de dureza pelos métodos Brinell,
Vickers e Rockwell, incluindo-se o ensaio de microdureza e suas aplicações. Além disto,
são discutidos os ensaios de tração e de impacto para avaliação de propriedades
mecânicas especificas, com a utilização de máquinas de tecnologia atual.

A segunda parte desta obra refere-se à utilização das técnicas do exame
metalográfico para caracterização dos materiais. Inicialmente, são executados
procedimentos para o exame metalográfico, que buscam a análise do material, sob o
ponto de vista visual, a olho nu ou com o auxílio de microscópios, de forma a identificar
defeitos de projeto ou de fabricação, tratamentos térmicos que, por ventura, tenham
sido executados, controle de processos de soldagem, identificação do processo de
fabricação e caracterização microestrutural. No exame metalográfico, macro ou
micrográfico, amostras ou fragmentos de peças metálicas são submetidos a uma
seqüência de procedimentos como embutimento, lixamento, polimento e ataque
metalográfico por reativo adequado. A análise microestrutural é feita através de
microscópios ópticos, dotados de sistema para aquisição e tratamento de imagens.
Amostras de materiais metálicos são preparadas na área do laboratório destinada a
metalografia e são investigadas em microscópios ópticos de alta qualidade.

A terceira parte engloba as práticas de tratamentos térmicos, ensaio de
temperabilidade Jominy, cementação e recristalização. Com relação às práticas de
tratamentos térmicos, o laboratório está aparelhado com fornos resistivos do tipo mufla,
automatizados com controladores de temperatura. Amostras de aços comuns são
austenitizadas e resfriadas em meios variados. As propriedades mecânicas, bem como a
microestrutura dos aços são controladas antes e depois dos tratamentos térmicos. No
ensaio Jominy, um dispositivo padronizado foi construído de forma a possibilitar o
resfriamento dos corpos de prova de dois aços de mesmo teor de carbono, porém de
constituições diferentes em termos de elementos de liga. Ensaios de dureza são

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executados ao longo da direção axial dos corpos de prova de forma a possibilitar a
construção da curva de temperabilidade dos materiais em estudo. A prática de
recristalização é feita com o cobre comercialmente puro e engloba testes de compressão
executados na máquina universal de ensaios, seguidos de ensaios de dureza e
recozimento estático, em tempos variados, em fornos do tipo mufla. O tratamento final
dos dados obtidos permite a determinação e a comparação das energias de ativação das
reações de recristalização do cobre comercialmente puro, empregando-se a equação de
Arrhenius.

Após cada aula prática, o aluno deverá preparar um relatório técnico, utilizando-
se das normas PUC Minas, disponíveis em www.pucminas.br/biblioteca.

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Plano de Ensino da Disciplina

Objetivos:

 Fortalecer e aprimorar os conhecimentos adquirídos nas disciplinas teóricas de
Materiais.
 Fornecer ao aluno os princípios básicos dos ensaios mecânicos dos materiais metálicos.
 Mostrar ao estudante a importância do exame metalográfico na identificação e solução
das falhas do material em serviço.
 Introduzir o aluno no estudo científico de pesquisa na área da Ciência dos Materiais.

Métodos Didáticos:

- Manual de orientação das práticas de laboratório (texto para orientação das aulas
práticas, incluindo metodologia e coleta de dados);
- Aula expositiva no início de cada aula para esclarecimentos necessários sobre a prática a
ser desenvolvida.

Ementa:

 Ensaios Mecânicos: Ensaio de Dureza Brinell; Ensaio de Dureza Vickers; Ensaio
de Dureza Rockwell; Ensaio de Microdureza Vickers. O Ensaio de Tração; Ensaio de
Impacto Charpy.
 O Exame Metalográfico: Macrografia; Micrografia. Tratamentos Térmicos:
Recozimento, Normalização, Têmpera e Revenimento; Micrografia de Aços Comuns
Tratados Termicamente; Tratamentos Termoquímicos: Cementação. Ensaio de
Temperabilidade Jominy. Recristalização: Encruamento; Recozimento de
Recristalização; Tratamento dos Dados.
- Aulas de transparências com a utilização do retroprojetor;
- Questionários para avaliação do aprendizado;
Período 1o Semestre de 2013
Nome da disciplina: Laboratório de Materiais de
Construção Mecânica
Período: 4o
Curso: Engenharia Mecânica com ênfase em
Mecatrônica
Carga Horária:
30 horas
Número de
créditos: 01
Disciplina pré-requisito: Ciência dos Materiais
Disciplina co-requisio: Materiais de Construção Mecânica

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Bibliografia Complementar

1. COLPAERT, HUBERTUS, Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 3 ed.
São Paulo, Edgard Blucher, 1974.
2. SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard
Blucher, 1974.
3. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.
4. Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.
5. Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961.
6. HILL, ROBERT E. REED, Princípios de Metalurgia Física, 2 ed., Editora Guanabara
Dois S.A., Rio de Janeiro - RJ.
7. GUY, A. G., Physical Metallurgy for Engineers, Addison-Wesley, 1962.
8. DIETER, G.E., Mechanical Metallurgy. Toko, 2a Ed., McGraw-Hill, 1976.
9. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de
Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;
Unidade de
Ensino
Distribuição da
Ementa
Horas
Aulas
Pontos
(%)
IPUC
1. Ensaio de Dureza Brinell; Ensaio de Dureza Vickers;
Ensaio de Dureza Rockwell; Ensaio de Microdureza
Vickers.
08 20
2. Ensaio de Tração: Levantamento das propriedades
mecânicas à tração.
02
20
3. Ensaio de impacto. 02
4. Metalografia: Macrografia e Micrografia de aços. 04
20
5. Tratamentos Térmicos dos aços: Recozimento;
Normalização; Têmpera em óleo e em água;
Revenimento; Micrografia das peças tratadas.
04
6. Micrografia de ferros fundidos. 02
7. Tratamentos Termoquímicos: Cementação. 02
20
8. Ensaio de Temperabilidade Jominy: Têmpera e
levantamento do perfil longitudinal de dureza (curva
de temperabilidade).
02
9. Recristalização: Encruamento; Recozimento de
Recristalização; Ensaios de dureza; Tratamento dos
Dados.
04
20
10. Tratamento de dados obtidos 02
Total 32 100

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10. CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7. ed.
Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos. 2008. ISBN: 9788521615958.
11. SHACKELFORD, James F. Ciência dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2008. 556 p. ISBN 9788576051602.
12. VAN VLACK, Lawrence H.. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 2a ed. Rio
de Janeiro: Campus. 1988. ISBN: 8570014805.

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Critérios Adotados na Distribuição dos Pontos

- Freqüência às aulas e entrega dos relatórios: 100 pontos

Observações: - As práticas e os relatórios serão executados por grupos de dois alunos.
- Os relatórios entregues com atraso serão avaliados com uma menor
pontuação.

