DUREZA Rockell, Brinell e Shore

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
UNISANTA
	Faculdade de Engenharia Mecânica
	Disciplina:
	Laboratório de Engenharia Mecânica II
	Sigla:
	BASENG
	Turma:
	N6L
	MÓDULO:
	Laboratório de Ensaios Mecânicos
	Página:
	1 de 13
ÍNDICE
 
Objetivo...................................................................................................................................
Resumo...................................................................................................................................
Introdução..............................................................................................................................
Materiais e Métodos...............................................................................................................
3.1 Materiais............................................................................................................................
Conclusão...............................................................................................................................
Bibliografia..............................................................................................................................
Objetivo
Este relatório tem como finalidade registrar o ensaio realizado em corpos de provas de diferentes tipos de materiais afim de demostrar a sua dureza, utilizando aparelhos e máquinas de medição, e diferentes tipos de escalas.
Resumo
O ensaio foi realizado no laboratório de Metalografia da universidade Santa Cecilia, utilizando corpo de prova de materiais ferrosos (aço baixo e médio carbono), não ferrosos (Alumínio, latão e cobre) e poliméricos (borracha, teflon, poliuretano e polipropileno). 
Sendo utilizado para medir a dureza dos respectivos corpos de provas os ensaios Rockwell, nas escalas B e C em uma máquina de bancada, e Brinell em um durômetro portátil.
Introdução
A dureza é uma propriedade mecânica muito utilizada na especificação de materiais, nos estudos e pesquisa mecânicas e metalúrgicas e na comparação de materiais diversos.
O significado de dureza poderá mudar conforme a área de aplicação, conforme segue:
Na área da metalurgia, considera-se dureza como a resistência à deformação plástica permanente. 
Na área da mecânica, é a resistência à penetração de um material duro no outro.
Para um projetista, é uma base de medida, que serve para conhecer a resistência mecânica e o efeito do tratamento térmico ou mecânico em um metal. Além disso, permite avaliar a resistência do material ao desgaste.
Para um técnico em usinagem, é a resistência ao corte do metal.
Para um mineralogista é a resistência ao risco que um material pode produzir em outro.
A maioria dos ensaios de dureza estáticos consiste na impressão de uma pequena marca feita na superfície da peça, pela aplicação de pressão, com uma ponta de penetração.
Dentre os tipos de ensaio de dureza, existem ensaios de risco (Mohs), ressalto (Shore) e penetração (Brinell, Rockwell e Vickers). 
 Dureza Mohs 
O método de dureza Mohs, foi o primeiro método padronizado de ensaio de dureza do qual se tem notícia, baseado no processo de riscagem, foi desenvolvido por Mohs, em 1822.
Este método deu origem à escala de dureza Mohs, que apresenta dez minérios-padrões, ordenados numa escala crescente do grau 1 ao 10, de acordo com sua capacidade de riscar ou ser riscado.
Imagem 1: Escala de dureza Mohs
 Dureza Shore
É um ensaio dinâmico que foi proposto no início dos anos 1900, que utiliza uma barra de aço com uma ponta arredondada de diamante colocada dentro de um tubo de vidro com uma escala dividida em unidades. A barra é liberada de uma altura padrão, e a altura do rebote após o choque com a superfície do material é considerada a dureza do material.
O método é empregado na determinação da dureza de peças acabadas, sendo dividido em diferentes escalas de acordo com a dureza dos materiais. 
A escala Shore D, graduada entre 0 e 120, é recomendada para metais mais duros. Nessa escala, o êmbolo possui diâmetro de 7,94 mm, massa de 36 g, e é liberado de uma altura de 17,9 mm. Para o caso de materiais metálicos finos, recomendam-se as seguintes espessuras mínimas: aços temperados 0,13 mm, aços laminados a frio 0,25 mm, latão encruado 0,25 mm, latão recozido 0,38 mm. Recomenda-se uma distância mínima entre impressões de pelo menos 0,50 mm, e também entre impressão e borda da peça, e a realização no mínimo 5 medidas. 
Imagem 2: Equipamento de dureza Shore
	
