Relatório 2 - Ensaio de Dureza

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
CURSO DE ENGENHARIA AEROESPACIAL 
 
 
 
 
 
 
 
Aline Werner 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA 
SOBRE ENSAIO DE DUREZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Santa Maria, RS 
2018 
 
 
RESUMO 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA 
SOBRE ENSAIO DE DUREZA 
 
AUTOR: Aline Werner 
 
Este trabalho tem como objetivo descrever as atividades realizadas durante aula 
prática de ciência dos materiais a respeito de ensaios de dureza. São explicados os 
diferentes métodos utilizados para realizar o ensaio de um material, e as ferramentas 
e processos que estes envolvem. Também são descritos alguns tratamentos térmicos 
que podem ter utilizados para alterar a dureza de um material. Além disso, são 
apresentadas e comentadas as medições de dureza obtidas em aula. 
 
Palavras-chave: Ensaio. Dureza. Materiais. Aço. Tratamento. 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 4 
1.1 OBJETIVOS ...................................................................................................... 4 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ....................................................................... 4 
2.1 DUREZA BRINELL ........................................................................................... 4 
2.2 DUREZA ROCKWELL ...................................................................................... 5 
2.3 DUREZA VICKERS .......................................................................................... 6 
2.4 TRATAMENTOS TÉRMICOS ........................................................................... 6 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................ 7 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 8 
4.1 DUREZA ROCKWELL ...................................................................................... 8 
4.2 DUREZA VICKERS .......................................................................................... 9 
5 CONCLUSÃO ................................................................................................... 9 
 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 
Este trabalho tem como objetivo descrever as atividades realizadas em aula 
prática da disciplina de Ciência dos Materiais a respeito de ensaios de dureza. 
A dureza é uma propriedade característica de um material sólido, sendo muito 
utilizada na especificação de materiais, nos estudos e pesquisa mecânicas e 
metalúrgicas e na comparação de materiais diversos. A dureza de um material pode 
ser avaliada a partir de sua capacidade de riscar ou de perfurar outro. Para realizar a 
medição da dureza de um material, podem ser utilizados diversos métodos, que serão 
descritos a seguir. 
 
1.1 OBJETIVOS 
 
Os principais objetivos deste trabalho são: 
a) descrever as atividades da aula prática referente a ensaios de dureza; 
b) conhecer os diversos métodos de determinação da dureza de um material; 
c) apresentar os resultados dos ensaios de dureza obtidos em aula. 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Um ensaio de dureza de um material pode ser realizado através de diversos 
métodos. Os principais deles são dureza Brinell, dureza Rockwell e dureza Vickers. 
Estes são ensaios por penetração, nos quais é produzida uma deformação 
permanente na superfície do material através da aplicação de uma carga por uma 
ponteira, durante certo intervalo de tempo. As máquinas utilizadas em ensaios de 
dureza são chamadas de durômetros. 
 
2.1 DUREZA BRINELL 
 
O método de dureza Brinell envolve a compressão de uma esfera com 
determinado diâmetro, por uma determinada força e durante um certo período de 
tempo, contra a superfície do material a ser ensaiado, como esquematizado na figura 
seguinte. Esse processo produz uma impressão permanente no material, a qual pode 
ser medida com o uso de uma lupa graduada ou um micrômetro acoplado ao 
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durômetro. A dureza de Brinell é então medida como a carga aplicada dividida pela 
superfície da calota esférica produzida no material. 
 
Figura 1 – Esquema do método de dureza Brinell 
 
 
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-65132014000100006 
 
2.2 DUREZA ROCKWELL 
 
O método de dureza Rockwell envolve três etapas. Primeiramente, o corpo de 
prova é submetido a uma pré-carga, a fim de garantir o contato firme entre a ponteira 
e a superfície do material. A seguir, é aplicada uma carga maior que, somada à pré-
carga, corresponde à carga nominal do ensaio. Por fim, a carga é retirada e a 
profundidade da impressão é apresentada em um mostrador, como o da figura abaixo, 
acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada e 
adequada à faixa de dureza do material, à carga e à ponteira utilizada. 
 
