Relatório - Dureza Vickers

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
		
Relatório 
Dureza Vickers
Deborah Maria Leite Nascimento
Emilly Cristine Pereira da Silva
Rayane Maria Cavalcanti Rodrigues
Douglas Willian
João Victor Campos Moraes
José Wanderson Lima
Leandro de Oliveira da Silva
Luiz Henrique de Amorim Araújo
Rafael de Lira Pessoa Mota
Raul Jefferson B. Moreira da Silva
Vinnícius Luiz R. De Lima
Recife – PE
Fevereiro 2014 – 2013.2
	
Relatório 
Ensaio de Dureza Vickers
Projeto de pesquisa apresentado ao professor 
Yogendra
 
Prasad
 
Yadava
,
 como requisito à aprovação na disciplina 
Ensaios Mecânicos
, referente ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Pernambuco.
Recife – PE
Fevereiro 2014 – 2013.2
Introdução
Na ciência dos materiais, dureza é a propriedade característica de um material sólido, que expressa sua resistência a deformações permanentes e está diretamente relacionada com a força de ligação dos átomos. A propriedade mecânica denominada dureza é largamente utilizada na especificação de materiais, nos estudos e pesquisas mecânicas e metalúrgicas e na comparação de diversos materiais. Entretanto, o conceito físico de dureza não tem um mesmo significado para todas as pessoas que tratam com essa propriedade. Essa conceituação divergente da dureza depende da experiência de cada um ao estudar o assunto. Para um metalurgista, dureza significa a resistência à deformação plástica permanente; um engenheiro mecânico define a dureza como a resistência à penetração de um material duro no outro.
Assim, não é possível encontrar uma definição única de dureza que englobe todos os conceitos acima mencionados, mesmo porque para cada um desses significados de dureza, existem um ou mais tipos de medida adequada. Sob esse ponto de vista, pode-se dividir o ensaio de dureza em três tipos principais, que dependem da maneira com que o ensaio é conduzido: por penetração, por choque e por risco.
Os dois primeiros tipos de dureza (por penetração e por choque) são mais usados no ramo da Metalurgia e da Mecânica. Dureza Vickers é um método de classificação da dureza dos materiais baseada num ensaio laboratorial. Neste método, é usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º que é comprimida, com uma força arbitrária "F", contra a superfície do material. Calcula-se a área "A" da superfície impressa pela medição das suas diagonais.
Vantagens (Dureza Vickers)
Através do procedimento Vickers é possível analisar cerâmicas e finíssimas camadas de revestimento, já que o método é utilizado em ensaios de micro e nano-dureza, tendo como grande vantagem a pequena impressão deixada no material. Neste método, diferentes ajustes de cargas resultam praticamente no mesmo valor de dureza para materiais uniformes, evitando a mudança arbitrária de escala com outros métodos de medição de dureza, o que é bastante favorável. Assim a escala de dureza é contínua e a deformação do penetrador é nula, sendo tido como mais algumas vantagens.
É aplicável a todos os materiais metálicos, de qualquer dureza, pricipalmente para materiais muito duros ou muito moles, muito finos, pequenos e irregulares sendo indicado para o levantamento de curvas de profundidade de tratamentos superficiais como tempera e cementação. Leituras com grande precisão de medidas podem ser obtidas no teste Vickers, além de utilizar apenas um tipo de endentador para todos os tipos de metais e superfícies. 
Uma desvantagem é a necessidade de preparar a amostra previamente e o uso de um microscópio adequado. A conversão das escalas de dureza nem sempre é precisa e recomendada, tendo em vista a sua não linearidade.
ENSAIO DE DUREZA VICKERS
	
