AULA Propriedade Mêcanica - Dureza

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 Sueila Silva Araújo
 PROPRIEDADES MECÂNICAS
 Parte II: ENSAIO DE DUREZA
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ENSAIO DE DUREZA 
	O ensaio de dureza consiste na impressão de uma pequena marca feita na superfície da peça pela aplicação de pressão com uma ponta de penetração.
	
	A medida da dureza do material é dada como função: 
 Características da marca de impressão;
 Carga aplicada;
 Tipo de ensaio realizado.
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A dureza nos metais pode também ser aumentada por tratamentos especiais sofridos pela peça.
	A dureza de um material depende diretamente das forças de ligações entre os átomos, íons ou moléculas, assim como a resistência mecânica. 
IMPORTANTE!!!
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TIPOS DE ENSAIOS DE DUREZA
 Dureza por risco; 
 Dureza por rebote ou choque (dinâmico);
 Dureza por penetração:
 Dureza Brinell
 Dureza Rockwell
 Dureza Vickers 
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DUREZA POR PENETRAÇÃO
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DUREZA BRINELL
	Este ensaio foi o primeiro ensaio de penetração padronizado e reconhecido industrialmente. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado ou de carboneto de tungstênio na superfície do material ensaiado, 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.
p = profundidade de impressão (da calota)
	A dureza Brinell é representada pelas letras HBs (esfera de aço) e HBw (carboneto de tungstênio). Esta representação vem do inglês Hardness Brinell, que quer dizer dureza Brinell. A dureza Brinell é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac).
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	A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac).
	A fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB, representada a seguir:
DUREZA BRINELL
D = diâmetro do penetrador (mm)
d = diâmetro da impressão (mm)
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DURÔMETRO BRINELL
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Vantagens:
 É usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas;
 É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham estrutura interna uniforme (materiais heterogêneos);
 É feito em equipamento de fácil operação.
VANTAGENS E DESVANTAGENS
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Desvantagens:
 Dureza máxima admissível baixa (Não pode ser utilizado para peças muito finas e não é aplicável à materiais muito duros, como aço duro temperado, metal duro e outros de dureza idêntica ou superior à das esferas penetradoras);
 O uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de aço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera.
 A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão não é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto é mais sensível quanto mais duro for o metal.
VANTAGENS E DESVANTAGENS
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CORRELAÇÃO ENTRE DUREZA BRINELL E O LRT
Para a maioria dos aços:
 LRT (MPa) = 3,45 x HB
 LRT (psi) = 500 x HB
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 DUREZA ROCKWELL
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DESCRIÇÃO DO ENSAIO
 Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita.
 A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material, como mostra a figura.
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DESCRIÇÃO DO PROCESSO
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PENETRADORES
	Os penetradores utilizados na dureza Rockwell são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone diamante). Com qualquer desses penetradores, a carga menor é então aplicada para fixar bem o corpo de prova, ou seja, para garantir um contato firme com a superfície do corpo de prova.
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Penetrador de diamante:
HR normal: P = 0,002 x (100 - HR) (mm)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR) (mm)
PENETRADORES
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Penetrador esférico:
HR normal: P = 0,002 x (130 - HR) (mm)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR) (mm)
PENETRADORES
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VANTAGENS 
É o processo mais utilizado no mundo, devido à rapidez;
Facilidade de execução;
Isenção de erros humanos;
Facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas;
Pequeno tamanho da impressão.
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 DUREZA VICKERS
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 PENETRADOR
	Pirâmide de diamante de base quadrada com um ângulo de 136  entre as faces opostas.
	Este ângulo foi escolhido em função de sua proximidade com o ângulo formado no ensaio Brinell.
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REPRESENTAÇÃO DA MEDIDA DE DUREZA VICKERS
 
	A representação é dada por um numero que representa o valor da dureza, as letras HV que indicam ensaio Vickers, e outro número indicando a carga aplicada.
Exemplo: 
300HV10, 300 indica a dureza e 10 a carga aplicada que foi de 10kgf. 
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CARGAS PARA DUREZA VICKERS
 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 pequenos como 10 gf.
Na microdureza, como a carga aplicada é pequena, a impressão produzida é microscópica, como mostra a figura abaixo.
 Ensaio Normal: 5-120 Kgf 
 Microdureza: < 1 Kgf 
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COMPARANDO CARGA, PENETRADOR E TEMPO NOS ENSAIOS DE DUREZA
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 Escala continua, existindo apenas uma escala de dureza
 As impressões são extremamente pequenas e, na maioria dos casos, não inutilizam as peças, mesmo as acabadas;
 Grande precisão na medida.
 Deformação nula do penetrador.
 Aplicação em diversos tipos de materiais, ferrosos e não ferrosos.
 Aplicação em materiais submetido a qualquer tratamento térmico.
 Determinação de microdureza de microconstituintes de um material.
 A amostra não precisa apresentar superfície plana
 O penetrador, por ser de diamante, é praticamente indeformável.
VANTAGENS E DESVANTAGENS
Vantagens:
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	Por outro lado, devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicação de carga, que alteram muito os valores reais de dureza.
 A preparação do corpo de prova para microdureza deve ser feita, obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-se, de preferência, o polimento eletrolítico, para evitar o encruamento superficial;
 Quando se usam cargas menores do que 300 gf, pode haver recuperação elástica, dificultando a medida das diagonais;
 A máquina de dureza Vickers requer aferição constante, pois qualquer erro na velocidade de aplicação da carga traz grandes diferenças nos valores de dureza.
Desvantagens:
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DURÔMETRO VICKERS
Modelo: HV112;
 Série 810;
 Mitutoyo.
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DURÔMETRO VICKERS
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DURÔMETRO VICKERS
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MICRODUREZA Vickers 
	A microdureza vickers (HV) é a relação entre a carga e a área da superfície da pirâmide e pode ser calculada pela fórmula:
 onde L é a média das diagonais da impressão, medidas com o auxílio de um microscópio.
		HV = 1,8544.P
			 L2		 
	As cargas aplicadas são muito menores do que para os ensaios Rockwell e Brinell, variando entre 1 e 1000g.
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MICRODUREZA Knoop 
	A microdureza com um penetrador em forma de pirâmide alongada (Knoop) permite a medição da dureza em regiões finas de camadas de metal depositado ou endurecido e mesmo de camadas de certas tintas. Também bastante usado para materiais frágeis.
Comparação entre os penetradores (a) Vickers e (b) Knoop e suas respectivas impressões.
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Gráfico mostrando a variação de algumas propriedades mecânicas dos aços comuns laminados ou forjados, esfriados lentamente, em função do teor de carbono
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James F. Shackelford, Ciências dos Materiais, 6ª Edição, Artliber , São Paulo, 2008.
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
William D. Callister, Jr. Ciência e Engenharia de Materiais, 1ª edição, LTC, Rio de Janeiro, 2002.
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sueilaeng@yahoo.com.br
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