Figura 2 – Exemplo de mostrador 
 
Fonte: https://metrologiaemedicoes.wordpress.com/2017/11/13/ensaio-de-dureza-rockwell/ 
 
As ponteiras mais utilizadas em ensaios de dureza Rockwell são do tipo 
esférico, feitas de aço temperado, ou do tipo cônico, feitas de diamante com 120º de 
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conicidade ou outros materiais duros. Quando não se conhece o material a ser 
ensaiado, costuma-se utilizar por primeiro a de diamante, para que não haja risco de 
danos à ponteira. 
 
2.3 DUREZA VICKERS 
 
No método de dureza Vickers, é utilizado uma ponteira de diamante com 
formato de pirâmide reta com base quadrada e ângulo de 136° entre as faces. Esta é 
comprimida contra o corpo de prova ensaiado com uma força predeterminada, durante 
um certo intervalo de tempo, o qual geralmente varia entre 10 a 15 segundos. Em 
seguida, a carga é removida e as diagonais deixadas pela endentação são medidas 
com um microscópio acoplado à máquina. O número de dureza Vickers é calculado 
como o quociente entre a carga e a área de endentação. A figura abaixo mostra um 
esquema deste método. 
 
Figura 3 – Método de dureza Vickers 
 
 
Fonte: https://www.easycalculation.com/physics/classical-physics/vickers-hardness-number.php 
 
2.4 TRATAMENTOS TÉRMICOS 
 
A fim de modificar certas propriedades de um material, este é submetido a 
determinados tratamentos. Alguns tratamentos comuns empregados em aços são os 
tratamentos térmicos, como a têmpera, o recozimento e o revenimento. 
O tratamento térmico corresponde ao conjunto de resfriamentos e 
aquecimentos aos quais um aço é submetido com o objetivo de alterar suas 
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propriedades ou fazê-lo adquirir determinadas características, através da modificação 
de sua micro ou macroestrutura. Algumas propriedades do material que podem ser 
alteradas são a dureza, a ductilidade, a resistência, entre outras. 
A têmpera tem como objetivo aumentar a dureza do material. Ela consiste no 
aquecimento do material até um valor acima de sua temperatura crítica, seguido de 
um resfriamento rápido, em meios como água ou óleo, para que seja obtida uma 
estrutura martensita, que é dura, porém frágil. 
O recozimento é o tratamento térmico que visa, entre outras coisas, remover 
tensões indesejadas, diminuir a dureza e alterar a resistência e ductilidade do material. 
O processo de recozimento varia segundo o tipo de recozimento utilizado para a 
finalidade desejada, mas envolve, em geral, o aquecimento do material a altas 
temperaturas, seguido de um resfriamento lento ou rápido. 
O revenimento, tratamento térmico que geralmente acompanha a têmpera, é 
utilizado para corrigir características inconvenientes deixadas por ela, já que diminui 
a dureza e a fragilidade do material,aumentando sua ductilidade. O processo consiste 
no reaquecimento do material até uma certa temperatura. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Os materiais e as ferramentas utilizados nos ensaios de dureza foram: 
a) corpos de prova dos seguintes materiais: aço 1045 temperado, aço 1045 
temperado e revenido, aço 1045 com tratamento térmico de recozimento, 
alumínio e plástico; para os ensaios de dureza Rockwell; 
b) corpos de prova dos seguintes materiais: aço 5130 temperado e revenido, 
liga de alumínio e silício e liga de titânio e nióbio; para os ensaios de dureza 
Vickers; 
c) máquina de ensaio de dureza Rockwell com ponteira cônica de diamante; 
d) máquina de ensaio de dureza Vickers. 
Em um primeiro momento, no laboratório de soldagens da UFSM, antes dos 
ensaios de dureza pelo método Rockwell serem iniciados, a máquina a ser utilizada 
para tal foi apresentada e seus componentes e funcionamento foram explicados. Além 
disso, também foram comentadas as medidas se segurança a serem tomadas durante 
os ensaios, como o uso de óculos de proteção. 
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Em seguida, utilizando uma ponteira de diamante, foram feitos os ensaios de 
dureza dos seguintes materiais: aço 1045 temperado em água, aço 1045 temperado 
e revenido, aço 1045 com tratamento térmico de recozimento, alumínio e plástico. 
Alguns ensaios foram repetidos por até três vezes, para que os erros de medição 
fossem minimizados, porém, devido à falta de tempo, não foi possível fazer isso com 
todos. Os valores obtidos foram anotados e comparados, para que fosse possível 
obter uma relação entre estes e o material ensaiado e os tratamentos pelos quais ele 
havia passado. 
Depois disso, em outro laboratório, foram realizados os ensaios de dureza 
utilizando uma máquina de determinação de dureza pelo método Vickers. Os materiais 
ensaiados foram: aço 5130 temperado e revenido, liga de alumínio e silício e liga de 
titânio e nióbio. 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
A seguir, serão apresentadas e comparadas as medidas obtidas para a dureza 
dos materiais ensaiados pelos métodos de Rockwell e Vickers. 
 