Histórico
Foi Smith e Sandland, em 1925, que desenvolveram um método de ensaio que ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers. E ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers porque a empresa que fabricava as máquinas mais difundidas para operar com este método chamava-se Vickers-Armstrong.
Metodologia 
Leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera do penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza, incluindo desde os materiais mais duros até os mais moles. 
Isso não quer dizer que o ensaio Vickers resolva todos os problemas de avaliação de dureza dos materiais. Mas, somado aos outros dois métodos (Brinell e Rockwell), é um bom caminho para atender às necessidades de processos industriais cada vez mais exigentes e sofisticados. 
	O método de dureza Vickers, representado pela abreviação HV (Hardness Vickers), é um ensaio em que um penetrador de diamante em forma de pirâmide de base quadrada e ângulo entre faces de 136° é comprimido contra a peça a ensaiar por uma força pré-determinada. 
Após a remoção da força, medem-se as diagonais da impressão e o número de dureza Vickers é calculado dividindo o valor da carga de ensaio P pela área de impressão S. O método de dureza Vickers fornece escala contínua de dureza que varia entre HV5 até HV1000Kgf/mm2 para cada carga utilizada.
	A carga para o ensaio Vickers deve ser aplicada progressivamente, sem choque nem vibrações, por meio de um pistão movido por alavanca, e mantida por um período de 10 a 15 segundos. Em seguida, retira-se a carga e movimenta-se manualmente o microscópio, de maneira a focalizar a impressão deixada pelo penetrador. O penetrador, feito de diamante, tem um tamanho praticamente indeformável e permite impressões independentes da carga aplicada; isso significa que para qualquer carga utilizada, o valor de dureza será o mesmo para materiais homogêneos. A mudança de carga é necessária para obter uma impressão regular, sem deformação e de tamanho compatível para a medida no visor da máquina, o que depende naturalmente da dureza do material ensaiado. Para a dureza Vickers, as cargas recomendadas são de: 1,2,3,4, 5,10, 20,30,40,60,80, 100 e 120 Kgf. Para aparelhos especiais de micro-dureza, as cargas variam de 1 gf a 1000gf (1 Kgf).
	Os valores da dureza HV são obtidos por meio de tabelas que acompanham as máquinas de dureza e mostram o valor em função das diagonais (d) medidas na máquina e das cargas aplicadas disponíveis.
ANOMALIAS ENCONTRADAS NAS IMPRESSÕES
Como no caso de dureza Brinell, as impressões Vickers podem não representar valores reais quando as impressões não apresentam seus lados retos. Os erros podem ser observados de duas formas:
Diagonais da impressão assumem valores maiores que os reais
É uma característica do ensaio de Vickers em metais recozidos.
Esse fato se dá pelo afundamento do metal em torno das faces do penetrador, resultando numa diagonal maior do que a real, e então a dureza calculada é menor que a real.
Diagonais da impressão assumem valores maiores que os reais
É uma característica do ensaio de Vickers em metais encruados.
Esse fato se dá pela aderência do metal em volta das faces do penetrador, resultando numa diagonal menor que a real, e então a dureza calculada é maior que a verdadeira.
Figura – Comparação das I
O efeito de deixar côncavo depende da orientação dos grãos cristalinos com relação às diagonais da impressão. 
Existe ainda o caso de metais com grande anisotropia, nos quais a impressão forma um losango irregular, cujas diagonais perpendiculares medidas possuem uma diferença de valores maior que a permitida. Nesses casos, utiliza-se a média dos dois valores encontrados, utilizando-a com reserva, pois é um valor aproximado e que gera erros.
LEI DE MEYER
Meyer deduziu uma equação para a dureza. No caso da dedução dele a dureza seria baseada na área projetada e não na superficial.
Desse modo, ele fez um relação empírica, onde foi chamada deLei de Meyer, que relaciona carga e o tamanho de impressão: 
K e n’ são constantes do material a ser analisado na dureza, que são relacionados a resistência do material a penetração e ao encruamento. 
Dedução do cálculo da dureza de Vickers:
A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga. O valor de dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada (F) pela área de impressão (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relação, expressa em linguagem matemática, é dada por: 
 .
A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por meio de um microscópio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da base da pirâmide. 
 
Conhecendo as medidas das diagonais, é possível calcular a área da pirâmide de base quadrada (A), utilizando a fórmula: 
Voltando à fórmula para cálculo da HV, e substituindo A pela fórmula acima, temos: 
Na fórmula anterior, a força deve ser expressa em quilograma-força (kgf) e o “d” corresponde à diagonal média, ou seja: .
E deve ser expresso em milímetro (mm). Se a máquina der o resultado em mícron (m), esse valor deve ser convertido em milímetro.
Outra forma de obter os valores de dureza Vickers é consultar tabelas montadas para determinadas cargas, em função da diagonal média.
Procedimento de ensaio
Primeiramente deve-se fixar a amostra na máquina de ensaio, em seguida é determinada a carga a ser aplicada e o tempo de aplicação da carga. 											A carga é aplicada levemente na superfície plana da amostra, por meio de um pistão movido por uma alavanca e é mantida durante o tempo determinado, depois do qual é retirada e o microscópio é movido manualmente até que focaliza a impressão para medir as diagonais deixadas pelo penetrador.									 Para cargas muito altas (120 kgf), pode-se também usar esferas de 1 ou 2 mm de diâmetro na mesma máquina, sendo então a máquina Vickers usada como máquina de dureza Brinell. 
Representação dos resultados
A dureza Vickers é representada pelo valor de dureza, seguido do símbolo HV e de um número que indica o valor da carga aplicada. Por exemplo, a representação 440 HV 30 indica que o valor da dureza Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf. 
O tempo normal de aplicação da carga varia de 10 a 15 segundos. Quando a duração da aplicação da carga é diferente, indica-se o tempo de aplicação após a carga. Por exemplo, na representação: 440 HV 30/20, o último número indica que a carga foi aplicada por 20 segundos.
Cargas usadas no ensaio de Vickers
Neste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas podem ser de qualquer valor, pois as impressões são sempre proporcionais à carga, para um mesmo material. Deste modo, o valor de dureza será o mesmo, independentemente da carga utilizada.
Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas são: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf. Como informado anteriormente, cargas maiores do que 120 Kgf poderão ser usadas, porém, mas nesses casos a máquina Vickers será usada como máquina de dureza Brinell. 
Para aplicações específicas, voltadas principalmente para superfícies tratadas (carbonetação, têmpera) ou para a determinação de dureza de microconstituintes individuais de uma microestrutura, utiliza-se o ensaio de microdureza Vickers.
A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prático que o ensaio Vickers, só que utiliza cargas menores que 1 kgf. A carga pode ter valores tão pequenos como 10 gf.
 
