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Ensaio de Compressão DEFINIÇÃO: Aplicação de uma carga compressiva em um CP; Mede-se a distância entre as placas de compressão e a carga aplicada Muito empregado em materiais frágeis (FoFo, cerâmicos, aços ferramenta, aço rápido) Dados quantitativos e é utilizado parametrizar condições de processos de conformação Sofre influência: T, V, defeitos superficiais, microestrutura, geometria e ambiente Resultados de ensaio são similares ao ensaio de tração; MÁQUINA DE ENSAIO: Aplica uma carga compressiva conhecida no CP Resultado do ensaio na forma de gráficos Carga (P) x Deslocamento (L). P P h 0h D 0 D ff Mesa Placa Móvel Corpo de prova P P h0h f Corpo de prova Trinca e ruptura CORPO DE PROVA: geralmente barra cilíndrica, mas pode ser aplicado para qq. geometria (esforços normais e tangenciais); comprimento l e diâmetro 2R; PROPRIEDADES OBTIDAS: 200 c D. P.4 S P Tensão Convencional : Tensão Real : 2r D. P.4 S P h. 4 D. h. 4 D. 2 0 2 0 h h .DD 02 0 2 como V = Vo 0 2 0 r h.D. h.P.4 00 0 0 c h h 1 h hh h h h h ln h h ln h dh 0 h 0h 0 r Deformação Real : O c pT Deformação Tensão de Tração pC T CTensão de Compressão Lo Lo Lo Lo Lo (e) Limite de Escoamento : Quando não apresentar um patamar nítido, utiliza-se da convenção de 0,2 % deformação () Dilatação Transversal : Equivale ao coeficiente de estricção na tração o of S SS (u) Limite de Resistência à Compressão : Máxima tensão que pode suportar antes da fratura PROCEDIMENTO DE ENSAIO: » Norma técnica ASTM E 9 – 89 » Fixação do c.p. » Relação ho/Do » Deformação do CP » CP preferencialmente cilíndricos, mas pode-se utilizar retangulares ou quadrados » Superfície isenta de defeitos » Velocidade de ensaio da ordem de 0,005 mm/mm . min »Dados de relatório: identificação c.p. geometria, dimensões e direção de laminação velocidade aspecto da Fratura temperatura de ensaio tipo de ensaio INFORMAÇÕES ADICIONAIS: 0 3cm Dilatação Transversal em Dúcteis Distribuição da pressão e tensão Dúcteis Frágeis Tipos de Fraturas ho Do( ) % de Redução da Altura Carga Axial [N] Relação ho/Do Dúcteis : 3 a 8 Frágeis : 2 a 3 Deformação (Tração) Elástico Elástico Deformação (Compressão) Tensão (Tração) Tensão (Compressão) Materiais Cristalinos Deformação (Tração) Elástico Deformação (Compressão) Tensão (Compressão) Elástico Tensão (Tração) Elastômeros Deformação (Tração) Elástico Deformação (Compressão) Tensão (Compressão) Elástico Tensão (Tração) Concreto Madeira 0 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 % Água Tensão de Ruptura em Compressão [MPa] 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 Razão Água-Cimento 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Resistência à compressão [MPa] Temperatura média da reação = 20° C Corpos de prova cilindricos: 15 x 30 cm Após 1 dia Após 3 dias Após 7 dias Após 28 dias Concreto Ensaio de Dureza DEFINIÇÃO: Dureza é a resistência à deformação permanente Aplicação de uma carga na superfície da peça com um penetrador padronizado Características da marca de impressão (área ou profundidade) e da carga aplicada dão a medida de dureza (no) Pode ser feito em peças acabadas Fornece dados quantitativos quanto a resistência à deformação superficial Amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, tratamentos térmicos, vidros e laminados Sofre influência: tratamentos superficiais, anisotropia, microestrutura, ambiente, densidade de discordâncias d D P Lateral d Impressão Esfera de Aço (HBs) ou Carbeto de Tungstênio (HBw) (D = 10 mm) t P Lateral Impressão Cone de Diamante 120 o Rockwell (A, C, D) P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf) Rockwell (B, F, G) P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf) t P Lateral Impressão Esfera de aço D = 1/16´´ - 1/8´´ P Lateral Impressão Pirâmide de Diamante d1d1 136 o Base quadrada P Lateral Impressão Pirâmide de Diamante l b t l/b = 7,11 b/t = 4,00 TIPOS: Dureza por Risco: mais utilizados em minerais e pouco em metais capacidade de um material riscar o outro Dureza Mohs é a mais conhecida: escala de 10 minerais padrões (diamante, safira, topázio, quartzo...........gesso, talco) 2 410 K Microdureza Bierbaum (K) : carga de 3 gf por um diamante igual a um canto de cubo [m] Dureza por Rebote: Queda livre de um êmbolo com ponta padronizada Valor de dureza é proporcional à energia de deformação consumida e representada pela altura de rebote Materiais mais dúcteis apresentam menor valor de altura que frágeis Mais conhecida é a Dureza SHORE barra de peso 2,5 N (0,250 kgf) ponta arredondada de diamante colocada em um tudo de vidro graduado de 0 a 140 altura padrão de 256 mm leitura é realizada no momento de inversão do êmbolo leve e portátil peças acabadas condições adversas 0 140 35 70 105 R Escala Ponta de Diamante Tubo de Vidro Peça de Ensaio Barra de Aço de Massa 'm' ho H L h0, L, m, R (Padronizados) Dureza por Penetração: BRINELL (HB): proposto em 1900 ( 1o industrialmente ) esfera de aço temperado ou carboneto de tungstênio dureza = P / S (expressa em termos ) Correlaciona a área de impressão Tabelas técnicas de dureza ou fórmula Valor numérico seguido do símbolo HB Esfera de aço HBs Esfera de carboneto de tungstênio HBw Tempo de aplicação da carga 10 a 15 s Geralmente utiliza-se esfera D = 10 mm Tb esferas de D = 5, 2.5, 2, 1 mm Cargas e diâmetros : relação P / D2 = cte Pelos menos 2 leituras (90o) Maioria dos materiais : carga 29,42 kN (3000 kgf) dureza até 450 HB Materiais mais moles : carga 14,70 kN (1500 kgf) carga de 4,9 kN (500 kgf) Materiais mais duros : carga de 2,452 kN (250 kgf) dureza 450 e 650 HB ]N[P; dDD.D. P.2 102,0HB 22 d D P Lateral d Impressão Esfera de Aço (HBs) ou Carbeto de Tungstênio (HBw) (D = 10 mm) D d CP Esfera P CORPO DE PROVA: Distância entre centros de impressão 4d da calota para ferrosos; 6d da calota para outros materiais Distância da borda 2,5d da calota Espessura mínima 10x a profundidade da calota 2,5 d 4 d 2,5 d 10 p p Para materiais com alto grau de encruamento, ocorre amassamento das bordas d ’ < d Para materiais com pequeno encruamento, ocorre aderência d ’ > d d real d , d real , d INFORMAÇÕES ADICIONAIS: - Norma NBR – 6394 (ABNT) ou ASTM E 10-93 - Pode ser considerado destrutivo - Penetrador polido e isento de defeitos - CP limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza - Indicado para microestrutura não uniforme (tamanho da impressão) - Não recomendado para peças que sofreram cementação Símbolo Diâmetro da Esfera [mm] 0,102.P / D2 Força P Valor Nominal HBs (HBw) 10 / 3000 10 30 29,42 kN HBs (HBw) 10 / 1500 10 15 14,71 kN HBs (HBw) 10 / 1000 10 10 9,807 kN HBs (HBw) 10 / 500 10 5 4,903 kN HBs (HBw) 10 / 250 10 2,5 2,452 kN HBs (HBw) 10 / 125 10 1,25 1,226 kN HBs (HBw) 10 / 100 10 1 980,7 N HBs (HBw) 5 / 7505 30 7,355 kN HBs (HBw) 5 / 250 5 10 2,452 kN HBs (HBw) 5 / 125 5 5 1,226 kN HBs (HBw) 5 / 62,5 5 2,5 612,9 N HBs (HBw) 5 / 31,25 5 1,25 306,5 N HBs (HBw) 5 / 25 5 1 245,2 N HBs (HBw) 2,5 / 187,5 2,5 30 1,839 kN HBs (HBw) 2,5 / 62,5 2,5 10 612,9 N HBs (HBw) 2,5 / 31,25 2,5 5 306,5 N HBs (HBw) 2,5 / 15,62 2,5 2,5 153.2 N HBs (HBw) 2,5 / 7,82 2,5 1,25 76,61 N HBs (HBw) 2,5 / 6,25 