Uma variação do método Shore é a sua utilização em materiais poliméricos como plásticos, elastômeros e borrachas. O ensaio é padronizado pela norma ASTM D2240:2003. A medida de dureza é dada pela resistência que o material oferece à penetração de um penetrador padronizado sob uma carga de compressão específica, inversamente relacionada à profundidade de penetração e diretamente dependente do módulo de elasticidade e da viscoelasticidade do material. Dentre as diversas escalas existentes: A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S e R, as duas que mais se destacam em utilização são as escalas Shore A e Shore D, com a A indicada para materiais mais moles e a D recomendada para materiais mais duros. A escala M é também conhecida como microdureza. 
Em relação ao tipo de penetrador, o método Shore A utiliza um penetrador com uma base plana, e o método Shore D emprega penetrador com um formato pontiagudo. O princípio do método é bastante simples: a escala varia de 0 a 100, e se o penetrador penetrar completamente no material, a leitura obtida é zero; se não ocorrer penetração a leitura é 100, sendo as leituras adimensionais.
O resultado do ensaio é apresentado diretamente no indicador do durômetro e está diretamente relacionado com a profundidade de penetração da ponta de medição. Para obtenção de uma boa reprodutibilidade, é recomendável fixar o durômetro em um suporte que permita um deslocamento uniforme até a indicação requerida. A espessura mínima recomendada é de 6 mm, com exceção da escala M, que requer uma espessura mínima de 1,25 mm. A distância mínima entre a impressão e a borda da peça ou material deve ser de no mínimo 12,0 mm, e recomenda-se uma área com raio de 6 mm ao redor da impressão como distância entre centros de impressões vizinhas.
 Dureza Brinell
Este ensaio foi proposto por James A. Brinell em 1900, e foi o primeiro ensaio por penetração padronizado e reconhecido industrialmente, devido à relação existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistência à tração. 
O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d.
Imagem 3: Representação esquemática do ensaio de dureza Brinell.
Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade (p), que é um valor muito pequeno, utiliza-se uma relação matemática entre a profundidade (p) e o diâmetro da calota (d) para chegar à fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB, representada na fórmula (1):
 		(1)
Sendo que:
D= diâmetro do penetrador (mm); 
d= diâmetro médio da impressão (mm); 
F= carga (N); 
0,102= fator de conversão para carga em (N), já que inicialmente o ensaio foi proposto em kgf, mas, devido à adoção do Sistema Internacional (SI) de unidades, a unidade da carga aplicada foi convertida para este.
	
Embora a dureza Brinell expresse unidades de carga/área, é prática usual a utilização apenas do número representativo da dureza, seguido do símbolo HB. 
Também é prática usual conforme norma (NBR NM-187-1) utilizar as notações HBS, no caso de se utilizar esfera de aço, e HBW, no caso de esfera de carboneto detungstênio. A escolha é dependente da faixa de dureza do material a ser submetido ao ensaio.
Tanto a carga quanto o diâmetro da esfera dependem do material, devendo tais parâmetros se adequar ao tamanho, à espessura e à estrutura interna do corpo de prova. Os diâmetros de esferas normalizados são de 10 mm, 5 mm, 2,5 mm, 2 mm e 1 mm para a norma NBR NM-187- 1:1999, e de 10 mm, 5 mm, 2,5 mm e 1 mm para a norma ASTM E10:2007a.
		