Sugestões para Confecção, Formato e Padronização dos Relatórios

Sugere-se a apresentação dos relatórios no seguinte formato:
 Editor de texto: Word;
 Tamanho A4 (210 x 297 mm);
 Margens de 2,5 cm;
 Letra (tipografia): Times New Romam com tamanho 12;
 Espaço entre linhas: automático;

Tamanho Máximo do trabalho: 20 páginas (incluindo figuras e referências
bibliográficas).
Na primeira página deve constar o logotipo da universidade, o título do trabalho em
maiúsculas, negrito e centralizado com letra tamanho 15. Pulando três linhas o nome
do autor (alinhado à direita). Na segunda página, inicia-se o texto.
 Os gráficos/desenhos ou figuras não poderão ultrapassar o tamanho A4.
 As folhas deverão ser numeradas no alto da página, à direita, iniciando-se a
numeração após o SUMÁRIO.
 O trabalho deverá conter uma capa na qual conste no início, o nome e o logotipo
da universidade, além do curso, todos em letra maiúscula, tamanho 13 (negrito);
o título do trabalho em maiúsculas (negrito tamanho 15 – centralizado), seguido
do nome do aluno, alinhados à direita e o nome do professor da disciplina (letra
normal – tamanho 12).
 Abaixo, no pé da página, citar local, dia e ano, cada qual em uma linha e
centralizado.

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São partes essenciais do trabalho:

1. Capa
2. Resumo
3. Objetivos da Prática
4. Sumário
5. Introdução (Revisão Bibliográfica)
Texto genérico e resumido sobre o assunto tratado na prática;
6. Materiais e Metodologia
7. Resultados e Discussão
Apresentação resumida dos resultados obtidos nos ensaios em forma de texto ou
sumarizados;
Breve discussão dos resultados e comparação destes com dados obtidos na
literatura.
8. Conclusões
9. Referências bibliográficas
Citação da bibliografia utilizada para consulta conforme normas de indicação
bibliográfica da ABNT;
Citação de normas brasileiras ou outras emitidas por organizações
padronizadoras.

Obs: Para uma informação mais detalhada de como proceder à elaboração do
relatório, deve-se consultar o trabalho intitulado Padrão PUC Minas de Normalização
no site da PUC Minas, de endereço eletrônico:
http://www.pucminas.br/biblioteca/index_padrao.

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A busca pelo conhecimento não é apenas uma
obrigação do ser humano, mas uma justificativa para a
sua existência.
(o autor)

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SUMÁRIO

1.
ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 01
Ensaio de Dureza pelo Método Brinell .......................................................
Histórico......................................................................................................
Os Métodos de Ensaio de Dureza....................................................................
1.1. MÉTODO BRINELL..................................................................................
1.2. Parte Experimental ................................................................................
1.2.1. Objetivos............................................................................................
1.2.2. Materiais.............................................................................................
1.2.3. Equipamento.......................................................................................
1.2.4. Procedimento......................................................................................
1.3. Resultados.............................................................................................
1.4. Bibliografia.............................................................................................
1.5. Exercícios Propostos................................................................................

12
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12
13
15
15
15
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15
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2. ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 02
Ensaio de Dureza pelo Método Vickers........................................................
2.1. MÉTODO VICKERS................................................................................
2.1.1. Irregularidades Encontradas nas Impressões Vickers ................................
2.1.2. Objetivos............................................................................................
2.1.3. Materiais.............................................................................................
2.1.4. Equipamento......................................................................................
2.2. Procedimento.........................................................................................
2.3. Resultados.............................................................................................
2.4. Bibliografia.............................................................................................
2.5. Exercícios Propostos................................................................................

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21
21
3. ENSAIOS MECÂNICOS: Prática de Laboratório N0 03
Ensaio de Dureza pelo Método de Microdureza Vickers...............................
3.1. MÉTODO VICKERS................................................................................
3.1.1. Cuidados a Serem Tomados na Execução do Ensaio de Microdureza..
3.1.2. Objetivos............................................................................................
3.1.3. Materiais.............................................................................................
3.1.4. Equipamento.......................................................................................
3.2. Procedimento.........................................................................................
3.3. Resultados.............................................................................................
3.4. Bibliografia.............................................................................................
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26
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3.5. Exercícios Propostos................................................................................ 26
Ensaio de tração..................................................................................... 28
Metalografia – macrografia e micrografia.................................................. 34
Tratamentos Térmicos – micrografia......................................................... 50
Recristalização – Encruamento e recristalização.......................................... 60
Ensaio de temperabilidade Jominy............................................................ 80

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Lista de Figuras

Figura 1- Parâmetros básicos num teste Brinell. ...................................................... 21
Figura 2. Ângulo das tangentes à esfera, para a relação d/D = 0,375 na dureza Brinell. 25
Figura 3 - Procedimento para a determinação da diagonal em uma impressão obtida por
penetrador de diamante. ..................................................................... 26
Figura 4 - (a) Impressão Vickers perfeita; (b) Impressão defeituosa; afundamento; (c)
Impressão defeituosa; aderência. ......................................................... 28
Figura 5 - a) Comparação entre os tamanhos das impressões Knoop e Vickers para uma
mesma carga; b) Detalhe de uma impressão Knoop; c) Penetrador Knoop 31
Figura 6 - Variação de HK e HV com a carga no ensaio de microdureza. ..................... 32
Figura 7 - Micrômetro óptico para medição das diagonais da impressão no método de
microdureza Vickers. .......................................................................... 33
Figura 8 - Seqüência de operações do método de ensaio de dureza Rockwell
(esquemático).
.................................................................................. 36
Figura 9 - Durômetro Rockwell instalado no laboratório de Materiais de Construção
Mecânica do depto. de Engenharia Mecânica da PUC MG. ........................ 38
Figura 10 - Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração. ................................ 41
Figura 11. – Curva característica de Carga (Kgf) versus Alongamento (mm) obtido no
ensaio de tração. ............................................................................... 42
Figura 12 - Curva típica tensão-deformação convencional, obtida no ensaio de tração. 43
Figura 13. – Curva tensão/deformação verdadeiras. ................................................ 44
Figura 14. – Curva de tração apresentando um patamar de escoamento. ................... 45
Figura 15. – heterogeneidade de deformação durante o patamar de escoamento. ....... 46
Figura 16 - Ocorrência de banda de Lüders em corpos de prova de tração. ................. 46
Figura 17. – Procedimento para avaliação do limite de escoamento a x% de deformação.
........................................................................................................ 47
Figura 18. – Método para determinação do valor de l para o alongamento. ................. 48
Figura 19 - Avaliação gráfica do alongamento percentual após ruptura. ..................... 49
Figura 20 - Influência da posição do corte de uma barra sobre seu aspecto macrográfico.
........................................................................................................ 55
Figura 21-Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste. ....... 56
Figura 22- Representação esquemática do procedimento utilizado na lixamento de
amostras metalográficas. .................................................................... 56
Figura 23- Aspectos macrográficos diversos decorrentes da posição do corte em relação
a barra original de que foram estampadas essas porcas. Ataque: iodo. 1,5 X.
........................................................................................................ 57