2,5 1 61,29 N HBs (HBw) 2 / 120 2 30 1,177 kN HBs (HBw) 2 / 40 2 10 392,3 N HBs (HBw) 2 / 20 2 5 196,1 N HBs (HBw) 2 / 10 2 2,5 98,07 N HBs (HBw) 2 / 5 2 1,25 49,03 N HBs (HBw) 2 / 4 2 1 39,23 N HBs (HBw) 1 / 30 1 30 294,2 N HBs (HBw) 1 / 10 1 10 98,07 N HBs (HBw) 1 / 5 1 5 49,03 N HBs (HBw) 1 / 2,5 1 2,5 24,52 N HBs (HBw) 1 / 1,25 1 1,25 12,26 N HBs (HBw) 1 / 1 1 1 9,807 N Correlação entre HB e limite de resistência à tração .HBu Aço carbono 3,60 Aço Cr, Aço Mn, Aço Cr Mn 3,50 Aço Ni, Aço Cr Ni, Aço Cr Mo 3,40 Aço carbono tratado termicamente 3,40 Aço liga tratado 3,30 Latão encruado 3,45 Cobre recozido 5,20 Alumínio e suas ligas 4,00 Devido ao tamanho da impressão, é o único aplicável para FoFo Não recomendado para materiais com tratamento superficiais [Mpa] Microconstituintes Dureza Brinell - HB Ferrita 80 Perlita grosseira 240 Perlita fina 380 Martensita 595 ROCKWELL (HR): Indústria Rockwell 1922 ( mais utilizado ) Penetrador diamante cônico 120o esfera de aço endurecido Aplicação de pré-carga e carga Utiliza a profundidade, e não a área Número seguido HR mais categoria Dividida em comum ou superficial Cargas de 10, 60, 100 e 150 kgf comum Cargas de 3, 15, 30 e 45 kgf superficial Dividida de acordo com as cargas e penetradores t P Lateral Impressão Cone de Diamante 120 o Rockwell (A, C, D) P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf) Rockwell (B, F, G) P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf) t P Lateral Impressão Esfera de aço D = 1/16´´ - 1/8´´ ESCALA PENETRADOR CARGA [kgf] LEITURA NA ESCALA APLICAÇOES TÍPICAS B Esfera 1,58 mm 100 vermelha FoFo(ferro fundido),aços não temperados C Diamante (cone) 150 preta Aço temperado ou cementado A Diamante (cone) 60 preta Metal duro, aço fundido/temperado/rápido D Diamante (cone) 100 preta Aço fundido com reduzida espessura E Esfera 3,175 mm 100 vermelha FoFo, ligas de alumínio e magnésio, metal duro F Esfera 1,588 mm 60 vermelha Metais moles, ligas de cobre G Esfera 1,588 mm 150 vermelha Bronze fósforo, ligas de berílio, FoFo maleável H Esfera 3,175 mm 60 vermelha Alumínio, zinco, chumbo, abrasivos K Esfera 3,175 mm 150 vermelha Metal duro e metais de baixa dureza L Esfera 6,350 mm 60 vermelha Mesma Rockwell K , borracha e plásticos M Esfera 6,350 mm 100 Vermelha Mesma Rockwell K e L, madeira e plásticos P Esfera 6,350 mm 150 Vermelha Mesma Rockwell K, L e M, plásticos R Esfera 12,700 mm 60 Vermelha Mesma Rockwell K, L e M, plásticos S Esfera 12,700 mm 100 Vermelha Mesma Rockwell K, L e M, plásticos V Esfera 12,700 mm 150 Vermelha Mesma Rockwell K, L , M, P e R ou S CARGA APLICADA ( kgf ) ESCALA N Diamante ESCALA T Esfera 1,588 mm ESCALA W Esfera 3,175 mm ESCALA X Esfera 6,350 mm ESCALA Y Esfera 12,700 mm 15 15 N 15 T 15 W 15 X 15 Y 30 30 N 30 T 30 W 30 X 30 Y 45 45 N 45 T 45 W 45 X 45 Y Determinação da profundidade de impressão: Penetrador de diamante Comum p = (100 – HR) . 0,002 [mm] Superficial p = (100 – HR) . 0,001 [mm] Penetrador esférico Comum p = (130 – HR) . 0,002 [mm] Superficial p = (100 – HR) . 0,001 [mm] Conversão dureza Rockwell em dureza Brinell (HB)D. P C )(CHR 21 C1 e C2 são constantes tabeladas p = p2-p1 (variação na profundidade); p2 = profundidade de penetração com a carga total; e p1 = profundidade de penetração com a carga inicial (pré-carga). ESCALA ROCKWELL C1 C2 (1/mm) B 130 500 C 100 500 A 100 500 D 100 500 E 130 500 F 130 500 G 130 500 15 – N 100 1000 30 – N 100 1000 45 – N 100 1000 15 – T 100 1000 30 – T 100 1000 45 – T 100 1000 INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Norma NBR – 6671 (ABNT) ou ASTM E 