Relatorio 1 PRM

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ENSAIO DE DUREZA BRINELL (ASTM E10) E VICKERS (ASTM E92)
Professor: Dr. Felipe Rocha Caliari
Alunos: Janyane Silva 
 Natana H. de A. Coimbra 
Turma: 343
GUARATINGUETÁ
05/04/2018
Resumo: 
Os ensaios de dureza são de extrema importância para a determinação das propriedades mecânicas de materiais metálicos, pois a partir desta medição pode-se determinar a resistência ao desgaste, ductilidade, tensão de escoamento, entre outras propriedades. Neste experimento use-se dois métodos diferentes -Brinell e Vickers- para medir a dureza de diferentes materiais. Em ambos os casos foi causada uma deformação permanente do material e o resultado foi relacionado aos dados da tabela de dureza. Para o ensaio Brinell, é utilizado um penetrador esférico podendo ser de carbeto de tungstênio ou de aço e sua deformação tem um formato semiesférico conhecido por calota esférica. Já o ensaio Vickers utiliza um só tipo de penetrador com base piramidal (diamante) e causa uma deformação com formato de quadrilátero. As deformações são observadas em um microscópio que está acoplado ao durômetro, e projeta a imagem em um visor. A partir do visor podemos fazer as medições e relacioná-las a um valor de dureza.
 Palavras-chave: dureza, Brinell, Vickers.
Introdução
A determinação das propriedades mecânicas de um material metálico é realizada por meio de vários ensaios. Conhecer tais propriedades torna-se de extrema importância para projetar estruturas confiáveis sem que ajam problemas futuros como uma fratura do material, por exemplo. Os ensaios mecânicos são realizados pela aplicação, em um material, de um dos tipos de esforços possíveis (tração, compressão, flexão, torção,cisalhamento e pressão interna), para determinar a resistência desse material a cada um desses esforços. 
A propriedade mecânica de dureza é muito utilizada na especificação de materiais, nos estudos e pesquisas mecânicas e metalúrgicas e na comparação de diversos materiais. Pode-se dividir o ensaio de dureza em três tipos principais que vão depender da maneira como o ensaio é conduzido, são eles: por penetração, por choque e por risco. 
No experimento será analisada a dureza de diferentes materiais. Dureza é a capacidade de resistência do material a ser riscado ou a ser marcado permanentemente por outro material. E esta propriedade varia muito de acordo com a composição estrutural e química de cada material. Por exemplo: grafite e diamante. Ambos são compostos de carbono, mas sabe-se que o diamante é o material mais duro conhecido enquanto o grafite não (sendo inclusive utilizado para marcar papel). Isto ocorre porque a cadeia do diamante é inteira de ligações primárias (covalentes) exigindo muita energia para ser rompida, já a cadeia do grafite é formada de planos ligados por ligações secundárias sendo facilmente rompidas. 
Neste experimento foram realizados dois tipos de ensaios de dureza: Brinell e Vickers.
DUREZA BRINELL
 O método Brinell foi o primeiro ensaio de dureza por penetração padronizado e reconhecido industrialmente. Recebe esse nome pois foi proposto em 1900 por James A. Brinell. Seu mecanismo consiste em um penetrador esférico (Figura 1) e duro sendo forçado na superfície do material a ser testado. Durante o ensaio, a carga é mantida constante durante um tempo especifico (entre 10 a 30 segundos). Materiais de maior dureza exigem cargas aplicadas maiores. O índice de dureza de Brinell, HB, é uma função tanto da magnitude da carga como do diâmetro da impressão, podendo ser obtido através da seguinte função:
Em que:
HB – índice de dureza Brinell
F – carga de impressão (Kgf)
D – diâmetro do deformador (mm)
d – diâmetro deformado (mm)
 
Figura 1 – Penetrador esférico
 É essencial para se obter uma impressão bem definida, que o corpo de prova tenha uma superfície lisa e plana.
DUREZA VICKERS
 O ensaio de dureza Vickers ou também conhecido como pirâmide de diamante, consiste em um pequeno penetrador em formato piramidal (Figura 2) de diamante forçado contra a superfície do material a ser analisado. Tem o mesmo princípio do ensaio Brinell, aplicando uma carga especifica por um determinado tempo (entre 10 a 30 segundos) e depois realizada as medidas da impressão causada pelo penetrador. O corpo de prova é preciso passar por um lixamento para uma melhor impressão e facilidade de medição precisa, obtendo assim o índice de dureza (HV). Tal índice pode ser obtido pela a seguinte função:
	