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Figura 24 - O trilho da figura rompeu em serviço e a fratura acompanhou o contorno da
zona segregada. Ataque: iodo .............................................................. 58
Figura 25 - Impressão de Baumann da peça da figura anterior. (Metalografia dos
Produtos Siderúrgicos Comuns – Vicente Chiaverini) ............................... 58
Figura 26 - Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque: iodo. . 59
Figura 27 - Diferença brusca de granulação em aço extradoce posta em evidência pelo
ataque com reativo de ácido nítrico seguido de um ataque por oxidação. 50
x. ..................................................................................................... 60
Figura 28 - Encruamento intenso por martelamento a frio, de um aço meio duro. Grãos
fortemente deformados. ...................................................................... 60
Figura 29- Aspecto comum de aço meio duro, moldado no estado bruto de fusão.
Ataque: nítrico. 75 x (Metalografia dos Produtos . .................................. 61
Figura 30- Aço com aproximadamente 0,5%C esfriado lentamente. Grãos de perlita e
rede de grãos de ferrita. Ataque Nital 2% - 160xm (laboratório de Materiais
– PUC Minas) ..................................................................................... 61
Figura 31 - Região de um aço eutetóide esfriado muito lentamente a partir do campo
austenítico. Notam-se bem visíveis as lamelas de perlita. Ataque nital 2% -
200x. ................................................................................................ 62
Figura 32 - Aço hipereutetóide. Grãos de perlita envoltos por uma rede de cementita.
Ataque: Pícrico - 200x. ....................................................................... 62
Figura 33 - Processo moderno de fixação de pequenas ou fragmentos em resinas
sintéticas para seu polimento e exame micrográfico. .............................. 63
Figura 34- Aço extra-doce sem ataque - 500 x........................................................ 64
Figura 35 - Sistema de vídeo microscopia do Laboratório de Materiais de Construção
Mecânica do Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas
Gerais. .............................................................................................. 65
Figura 36 - Aço hipereutetóide. Ataque: picrato de sódio. 200 X. .............................. 65
Figura 37 - Região assinalada na figura anterior, com maior ampliação. Ataque: picrato
de sódio. 730 x. ................................................................................. 66
Figura 38 - Aço com cerca de 0,5% de carbono esfriado lentamente. Ataque: nítrico. 160
x. ..................................................................................................... 66
Figura 39 - Aspecto com maior aumento da área delimitada na figura anterior. Ataque:
nítrico. 800 x. .................................................................................... 66
Figura 40 - Mapas de relação de orientação entre grãos para as amostras de aço ABNT
1006, secção transversal, nas condições: (a) encruada; tratada
termicamente por (b) 5 minutos, (c) 10 minutos, (d) 30 minutos; (e)
recozida. Note-se que as imagens foram obtidas com aumentos diferentes

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entre si. (artigo técnico Evolução da microestrutura e da Textura de
Recristalização, após Baixos Graus de Deformação a Frio, em dois Aços
Ferríticos com Baixo Teor de Carbono, Liana Maria Ferezim Guimarães de
Lima e outros, 17º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência
dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil.) . 70
Figura 41- Representação esquemática do ciclo de recozimento. São observadas as
etapas de recuperação, recristalização e crescimento de grão. A diminuição
da resistência mecânica e o gradual aumento da ductilidade são aspectos
evidenciados. ..................................................................................... 71
Figura 42 - Diagrama de equilíbrio das ligas ferro-Fe3C. ........................................... 72
Figura 43 - Tratamento térmico de esferoidização ou coalescimento. ......................... 73

Lista de Tabelas

Tabela I. Parâmetros de aplicação do método de dureza Brinell. ................................ 22
Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais. ........... 23
Tabela III- Valores de dureza Vickers obtidos para diversos materiais em estudo. ....... 29
Tabela IV - Valores de dureza microdureza Vickers obtidos ao longo da camada de uma
peça que sofreu cementação e têmpera. ................................................. 34
Tabela V - Escalas de dureza Rockwell normal. ........................................................ 36
Tabela VI - Escalas superficiais do método Rockwell. ................................................ 37
Tabela VII – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell. ........................................ 39
Tabela VIII. - Dados dos corpos de prova a serem ensaiados. ................................... 50

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de Materiais de Construção Mecânica

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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 01
ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Brinell
 NBR NM 187-1 - Materiais metálicos – Dureza Brinell - Parte 1: Medição da dureza
Brinell - Maio/1999- NBR NM 187-2
 NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Dureza Brinell

Histórico

O ensaio de dureza é, juntamente com o ensaio de tração, um dos mais
empregados na seleção e controle de qualidade dos metais. Intrinsecamente, a dureza é
uma condição da superfície do material e não representa nenhuma propriedade
fundamental da matéria.

Dois procedimentos são convencionalmente usados na sua avaliação baseiam-se
na:
1. Resistência à penetração de uma ponta rígida, com geometria pré-definida e
sob condições de carregamento padronizadas;
2. Resistência ao risco que envolve um processo de corte de um metal pelo outro
e, conseqüentemente, está relacionada à plasticidade de camadas superficiais
muito finas.

A resistência à penetração está relacionada à tensão média de escoamento do
material numa faixa estreita de deformação. Este ensaio é muito simples de ser
executado e particularmente útil na avaliação dos diferentes componentes
microestruturais do material.

Os métodos empregados na medição da dureza se distinguem basicamente pela
forma do penetrador empregado e pelas condições de aplicação da carga. A escolha do
método depende, dentre outros fatores, da natureza e dimensões da amostra além da
espessura da camada a ser analisada. De acordo com a velocidade de aplicação da carga
os procedimentos de medição se classificam em estáticos e dinâmicos, sendo que os
métodos mais usuais empregam a penetração estática.

Certos cuidados de validade do ensaio devem ser observados para os diferentes
métodos de medição de dureza e a camada superficial observada deve ser representativa
das condições do restante do material. Assim, os defeitos superficiais (trincas, poros,

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óxidos, carepa, etc.) podem interferir no resultado. O acabamento superficial está
intimamente relacionado com a carga e a forma do penetrador empregado, bem como
com o procedimento de medição utilizado no ensaio.

Métodos de Ensaio de Dureza

O ensaio de dureza é largamente utilizado na especificação e comparação de
materiais. Intrinsecamente, é uma característica referente à superfície do metal,
entretanto, para materiais homogêneos, é tomada como uma propriedade global e
representativa deste. O termo dureza assume diversos significados face à existência de
uma grande divergência de opiniões entre os estudiosos das mais diversas áreas, sendo
que, portanto, não é possível encontrar um conceito único para esta característica. Ainda
assim, o ensaio é utilizado para que se possam efetuar comparações entre os mais
distintos materiais. Em geral, para os metais, a dureza implica em uma resistência à
deformação plástica. A definição de dureza como a resistência que o material oferece ao
risco é utilizada pelos mineralogistas como mais uma ferramenta na identificação dos
diversos minerais. Para tanto utiliza-se um método que emprega uma escala à qual
foram atribuídos números de 0 a 10, denominada escala Mohs, e que consiste na
padronização de 10 minerais arranjados na ordem decrescente da capacidade de serem
riscados. Essa escala não é muito adequada para avaliação da dureza de metais, uma
vez que os intervalos não são suficientemente espaçados na faixa de durezas mais altas
e sendo que a maioria das ligas metálicas se encaixa nesta faixa.