18-94 Pode ser considerado destrutivo Penetrador polido e isento de defeitos Pré-carga de 3 s Carga total de 1 a 8 s C.P. limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza Distância entre centros de 3x p e 2,5x p das bordas Espessura do C.P. 10 x maior que a profundidade da impressão Não deve ocorrer impacto no momento da medida Deve-se realizar o ensaio em materiais desconhecidos: partindo de escalas mais altas para evitar danos no penetrador, seguido posteriormente, de escalas mais baixas Vantagens: rapidez, exatidão, materiais duros, pequena impressão VICKERS (HV): Industria Vickers-Armstrong 1925 (similar Brinell) Penetrador pirâmide diamante com ângulo de 136o (similar ao ângulo da Brinell) Correlaciona carga com a área da impressão Aplicáveis em todos os materiais Número seguido HV Tabelas para conversão em função das diagonais Dividida em comum ou superficial cargas de 5 a 100 kgf (49 a 980 N) comum cargas de 2 a 5 kgf (1,96 a 49 N) pequena cargas de 0,001 a 2 kgf (0,0098 a 1,92 N) microdureza Também conhecida como dureza de pirâmide de diamante Aplicável em materiais muito finos, pequenos e irregulares ]N[P; d P .189,0HV 2 1 P Lateral Impressão Pirâmide de Diamante d1d1 136 o Base quadrada P = carga [N]; d = comprimento da diagonal [mm] = 136. » Norma técnica NBR 6672 (ABNT) ou ASTM E 92 – 82(92) » Fixação do CP » Impressões pequenas, ensaios na própria peça » Escala única de dureza » Qualquer espessura de CP » Cuidados especiais para microdureza »Dados de relatório: identificação c.p. dimensões e direção de laminação tipo de ensaio e equipamento carga e penetrador PROCEDIMENTO DE ENSAIO: INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Relação entre dureza Vickers e p Materiais Duros 2 a 3 p Materiais Metais 3 a 4 p Material Dureza Vickers (HV) [MPa] Limite de Proporcionalidade [MPa] Diamante Alumina Carboneto de Tungstênio Berilio Aço Cobre Recozido Alumínio Recozido Chumbo 84.000 20.000 21.000 13.000 2.100 470 220 60 54.100 11.300 7.000 7.000 700 150 60 16 MICRODUREZA KNOOP (HK): Penetrador de pirâmide alongada de diamante Relação das diagonais de 7:1 Profundidade é 1/30 da diagonal maior Valor deve ser multiplicado por 103 Materiais frágeis, vidro e camadas finas Preparação cuidadosa da amostra Recomendado polimento eletrolítico Área e profundidade menores que a Vickers 2l P .2,14HK P Lateral Impressão Pirâmide de Diamante l b t l/b = 7,11 b/t = 4,00 Impressão na camada cementada Impressão na camada não cementada 100 m P = carga aplicada [gf]; l = comprimento da diagonal maior [m]; Método do Ensaio de Dureza Tipo da Ponta de Impressão Carga Aplicação Brinell (HB) Vickers (HV) Rockwell HRB, HRC, etc. Microdureza Vickers (HV) Knoop (HK) Esfera de aço 10, 5 e 1 mm Esfera de carboneto de tungstênio Pirâmide de diamante, base quadrada e 136 Cone de diamante - 120 ou Esfera de aço diâmetro ´d´ Pirâmide de diamante, base quadrada e 136 Pirâmide de diamante, base rômbica (Razão 7:1) Depende da razão P/D2 Acima de 3000 kgf para o aço 1 a 120 kgf Maior que 60 a 150 kgf e menorque 10 kgf 1 a 1000 gf Componentes fundidos, forjados e laminados; Ferrosos e não-ferrosos, esfera de aço para durezas da ordem de 450 HB e esfera de carboneto de tungstênio para durezas da ordem de 650 HB. Todos os aços e ligas não ferrosas. Materiais de alta dureza incluindo carboneto de tungstênio e cerâmicos. Ferrosos e não ferrosos, forjados e fundidos Camadas superficiais, folhas finas, arames, fases microscópicas, zona térmicamente afetada (ZTA) em soldas; 2 1d 16 1
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