 Dureza Rockwell
O ensaio recebeu esse nome pelo fato de a sua proposta ter sido feita pela indústria Rockwell, dos Estados Unidos, por volta de 1922. É o método mais utilizado internacionalmente. 
Esse tipo de ensaio de dureza utiliza-se da profundidade da impressão causada por um penetrador sob a ação de uma carga aplicada em dois estágios (pré-carga e carga suplementar) como indicador da medida de dureza, e não há relação com a área da impressão, como no caso da dureza Brinell. 
A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala pré-determinada, adequada à faixa de dureza do material. 
Imagem 4: Descrição do processo
Quando se utiliza o penetrador cônico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esférico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha.
A dureza Rockwell pode ser classificada como comum ou superficial, dependendo da pré-carga e carga aplicadas. Originalmente o método foi proposto em kgf e polegadas, mas, devido à adoção do Sistema Internacional (SI) de unidades, os valores foram convertidos para N e mm, sendo prática comum se referir às unidades inicialmente propostas. O penetrador tanto pode ser um diamante esferocôníco com ângulo de 120° e ponta ligeiramente arredondada (r = 0.2 mm) como uma esfera de aço endurecido ou carboneto de tungstênio, geralmente com diâmetro de 1,59 mm (1116"), existindo também nos diâmetros de 3,17 mm (1/8"), 6,35 mm (1/4") e 12,70 mm (1/2"). Atualmente a norma ASTM E l 8:2007 só admite a utilização de esferas de carboneto de tungstênio, recomendando as esferas de aço somente no caso de medições em filmes finos e materiais extremamente moles. 
A profundidade de penetração (p) é correlacionada, pela máquina de ensaio, a um número arbitrário, cuja leitura é feita diretamente na escala do equipamento, após a retirada da carga principal, mantendo-se, entretanto, a carga inicial ou pré-carga. 
Como o método utiliza vários penetradores e cargas, este é dividido em escalas dependendo das combinações, podendo-se citar B, C, A, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S e V como comuns e 15N ou 15T, 30N ou 30T e 45N ou 45T como superficiais. O número de dureza Rockwell é sempre designado pelo símbolo HR seguido da escala utilizada, precedidos do valor numérico. A escala superficial é indicada pelo número seguido do símbolo HR e do símbolo da escala superficial.
 Dureza Vickers
Método introduzido em 1925 por Smith e Sandland, recebeu o nome Vickers porque foi a Companhia Vickers-Armstrong Ltda. que fabricou as máquinas para operar esse tipo de dureza. É um método semelhante ao ensaio de dureza Brinell, já que também relaciona carga aplicada a área superficial da impressão. O penetrador padronizado é uma pirâmide de diamante de base quadrada e com um ângulo de 136° entre faces opostas. Esse ângulo foi escolhido em função de sua proximidade com o ângulo formado no ensaio Brinell entre duas linhas tangentes às bordas da impressão e que partem do fundo dessa impressão. 
Imagem 5: Representação esquemática do ensaio de dureza Vickers.
O ensaio é aplicável a todos os materiais metálicos com quaisquer durezas, especialmente materiais muito duros, ou corpos de prova muito finos, pequenos e irregulares, sendo por isso conhecido como ensaio universal. 
A forma da impressão depois de retirada da carga é a de um losango regular, cujas diagonais devem ser medidas por um microscópio acoplado à máquina de teste (com exatidão de medição de 0,001 mm) e a média dessas duas medidas utilizada para a determinação da dureza Vickers, conforme fórmula 2:
 
			(2)
Sendo que:
P= carga (N);
D= comprimento diagonal da impressão (mm);
No método Vickers, 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. Para cargas muito altas (acima de 120 kgf), em vez do penetrador de pirâmide de diamante pode-se também usar esferas de aço temperado de 1 ou 2 mm de diâmetro na mesma máquina. Neste caso, o ensaio feito na máquina Vickers é o ensaio 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. Na microdureza, como a carga aplicada é pequena, a impressão produzida é microscópica.
Defeitos de impressão podem ocorrer devido ao afundamento ou à aderência do metal em volta das faces do penetrador.
Como o cálculo do valor de dureza Vickers utiliza a medida da média de duas diagonais, esses erros afetam o resultado da dureza. Teremos um valor de dureza maior do que o real nos casos de afundamento e um valor de dureza menor do que o real, nos casos de aderência. É possível corrigir esses defeitos alterando-se o valor da carga do ensaio para mais ou para menos, dependendo do material e do tipo de defeito apresentado.
Materiais e Métodos
	
Conclusão
Considerando os dados analisados e baseados na metodologia usualmente utilizada pela bibliografia do tema dureza é possível concluir que o método de medição utilizado nos materiais pode ser determinante para se obter satisfação nos resultados até então esperados e o tipo de análise em determinados ensaios permitem uma melhor interpretação das propriedades mecânicas dos materiais. É possível também otimizar custos dependendo do aparato experimental utilizado. 
Bibliografia
- Amauri Garcia - Ensaios de Materiais 2ª Edição. Consultado em 14 de outubro de 2017.
- Apostila de Telecurso 2000 – Dureza Brinell; Dureza Rockwell; Dureza Vickers.