Para a avaliação da dureza de materiais metálicos alguns métodos são mais
comumente utilizados dentre os quais podem ser citados: Método Brinell; Vickers,
Rockwell, Meyer, Knoop, Shore, dentre outros.

1.1 Método Brinell

Nascido em 21 de novembro de 1849 e falecido em 17 de novembro de 1925, o
sueco J. A Brinell estudou muitos aspectos do ferro e de sua produção. Seu trabalho mais
importante foi sobre as transformações do aço que ocorrem durante o aquecimento e o
resfriamento.

Suas descobertas sobre o controle de carbono contido nas fases contribuem até
hoje para novas descobertas a respeito de propriedades do aço. Por volta de 1900, este
sueco propôs um método para avaliar a dureza, que consistia na impressão de uma

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superfície metálica com uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro, empregando-se uma
carga de 3000 Kgf. O número de dureza Brinell (HBN) foi, então, expresso pela carga P
dividida pela área superficial da impressão:

 2Kgf/mm
S
P
BHN 
(1)

Sendo S a área da calota impressa no material:

DhS 
(2)

Após determinação de uma relação entre o diâmetro da esfera do penetrador (D)
e o diâmetro da projeção da impressão no plano (d), têm-se:

))((
2
22 dDDD
P
BHN



(3)

A fim de se obter o mesmo número de dureza Brinell (HBN) com uma carga ou
um diâmetro da esfera variado é necessário produzir impressões geometricamente
similares, o que pode ser alcançado desde que se mantenha o ângulo 2 (fig. 1)
constante. A equação 4 mostra que para se manter o ângulo 2 e o número de dureza
HBN constantes, a carga e o diâmetro da esfera devem variar, mantendo-se a razão
constante:

2
3
3
2
2
2
2
1
1
D
P
D
P
D
P

(4)

Alguns inconvenientes são encontrados neste método para avaliação da dureza de
metais ou ligas metálicas. Dentre estes inconvenientes podem ser citados a
impossibilidade de se avaliar a dureza de aços muito duros (temperados, por exemplo),
uma vez que este é o material da esfera do penetrador o que provocaria uma
deformação desta e, portanto, a obtenção de resultados errôneos. Por outro lado, o
tamanho da impressão torna o método inconveniente para pequenos objetos ou partes
de peças que poderão ser criticamente tensionadas, o tornaria a impressão mais um
concentrador de tensões.

Brinell desenvolveu uma relação entre o limite de resistência a tração do material
e o número de dureza HB, para aços e ferros fundidos, definida por:

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D/2

d/2 h
P

HBkRT 
(5)

Onde: k = constante para cada material;
RT = Limite de resistência, Kgf/mm
2

Figura 1- Parâmetros básicos num teste Brinell.

1.2 Parte Experimental

1.2.1. Objetivos

 Avaliar a dureza de diversos materiais metálicos pelo método Brinell.
 Avaliar a resistência mecânica do material, conhecendo-se a sua dureza Brinell.

1.2.2. Materiais

Aços, ligas de cobre (latão e bronze) e liga de alumínio.

1.2.3. Equipamento

Durômetro:__________________________________
Marca:______________________________________
Modelo:_____________________________________

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1.2.4. Procedimento
Pelo método Brinell podem ser ensaiados materiais com durezas desde HB8 até
HB450. Para materiais mais duros a esfera poderá sofrer uma deformação, tendo
alterações nas suas dimensões cuja grandeza excede a tolerância especificada pela
norma.

Para se obter o mesmo valor de dureza HB, no ensaio de uma mesma amostra,
com esferas de diferentes diâmetros, torna-se necessário manter constante a relação
P/D2 (condição de semelhança geométrica das impressões). Entretanto, na prática, é
impossível conseguir tal invariabilidade. Um ensaio é considerado satisfatório se o
diâmetro da impressão d se mantém em torno de 0,25D < d < 0,5D, qualquer que seja a
carga empregada. Na tabela I são indicados valores adequados de P, D, e d, além do
tempo de aplicação de carga para diferentes metais de uso corrente.

Tabela I. Parâmetros de aplicação do método de dureza Brinell.

Diâmetro D Diâmetro d da Cargas (Kgf)
(mm) impressão (mm)
P =
30D2
P = 10D2 P = 5D2 P = 2D2
10
5
2,5
1
2,0 - 6,0
1,0 - 3,0
0,5 - 1,5
0,2 - 0,6
3000
750
187,5
30
1000
250
62,5
10
500
125
31,25
5
200
50
12,5
2
Tempo de aplicação (s) 10 - 30 30 30 - 60 60
Condições de emprego
recomendadas

Aços,
ferros
fundidos,
bronzes
especiais
Latões, ligas
de Mg
(HB31 - 130)
Cobre,
duralumínio,
zinco e suas
ligas
Estanho,
chumbo

1.3. Resultados

Antes da execução dos ensaios de dureza, preencher a tabela a seguir de acordo
com as condições selecionadas para cada material. Os resultados obtidos deverão ser
listados nas linhas e colunas conforme se pede.

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Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais.

Material
Condições Resultados
Grau
de
Carga
Diâmetro
da esfera
(mm)
Carga
(Kgf)
Diâmetro
da
impressão
Média Dureza
RT
0,36HB
(Kgf/mm2)

Aço
comum

Aço
inoxidável

Latão

Bronze

Alumínio

1.4. Bibliografia

1. NBR 6394 - Jul/1981 - Determinação da Dureza Brinell de Materiais Metálicos
2. NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Brinell
3. SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard
Blucher, 1974.

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4. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.
5. Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.
6. Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961.
7. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de
Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;

1.5. Exercícios Propostos

1) Qual a dureza que mais interessa:
a) ao mineralogista?
b) ao engenheiro mecânico?

2) Ao se ensaiar um aço pelo método Brinell empregou-se uma carga de 750 Kgf e
obteve-se um diâmetro da impressão igual a 2,00 mm. Pergunta-se:
a) Qual o diâmetro da esfera do penetrador utilizado?
b) O ensaio pode ser considerado válido?
c) Qual o valor da dureza HB?
d) Qual a resistência mecânica deste aço?
e) Se a carga empregada fosse de 3000 Kgf, qual deveria ser o diâmetro da esfera do
penetrador a ser utilizada?