4.1 DUREZA ROCKWELL 
 
Os valores de dureza obtidos para os materiais ensaiados pelo método 
Rockwell são apresentados no quadro abaixo. 
 
Figura 4 – Quadro com valores de dureza obtidos pelo método Rockwell 
 
 
 
Fonte: do autor. 
 
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Como foi possível perceber com base nos valores obtidos, o aço 1045 
temperado e revenido apresenta uma dureza menor em relação ao aço 1045 
temperado em água. O aço 1045 recozido, porém, apresenta uma dureza ainda 
menor, já que está em escala Rockwell D, o que está de acordo com o resultado 
esperado do recozimento. 
Os resultados obtidos para o teste de dureza para o alumínio e o plástico na 
escala utilizada foram inconclusivos, pois o valor obtido no mostrador foi negativo. 
Para que sua dureza real fosse medida, teria sido necessário a utilização de uma 
ponteira de material menos duro do que o diamante. 
 
4.2 DUREZA VICKERS 
 
Os valores de dureza obtidos para os materiais ensaiados pelo método Vickers 
são apresentados no quadro abaixo. 
 
Figura 5 – Quadro com valores de dureza obtidos pelo método Rockwell 
 
 
 
Fonte 1: do autor. 
 
 De acordo com os valores de dureza obtidos, a liga de alumínio e silício é 
menos dura do que o aço 5130 temperado e revenido. Este, por sua vez, é bem menos 
duro do que a liga de titânio e nióbio, que até apresentou trincas após o ensaio. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Os métodos de determinação de dureza são muito importantes para determinar 
a dureza de um material, que é uma de suas principais características. Todos os três 
métodos apresentados neste trabalho, dois deles utilizados nos procedimentos 
experimentais, determinam a dureza com base em uma perfuração do corpo de prova. 
Quanto maior a perfuração, menor a dureza, e vice-versa. 
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REFERÊNCIAS 
 
INFOSOLDA. Ensaio Mecânico: Dureza. [s. l.], 2013. Disponível em: <http://www 
.infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/ensaios-nao-destrutivos-e-mecanicos/ 
212-ensaio-mecanico-dureza.html>. Acesso em: 07 mai. 2018. 
 
RODRIGUES, L. E. M. J. Ensaios Mecânicos de Materiais. São Paulo, São Paulo, 
2014. Disponível em: <http://www.engbrasil.eng.br/pp/em/aula3.pdf>. Acesso em: 07 
mai. 2018. 
 
TSCHIPTSCHIN, A. P. Tratamento térmico de aços. São Paulo, São Paulo, 2013. 
Disponível em: <http://www.pmt.usp.br/pmt2402/TRATAMENTO%20TÉRMICO%20 
DE%20AÇOS.pdf>. Acesso em: 07 mai. 2018.