	
Em que:
HV – índice de dureza Vickers
Q – carga de impressão (Kgf)
L – diagonal (mm)
Figura 2 – Penetrador piramidal
Objetivo
Os laboratórios tiveram como objetivo:
Habituar se com os métodos de medida de dureza por penetração Brinell e Vickers;
Medir a dureza de diferentes amostras metálicas afim de comparar os resultados obtidos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização dos experimentos foram utilizados os diferentes tipos de materiais, listados abaixo.
- Aço 1060;
- Aço 1045;
- Aço 1020;
- Aço 1045 recozido;
- Aço 1020 recozido;
- Al 7050;
- Al 2024;
- Al 356;
- Alumínio comercial;
- Latão (Cu-Zn).
Para a realização do ensaio de dureza tanto Brinell quanto Vickers utiliza-se a mesma máquina chamada de durômetro da marca “Otto Wolpert – Werke” que está representada na imagem 3 e encontra-se no Departamento de Materiais e Tecnologia da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá.
 Imagem 1 - Durômetro
 
 Esse durômetro baseia-se na aplicação da carga através de uma alavanca que funciona como um sistema hidráulico. Essa carga faz com que o penetrador comprima uma superfície plana e polida da amostra, com faces opostas paralelas durante um tempo que no nosso experimento é de 10 s. Antes da alavanca ser acionada, é importante que ache o foco no visor, uma vez que será tirada medidas através dele.
 No Brinell, método mais utlizado e mais simples, usa-se sempre o mesmo penetrador que neste experimento é a esfera de aço temperado, com diâmetro de 2,5 mm. Este ensaio segue a norma ASTM E10. Como o penetrador é cilíndrico, a impressão na amostra será uma calota esférica e, com o intuito de se achar a dureza, fazemos duas medidas do diâmetro da calota a 90º uma da outra. Com o diâmetro médio, achamos o valor da dureza. O valor da dureza achada através desse ensaio não será um valor muito alto. Além disso, sabemos também que o valor da carga nesse ensaio é muito importante e a espessura da amostra a ser estudada tem que ser específica (tem que ser 10 vezes maior que a profundidade da impressão).
 Já o ensaio Vickers, método mais complicado, surgiu da melhor relação do diâmetro da calota esférica e do penetrador do ensaio Brinell que é 0,375 (d/D= 0,375). Ao caracterizá-lo, sabemos que segue a norma ASTM E92, utiliza um penetrador único de diamante com formato de uma pirâmide de base quadrada com ângulo de 136º entre as faces opostas, a carga não é um fator que influencia muito, mas sabemos que utiliza-se uma menor que no Brinell e abrange uma grande escala de dureza. Como a máquina utilizada é a mesma, o procedimento é igual, só que neste a impressão é quadrada e pequena, o que pode considerar esse ensaio não destrutivo, diferente do Brinell. Com a impressão. Fazemos duas medidas da diagonal e com o valor médio, achamos na tabela o valor da dureza para cada amostra
Resultados e discussão
 nAS TABELAS abaixo podemos visualizar os resultados obtidos no laboratório:
4.1 Ensaio Brinell
	AMOSTRAS
	CARGAS (kgf)
	HB
	HB
	Média
	AÇO 1060 CF
	187,5
	239
	239
	239
	AÇO 1045 CF
	187,5
	249
	239
	244
	AÇO 1020 CF
	187,5
	187
	187
	187
	AÇO 1045 REC
	62,5
	174
	179
	176,5
	AÇO 1020 REC
	62,5
	135
	135
	135
	Al 7050
	62,5
	159
	164
	161,5
	Al 2024
	62,5
	159
	150
	154,5
	al 356
	31,25
	71
	67,3
	69,2
	al com.
	31,25
	79,6
	79,6
	79,6
	latão
	31,25
	87
	92,6
	89,8
4.2 Ensaio Vickers
	AMOSTRAS
	CARGAS(kgf)
	HV
	HV
	Média
	AÇO 1060 CF
	40
	254
	291
	272,5
	AÇO 1045 CF
	40
	245
	254
	249,5
	AÇO 1020 CF
	40
	193
	209
	201
	AÇO 1045 REC
	20
	205
	210
	207,5
	AÇO 1020 REC
	20
	140
	151
	145,5
	Al 7050
	20
	172
	168
	170
	Al 2024
	20
	145
	161
	153
	al 356
	10
	71,3
	63,3
	67,3
	al com.
	10
	78,8
	78,8
	78,8
	latão
	10
	100,3
	95,8
	98,05
CF = como fornecido		REC = recozido	COM. = comercial
 Ao analisar os materiais e as tabelas, podemos notar vários aspectos. Os valores obtidos possuem relação direta a composição quimica dos materiais e os tratamentos térmicos no qual sofreram.
 