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d
D
 = 
MATERIAL
p
PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 02
ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método Vickers
 NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Dureza Vickers
 NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) Para Materiais Metálicos

2.1. MÉTODO VICKERS

Este método de ensaio de dureza foi desenvolvido, em 1925, pelos pesquisadores
Smith e Sandland e leva este nome devido a Vickers Armstrong Company Ltda, que
adquiriu os direitos dos autores e fabricou as primeiras máquinas de ensaio. O método
consiste na aplicação de uma carga estática no material através de um penetrador de
diamante na forma de uma pirâmide de base quadrada que possui um ângulo de ataque
de 136 (formado pelas alturas de duas faces opostas). Este ângulo produz valores de
impressões semelhantes à dureza Brinell, porque para d/D = 0,375 (relação ideal no
método Brinell), as tangentes à esfera partindo dos cantos da impressão fazem entre si
exatamente um ângulo de 136, como mostrado na figura 1 (veja anotações em sala).
Quando são utilizadas pequenas cargas o processo recebe o nome de microdureza
Vickers e é muito indicado, de uma forma geral, quando se deseja a determinação da
dureza de constituintes individuais de certa estrutura, ou ainda de materiais frágeis e
peças pequenas ou de pequena espessura.

Figura 2. Ângulo das tangentes à esfera, para a
relação d/D = 0,375 na dureza Brinell.

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26
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Como o penetrador de diamante é indeformável, as impressões tornam-se
bastante uniformes independentemente de seu tamanho. A aplicação da carga é feita
através de uma alavanca, sendo mantida sobre a peça durante um tempo mínimo de 30
segundos, após o que esta é retirada. O aparelho para ensaio de dureza é dotado de um
dispositivo óptico de medição (vernier), com uma precisão suficiente (cerca de 1 mícron)
para possibilitar a medição das diagonais da impressão. A medida é feita em duas
posições ortogonais entre si, sendo a diagonal tomada como a média das medidas das
diagonais, conforme mostrado na figura 3.

_
21
ll
l



Figura 3 - Procedimento para a determinação da diagonal em
uma impressão obtida por penetrador de diamante.

O número de dureza Vickers é calculado a partir da relação:
2l
P
1,8544 = HV
(1)
Onde: HV: Número de dureza Vickers em Kgf/mm2
P: Carga nominal do ensaio em Kgf
l: Diagonal média em mm

O método apresenta algumas vantagens em relação a outros métodos de ensaio
de dureza quanto ao seu emprego em trabalhos científicos, a saber:
- Escala contínua.
- Impressões pequenas que não inutilizam a peça.
- Grande precisão de medida.
- Deformação nula do penetrador.
- Existência de apenas uma escala de dureza.
- Aplicação para toda a gama de materiais, os quais apresentam os mais diversos
níveis de dureza.
l1
l2

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27
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- Aplicação em qualquer espessura de material, podendo, portanto, medir
também durezas superficiais.

Entretanto, este método de ensaio de dureza exige muito
cuidado na preparação
da superfície da amostra de forma a tornar as impressões bastante nítidas. Desta forma,
a preparação do corpo de prova deve ser feita empregando técnicas metalográficas. O
polimento eletrolítico pode ser utilizado para evitar o encruamento do metal na
superfície, o que afetaria o resultado. Este tipo de polimento torna a impressão mais
nítida para a medida das diagonais. É necessário também um polimento mecânico prévio,
de forma a remover algum mícron da camada superficial encruada devida ao corte. A
amostra, usualmente, é embutida em uma resina de baquelite, a fim de tornar o seu
manuseio mais fácil. Na prática são empregadas tabelas previamente calculadas para a
determinação do número de dureza a partir da diagonal média e da carga empregada.

Durante o processo de medição de dureza por penetração, desenvolve-se na
região do material próximo à impressão, um estado complexo de tensões de compressão,
particularmente favorável a obtenção de deformação plástica. Por isto, este processo é
empregado a uma grande gama de materiais, desde os mais dúcteis até os mais frágeis.
Existem certos cuidados em relação aos diversos processos de medição de dureza, os
quais devem ser levados em consideração nos procedimentos de análise.
Abaixo são citados alguns:

 A camada superficial deve ser na medida do possível, representativa das
condições em que se encontra o resto do material.

 Deverão ser eliminados todos os defeitos superficiais como trincas, riscos,
poros e também manchas.

 Materiais depositados na camada superficial, tais como óxidos e carepas.

 A distância das impressões em relação às bordas da peça deve ser tal de
forma a que a ausência de material nesta região não interfira nos resultados.

 As impressões devem manter uma distância entre si, de forma a evitar o efeito
do encruamento, devido à deformação plástica próxima às bordas destas.

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28
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2.2. Irregularidades Encontradas nas Impressões Vickers

As irregularidades que podem ocorrer nas impressões Vickers estão apresentadas
na figura 4. Estas anomalias estão relacionadas com possíveis irregularidades de fluxo
que surgem durante a deformação plástica devido ao ensaio, e estão associadas às
características do material. O primeiro caso (figura. 4.b.) ocorre em metais recozidos e
tem origem no afundamento do metal em torno das faces do penetrador, resultando um
valor de L maior que o real. No segundo caso (figura 3.c.) ocorre uma aderência do
material às faces do penetrador, e frequentemente é encontrado em materiais
encruados. A diagonal da impressão medida é menor do que o valor real. Em metais de
grande anisotropia1, obtêm-se impressões de tal forma irregular que torna-se necessário
tomar a média das diagonais medidas ortogonalmente entre si.

Figura 4 - (a) Impressão Vickers perfeita; (b) Impressão defeituosa;
afundamento; (c) Impressão defeituosa; aderência.
2.1.2. Objetivos

 Avaliar a dureza de diversos materiais metálicos pelo método Vickers.
 Comparar os valores de dureza Vickers para um mesmo material, obtidos a partir de
cargas variadas.

2.1.3. Materiais

 Aço comum, aço ferramenta, cobre ou liga de cobre, alumínio ou liga de alumínio.

1 Anisotropia é uma característica que os materiais apresentam de terem suas propriedades alteradas de acordo
com a direção de observação.
l1 l2 l
MATERIAL
l2 < l
l1 >l
MATERIAL
(a) (b) (c)

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2.1.4. Equipamento

Durômetro Universal de Dureza - Marca:_______________Modelo:_________________

2.2. Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6672.

2.3. Resultados
Tabela III- Valores de dureza Vickers obtidos para diversos materiais em estudo.

Material
Condições Resultados
Carga
(Kgf)
Diagonal impressão
Dureza
Média
(Kgf/mm2)
P1 P2 l (mm) HV1 l (mm) HV2 HV1 HV2
Aço
comum

Aço
Inoxidável

Aço VC
131

Latão
Bronze

Alumínio

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2.4. Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação
da Dureza Vickers.
2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV)
para Materiais Metálicos.
3) SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos - Fundamentos Teóricos e
Práticos
Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;
4) Princípios de Ciência dos Materiais
Lawrence H. Van Vlack - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1970;
5) Princípios de Metalurgia Física
Robert E. Reed - Hill - Ed. Guanabara Dois S.A. - Rio de Janeiro - RJ - 1982;

2.5. Exercícios Propostos

1) O que garante a condição de independência do valor de dureza Vickers com relação a
carga de ensaio? Explique.
2) Por que cargas muito pequenas podem levar a erros na avaliação da dureza de um
metal?
3) Como se explica a utilização do método Vickers na avaliação da dureza de diversos
materiais?
4) Ao se avaliar a dureza de uma amostra metálica pelo método Vickers empregando-se
uma carga P obteve-se uma diagonal l.
a) Se a carga for triplicada qual será o valor da nova diagonal?
b) Se a carga for duas vezes menor que a inicial, qual será o valor da diagonal?
5) Determine a área superficial de uma impressão Vickers cuja diagonal é L, como função
do ângulo .
6) Cite as irregularidades que podem ocorrer nas impressões Vickers. Comente sobre
cada uma delas.