MICRODUREZA
O ensaio de microdureza consiste na marca que o material causará diante de uma força aplicada. Esse ensaio é usado em empresas para testes em componentes mecânicos, laminados e vidros. Ele é feito numa escala microscópica onde os instrumentos tem precisão bem alta. 
É viável, para determinar em pequenas áreas do corpo de prova, a dureza, pois ele utiliza penetradores com carga menores que 1kgf, desse modo, nos dá uma visão microscópica. 
A superfície a ser testada geralmente requer um acabamento metalográfico. Quanto menor a carga de teste, maior o grau de acabamento superficial necessário. É utilizado na determinação de camadas efetivas de tratamentos térmicos superficiais nos metais como cementação, têmpera por indução, nitretação, cromo duro e de formações microscópicas ou cristais de metais e seções extremamente delgadas. 
 RESULTADOS
O ensaio de dureza Vickers foi realizado no laboratório de ensaios mecânicos e propriedades mecânicas localizado no galpão de mecânica da UFPE. Na máquina de ensaio Vickers, foi aplicado uma carga durante 10 segundos e as diagonais medidas se encontram na tabela a seguir:
	DIAGONAL
	MEDIDA (mm)
	Diagonal 1
	0,115 mm
	Diagonal 2
	0,108 mm
	Média
	0,111 mm
	A partir da fórmula simplificada da dureza Vickers, verificamos o seguinte resultado:
HV = (1,8544 * 5 kgf) / (0,111815 mm)²
HV = 9,272 / 0,012502594 kgf/mm²
HV = 741,60608 kgf/mm²
Ou aproximadamente, HV = 741 kgf/mm²
	Conclui-se que este resultado é coerente de acordo com o tratamento o qual o corpo de prova foi submetido, porém devido à diferença entre as diagonais ser relativamente grande, a impressão pode ter sido deformada, ou seja, o ensaio possui um erro maior que o desejado, podendo até ser inválido.
A partir da Lei de Meyer, temos:
HV ≃ 3σe
σe ≃ 247 kgf/mm2 ≃ 2424 N/mm2 ≃ 2424 N / (0,001 m)2
σe ≃ 2424,22378 N / 0,000001 m2
σe ≃ 2424,22378 . 106 N/m2
σe ≃ 2424 MPa
 
 
CONCLUSÃO
O ensaio de Dureza Vickers tem suas vantagens e desvantagens, entre as vantagens encontramos que o penetrador, por ser de diamante, é praticamente indeformável. O ensaio oferece uma escala contínua de dureza, permitindo uma de medição de valores de dureza em uma única escala, suas impressões são muito pequenas e podem não inutilizar o material ensaiado, e pode ser usado para avaliação de durezas superficiais, mas também tem suas desvantagens, pois este ensaio tem que ter cuidados especiais para evitar os erros de medidas e de aplicação de carga, pois influenciam muito nos resultados e a preparação de do material tem que ser bem cuidadosa igual para metalografia e preferencialmente deve ser usado um polimento eletrolítico para evitar o encruamento superficial.
Tendo alta precisão este ensaio é muito útil para analisarmos a dureza de nossos matérias, mas ele não é único e suficiente, em ensaios com foças menores que 30 gf, existem as deformações elásticas as quais devem se ter muito cuidado, pois influenciam muito no resultado final.
ANEXO
.
 (Resultados obtidos durante o ensaio)
 (Maquina de Vickers utilizada no laboratório)
 
(impressões microscópicas produzidas em um ensaio de microdureza)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SOUZA, Sérgio A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. Fundamentos teóricos e práticos. 5ª ed. São Paulo: Ed. Edgard Blücher, 1982.
Ensaios dos materiais, A. Garcia, J.A. Spim e C.A. Santos, Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2000.
Apostilas Telecurso 2000.
demar.eel.usp.br/~baptista/arquivos/LOM3010/Ensaios_cap2_Dureza_Rev1.pdf 
pt.scribd.com/doc/89229872/7-3-Dureza-Vickers
pt.scribd.com/doc/63887605/61/Dureza-Vickers 
www.infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/ensaios-nao-destrutivos-e-mecanicos/212-ensaio-mecanico-dureza.htmlObservação: Todos os sites foram acessados em Janeiro de 2014.