Seguindo os dados da tabela, podemos ver variações do aço. Estes possuem como composto principalmente o carbono e o ferro, e com isso, demonstra um valor maior para a resistência mecânica. Esta resistência varia de acordo com concetração de caborno presente na liga. 
O aço 1060 possui uma concentração média de carbono de 0,6%, é considerado uma liga de aço mais dura, difícil de ser soldada, com aplicações que exigem uma boa resistência, enquanto que o aço 1020, que apresenta concentração média de 0,20% de carbono, possui aspecto mais macio e dúctil (resistente à ruptura), não adquirindo têmpera.
 Já devido ao tratamento térmico, recozimento, este é adotado como forma de diminuir a dureza da liga, e recuperar sua capacidade de usinabilidade. Este procedimento, por si só, explica a diminuição dos valores de dureza pelo ensaio Brinell (HB) e de dureza pelo ensaio Vickers (HV) considerando o mesmo tipo de liga. O aumento da ductilidade e, consequente diminuição da dureza do aço, ocorre pois, o aumento da temperatura permite reduzir o limite de escoamento do material, aliviando as tensões residuais por meio de deformação plástica.
 Podemos considerar que o aquecimento do aço acima da temperatura crítica permite que ocorra o processo de nucleação e crescimento dos grãos de austenita, alterando a microestrutura orginal da peça. Já no processo contrário, o resfriamento, diferente do processo de têmpera, ocasiona a decomposição da austenita em ferrita e cementita, acarretando em uma configuração nova ao material, isentos de defeitos consequentes de tratamentos sejam mecânicos ou térmicos aplicados anteriormente.
 Considerando as ligas de alumínio, obtemos diferentes elementos. As ligas 7050 de composição Al-Zn-Mg-Cu, são consideradas de alta resistência, e muito utilizadas no setor aeronaútico. As ligas de alumínio 2024 também possuem boa resistência mecânica, e são compostas, principalmente por alumínio, cobre e magnésio. Por fim, as ligas da série 356 são constituídas por alumínio, silício e magnésio sobretudo, e apresentam valores menores para dureza, enquanto que o alumínio comercial com alta porcentagem de pureza, apresenta valores inferiores aos observados nas demais ligas de alumínio. Já o latão é uma liga de cobre e zinco, com a porcentagem de zinco variando entre 3% e 45% e é consideravelmente ductil, enquanto sua resistência obtem valores menores.
conclusão
 A partir da literatura consultada e dos resultados consequentes dos experimentos, podemos concluir que ambos o procedimentos são semelhantes são úteis para designar a dureza das ligas metálicas apresentadas. 
 Pudemos observar que cargas maiores são melhores para ligas mais duras, por deixar uma deformação mais aparente e ligas mais macias são submetidas a cargas mais baixas para o teste de dureza. 
 Os valores encontrados foram dentro do esperado e a presença de algumas modificações são explicadas pela composição quimica e tratamentos sofridos.
referências bibliográficas
 Garcia, A.; Spim, J. A.; Santos, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
 Callister Jr., W. D.; Rethwisch D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 8 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2013.
 Silva, A. L. C.; Mei, P. R. Aços e ligas especiais. 2 ed., Sumaré: Eletrometal, 1988.