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31
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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 03
ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Microdureza Dureza Vickers
 NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Dureza Vickers
 NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) para Materiais Metálicos

3.1 MICRODUREZA VICKERS

Várias das aplicações da dureza Vickers estão voltadas para o ensaio de
microdureza. Este método está associado à determinação da profundidade de superfícies
carbonetadas, temperadas ou que sofreram algum processo de endurecimento
superficial, além da determinação da dureza de constituintes individuais de uma
microestrutura, de materiais frágeis, de peças muito pequenas ou extremamente finas.
As cargas de ensaio são baixas, variando desde algumas gramas até alguns
poucos quilos. Dois penetradores são empregados, caracterizando assim dois tipos de
microdureza: A microdureza Vickers emprega a mesma técnica do processo de dureza
Vickers e a microdureza Knoop utiliza um penetrador na forma apresentada na figura 5.

(a) (b) (c)
Figura 5 - a) Comparação entre os tamanhos das impressões Knoop e Vickers para uma
mesma carga; b) Detalhe de uma impressão Knoop; c) Penetrador Knoop

3.1.1. Cuidados a Serem Tomados na Execução do Ensaio de Microdureza
O corpo de prova deve ser preparado
por técnicas metalográficas, uma vez que
face as pequenas cargas empregadas no ensaio, quaisquer irregularidades superficiais
(riscos, carepas, pontos de oxidação, etc) podem levar a resultados errôneos. O
polimento eletrolítico evita o efeito do encruamento superficial muitas vezes ocorrente
172 o 30`
130o

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32
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nos processos usuais de preparação metalográfica. Um método muito utilizado para
peças pequenas consiste em fazer um embutimento desta com uma resina epoxi ou
baquelite, o que facilita o manuseio.
Para cargas muito baixas (em geral menores do que 300 gf), além de produzirem
impressões muito pequenas, o efeito da recuperação elástica é grande em relação a
deformação plástica provocada, o que também pode ser uma fonte de erro. Torna-se
então, comum realizar uma pesquisa da carga ideal para se ensaiar determinado
material. Em virtude disto, verifica-se que as dureza Knoop e Vickers aumentam quando
a carga diminui conforme mostrado na figura 6.

Figura 6 - Variação de HK e HV com a carga no ensaio de microdureza.

Face ao formato do penetrador Knoop, este tipo de microdureza é mais sensível à
orientação da superfície da amostra (anisotropia).
O tempo de manutenção da carga deve ser por volta de 18 a 30 segundos e a
velocidade de aplicação da carga deve estar entre 1 e 20 m/segundo. Velocidades
maiores dão valores de dureza mais baixos.
Erros maiores nas medidas de microdureza são ocasionados por erros nas medidas das
diagonais (devido ao seu pequeno tamanho quando são empregadas cargas muito
pequenas).

0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000
Carga (gf)
H
V

H
K
Seqüência1
Seqüência2
HV
HK

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33
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3.1.2 Objetivos

 Avaliar o perfil de microdureza da camada superficial de uma engrenagem pelo
método Vickers.

3.1.3 Material

 Engrenagem de aço, cementada superficialmente e temperada.

3.1.4 Equipamento

Durômetro Universal de Dureza - Marca:________________ Modelo:________________
Condições de ensaio: Carga_____________________ Ampliação ___________________

3.2 Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6672. As medidas das
diagonais serão feitas através do micrômetro óptico ou vernier, cujo desenho
esquemático é apresentado na figura 7.

Figura 7 - Micrômetro óptico para medição das diagonais da
impressão no método de microdureza Vickers.

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34
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3.3 Resultados

Tabela IV - Valores de dureza microdureza Vickers obtidos ao longo da camada de uma peça
que sofreu cementação e têmpera.
Distância
(mm)
Diagonal
(mm)
HV
Distância
(mm)
Diagonal
(mm)
HV
0 3,3
0,3 3,6
0,6 3,9
0,9 4,2
1,2 4,5
1,5 4,8
1,8 5,1
2,1 5,4
2,4 5,7
2,7 6,0
3,0 6,3

3.4 Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da
Dureza Vickers
2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6672 - Tabelas de Valores da Dureza Vickers (HV) Para
Materiais Metálicos
3) Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos - Fundamentos Teóricos e Práticos
Sérgio Augusto de Souza - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

3.5 Exercícios Propostos

1) Faça um gráfico representativo do perfil de microdureza da camada superficial da
engrenagem.
2) Qual a espessura aproximada desta camada?
3) Como podem ser explicadas as variações de dureza ao longo da camada?
4) Quais as causas de erro no método de ensaio de microdureza?
5) Faça uma pequena pesquisa sobre cementação.

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35
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PRÁTICA DE LABORATÓRIO N0 04
ENSAIOS MECÂNICOS - Ensaio de Dureza pelo Método
Rockwell
NBR NM 146 -1 - Materiais metálicos - Dureza Rockwell Parte 1: Medição da dureza
Rockwell (escalas A, B, C, D, E, F, G,H e K) e Rockwell superficial (escala
15N,30N,45N,15T,30T e 45T) - Dez/1998

4.1 DUREZA ROCKWELL

Este método de ensaio de dureza foi desenvolvido em 1922 por Rockwell, e por
apresentar certas vantagens, tem grande emprego a nível internacional. Tecnicamente, o
ensaio elimina o tempo necessário para a medida de qualquer dimensão da impressão,
uma vez que a dureza é lida diretamente numa escala, previamente preparada em
função da profundidade de penetração. O ensaio é por isto mais rápido e isento de erros
pessoais. A rapidez do ensaio torna-o propício tanto para uso em linhas de produção
quanto para uso em laboratório.
Existem dois tipos de dureza Rockwell que diferem entre si pela pré-carga
empregada. A dureza Rockwell normal, que emprega uma pré-carga de 10 Kg, e a
dureza Rockwell superficial, que utiliza uma pré-carga de 3 Kg. Estes tipos de dureza têm
aplicações específicas, sendo o primeiro mais aplicado ao controle e verificação de
tratamentos térmicos, e o segundo mais apropriado ao controle de tratamentos térmicos
superficiais.
O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta sobre um
material, quando esta é submetida a uma carga nominal, proveniente da soma de uma
pré-carga e uma carga maior (após recuperação elástica devido à retirada da carga
maior). Os penetradores utilizados são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou
cônico (cone Brale, com uma conicidade de 120o). A pré-carga (carga menor) é utilizada
para fixar a amostra e serve como referencia inicial para o ensaio. A seguir uma carga
maior é então adicionada completando a carga nominal do ensaio. A leitura do número
de dureza é lida diretamente no relógio após a retirada da carga maior. A figura 8 ilustra
a sequência de etapas do método.

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36
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Figura 8 - Seqüência de operações do método de ensaio de dureza Rockwell (esquemático).

O método de ensaio de dureza Rockwell emprega várias escalas que são
independentes entre si. Cada escala é obtida em função da pré-carga, carga nominal e
do tipo de penetrador empregados. O relógio indica o número de dureza por analogia
com a profundidade que a ponta penetra no material. Um número alto de dureza
corresponde a uma pequena profundidade de penetração e vice-verso. Os manuais de
operação das máquinas de ensaio são fornecidos pelos fabricantes e indicam como
efetuar a medida em cada escala. Além disto, tabelas de aplicação do método podem ser
facilmente localizadas nos manuais.
A tabela V apresenta as condições que determinam as escalas do método normal.
O método superficial é mais comumente empregado para em corpos de prova de
pequena espessura, como lâminas, e materiais que sofreram algum tratamento
superficial, como cementação, nitretação e etc.

2575
0
50
80
20
15
10
5
WILSON
85
70
65
60
55 45
40
35
30
90
95
2575
0
50
80
20
15
10
5
WILSON
85
70
65
60
55 45
40
35
30
90
95
2575
0
50
80
20
15
10
5
WILSON
85
70
65
60
55 45
40
35
30
90
95
P0
P1
P0
P0
P1 P1
h0 h h1
PEÇA PEÇA PEÇA
Pré carga, relógio
em “0”
Carga total
P0 + P1
Retirar a carga e
fazer a leitura

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37
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Tabela V -. Escalas de dureza Rockwell normal.
Escala Penetrador
Carga
(Kgf)
Posição da escala
no relógio
Aplicações
B Esfera 1/16” 100 Interna
Ligas de cobre, aços moles, ligas
de alumínio, etc.
C Cone Brale 150 Externa Aço duro, perlítico, etc.
A Cone Brale 60 Externa
Aços finos e aços endurecidos
superficialmente.
D Cone Brale 100 Externa
Aços com características entre os
dois citados acima.
E Esfera 1/8” 100 Interna
Ligas de Al e Mg, metais para
mancais.
F Esfera 1/16” 60 Interna
Ligas de cobre recozidas e chapas
finas de metais moles.
G Esfera 1/16” 150 Interna Liga Cu-Ni-Zn
H Esfera 1/8” 60 Interna Alumínio, zinco, chumbo.
K Esfera 1/8” 150 Interna
Metais para mancais e outros
metais muito moles ou finos.
L Esfera 1/4” 60 Interna
M Esfera 1/4” 100 Interna
P Esfera 1/4” 150 Interna
R Esfera 1/2” 60 Interna
S Esfera 1/2” 100 Interna
V Esfera 1/2” 150 Interna

A tabela VI, a seguir, mostra as escalas do método Rockwell superficial que utiliza
pré-carga de 3 kgf.

Tabela VI - Escalas superficiais do método Rockwell.
Carga
(Kgf)
Penetrador Escala Aplicação
15 15 N
30 Cone Brale 30 N Metais similares aos usados pelas escala A, C e D
45 45 N
15 15 T
30 Esfera 1/16” 30 T Metais similares aos usados pelas escala B, F e G
45 45 T

Para determinar a profundidade em mm do penetrador, empregam-se as seguintes fórmulas:

a) Para penetrador de diamante

)100(001,0 lSuperficia
)100(002,0 Normal
HRhHR
HRhHR



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b) Para penetrador esférico

)100(001,0 lsuperficia
)130(002,0 comum
HRhHR
HRhHR



Figura 9 - Durômetro Rockwell instalado no laboratório de Materiais de Construção Mecânica do
departamento de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade católica de Minas
Gerais – PUC MG.

4.1.1 Objetivos

 Avaliar a dureza de metais pelo método Rockwell.
 Executar verificações empregando padrões de dureza.

4.1.2 Material

 Aços, latão, bronze e liga de alumínio.

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4.1.3. Equipamento

Durômetro _________________Marca:____________________Modelo:________________
Condições de ensaio: Penetrador___________________Carga_____________________

4.2 Procedimento

Conforme procedimentos descritos na Norma ABNT - NBR 6671.

4.3 Resultados

Tabela VII – Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell.

4.4 Bibliografia

1) Norma Brasileira - ABNT NBR 6671 - Jul/1981 - Materiais Metálicos -
Determinação da Dureza Rockwell
2) SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos -
Fundamentos Teóricos e Práticos - Ed. Edgard Blucher Ltda - SP - 1982;

Material
Carga
(kgf)
Dureza Média Material
Carga
(kgf)
Dureza Média
Aço comum

Bronze

Aço VC 131

Alumínio

Ferro Fundido

Latão

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4.5 Exercícios Propostos

1) Cite algumas vantagens da utilização do método Rockwell em relação aos
métodos anteriores.
2) Como deve ser o procedimento para a escolha da escala adequada no método
Rockwell.

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5
a
PRÁTICA DE LABORATÓRIO
Ensaios Mecânicos - O ENSAIO DE TRAÇÃO
DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro
NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração.

5.1. O ENSAIO DE TRAÇÃO
O ensaio de tração possui grande facilidade de execução e reprodutibilidade de
resultados. Além disso, o carregamento a tração é a solicitação estática mais severa, à qual um
material pode estar submetido. Estes fatores tornam fazem com que este ensaio seja um dos
mais importantes na avaliação das propriedades mecânicas dos materiais. Consiste em
submeter um corpo de prova de dimensões padronizadas do material a um esforço definido
por cargas uniaxiais de mesma direção e de sentidos contrários. O corpo de prova tem o seu
comprimento alongado até que ocorra a ruptura.
As deformações ocorridas no material podem ser notadas de forma uniforme ao longo
do comprimento útil até que seja atingida a carga máxima. Esta uniformidade de deformação
permite obter valores característicos da curva tensão-deformação convencional diretamente
pelo registro gráfico do ensaio. Este, geralmente, é feito a baixa velocidade de aplicação de
carga, sendo classificado como um ensaio estático. Amostras do material são usinadas com
dimensões padronizadas pelas várias associações de normas técnicas (ASTM, ISO, ABNT,
DIN, dentre outras), denominadas corpos de prova (ver figura 1), facilitando a comparação de
resultados.
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) o comprimento
mínimo do corpo de prova padrão está associado ao seu comprimento pela seguinte relação:
A k So
(1)
Onde, k = 5,65

Figura 10 - Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração.
Cabeça
Parte útil
A
R

B

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Os corpos de prova apresentam um trecho, denominado de parte útil, com a seção
tranversal menor de forma a garantir que a deformação aconteça somente nesta região. O
aumento da seção nas extremidades dos corpos de prova permite sua fixação nas garras da
máquina de forma a prevenir a ruptura nestes locais. Com a aplicação da carga (F) a barra
sofre uma deformação (e), definida pela variação do comprimento (L). Desta forma, obtém-
se, concomitantemente com o ensaio, uma curva de Carga/Alongamento. A figura 11 mostra
esta curva com dados obtidos no ensaio hipotético do corpo de prova cilíndrico apresentado.

Figura 11. – Curva característica de Carga (Kgf) versus Alongamento (mm) obtido no
ensaio de tração.

De posse dos valores de carga (Kgf) e alongamento (mm)
obtidos, concomitantemente
com o ensaio de tração, pode-se esquematizar a curva de tensão convencional ou de
engenharia (Mpa) versus a deformação convencional (mm/mm). Esta curva está representada
na figura 12. As equações 2 e 3 representam as relações entre a carga e a tensão convencional,
bem como entre o alongamento e a deformação convencional.
0S
F

(2)
Onde: Fi = carga instatânea
S0 = área inicial

50 10
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5
Alongamento (mm)
C
ar
ga
(K
gf
)

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00
0f
l
l
l
ll
e




(3)
Onde: Fi = carga instatânea
S0 = área inicial
Figura 12 - Curva típica tensão-deformação convencional, obtida no ensaio de tração.

As equações 4 e 5 representam as relações entre a carga e a tensão verdadeira, bem
como entre o alongamento (l) e a deformação verdadeira ().
i
i
v
S
F

(4)
Onde: v= tensão verdadeira
Fi = carga instantâneo. Si = área instatânea








0
f
l
l
ln
(5)
Onde: = deformação verdadeira
l0 = área comprimento inicial; lf = comprimento final

0
5
10
15
20
25
30
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
T
e
n
s
ã
o
(
M
P
a
)
Deformação (mm/mm)

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A figura 13 mostra a curva tensão verdadeira (MPa) versus a deformação verdadeira
(mm/mm), traçada a partir de dados obtidos do ensaio anterior. Nota-se o crescimento
contínuo da tensão verdadeira até a ruptura do corpo de prova. Isto ocorre, face à redução da
seção real a partir do ponto de carga máxima (deformação não uniforme).
Figura 13. – Curva tensão/deformação verdadeiras.
Os diagramas das figuras 12 e 13 mostram que, inicialmente, a curva é linear e a
relação entre a tensão () e a deformação (e) é definida pela equação 6.
(lei de Hooke)
eE 
(6)
Onde: = tensão convencional
E = módulo de elasticidade ou módulo de Young
e = Deformação convencional
O regime de deformação definido nesta região é o elástico e sua principal
característica é que o corpo de prova tem a capacidade de as suas dimensões iniciais se o
esforço aplicado for retirado.
A parte parabólica da curva define o regime de deformação plástica. Este regime se
inicia quando a carga aplicada atinge um valor correspondente ao limite de escoamento do
material sendo analisado. Neste ponto ocorre uma transição no regime de deformação, e a
partir daí, o material não mais recupera as suas dimensões originais quando a solicitação é

-2
3
8
13
18
23
28
33
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
Deformação verdadeira (mm/mm)
T
en
sã
o
V
e
rd
ad
ei
ra
(
M
P
a)

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retirada. Esta região caracteriza-se por um aumento significativo na dureza. devido à
deformação a frio. denominado encruamento.
Usualmente, o ensaio de tração permite a determinação das seguintes características do
material:
 Tensão no limite de escoamento (e): É a tensão que delimita a transição entre os
regimes de deformação elástica e plástica. O limite de escoamento pode ocorrer de
duas formas.
Na primeira, ocorre um patamar de escoamento na região de transição e neste caso é
denominado de limite de escoamento definido, ocorrendo para aços de baixo teor de
carbono e macios (no estado recozido), conforme figura 14.

Figura 14. – Curva de tração apresentando um patamar de escoamento.

Geralmente, o fenômeno do escoamento definido é observado em aços que
sofrerão tratamentos mecânicos a quente (temperaturas de trabalho acima de metade
da temperatura absoluta de fusão do material). Neste caso, ocorre um fenômeno
denominado evelhecimento dinâmico (interação entre átomos de solutos, de carbono
e nitrogênio, e deslocações) simultaneamente com a deformação. Durante a
ocorrência do patamar de escoamento, observam-se regiões de deformação
localizadas, que vão cobrindo toda a parte útil do corpo de prova. Durante a
formação súbita de uma banda de deformação. Esta cessa em toda a parte útil do
corpo de prova e concentra-se exclusivamente na banda. Desta forma, quanto maior a
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6
C
a
rg
a
(
K
g
f)

Alongamento (mm/mm)
Patamar de
escoamento

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F
F
Região
deformada
Direção de
movimento da
Banda de Lüders
Região não-
deformada
Banda de
Lüders

deformação nesta banda, maior será a variação de tensão (como mostrado na
figura 15, que explicita o trecho da curva da figura 14 onde ocorre o patamar de
escoamento.
Figura 15. – Heterogeneidade de deformação durante o patamar de escoamento.
À medida que a região deformada vai aumentando, tem-se uma região
deformada, uma outra não-deformada e uma região de transição denominada Banda
de Lüders. A deformação passa a ocorrer somente na região de transição. A figura 16
mostra o fenômeno e indica o patamar de escoamento.

Figura 16 - Ocorrência de banda de
Lüders em corpos de prova de tração.

0
50
100
150
200
0 0,5 1 1,5 2
Deformação (e)
T
en
sã
o
(M
P
a)

Bandas de
Lüders

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0
5
10
15
20
25
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Deformação (%)
Te
ns
ão
(M
P
a)
r r'
r // r'
0,2
 0,2
A segunda forma do limite de escoamento não aparece tão explicitamente no gráfico
quanto à primeira. Neste caso, ele é definido como a relação entre a carga, necessária
para promover uma deformação de x%, e a área inicial do corpo de prova. O valor de
x é específico para cada material. Para aços, por exemplo, é especificado um valor de
para x = 0,2%. A figura 17 mostra um detalhe da figura 12 e ilustra o procedimento
para a determinação do limite de escoamento a x% de deformação, considerando que
o corpo de prova ensaiado era de aço.

Figura 17. – Procedimento para avaliação do limite de escoamento a x% de deformação.

 Tensão no limite de resistência (RT): é a máxima tensão que o material suporta.
Neste ponto, surge no material um fenômeno denominado de estricção, definido por
uma deformação localizada. A deformação é uniforme (eu) e o volume permanece
constante até este ponto. A partir daí, a deformação passa a ser não uniforme (eu) e
não há mais constância de volume. O limite de resistência é definido pela carga
máxima, dividida pela área inicial da seção transversal do corpo de prova.
 Resiliência: Capacidade de um material absorver energia quando deformado
elasticamente e liberá-la quando descarregado.
 Tenacidade: É a capacidade de