Ensaios de Tração e Dureza Brinell MATERIAIS Thiago 2018

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Centro Universitário Jorge Amado 
 Curso: Engenharias – 3o Semestre 
 Disciplina: Materiais de Engenharia 
 Professor: Thiago Fontes 
 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
PRINCÍPIOS BÁSICOS 
O ensaio de tração é o mais conhecido dos ensaios de materiais. É utilizado para determinar a resistência à tração, uma 
das mais importantes propriedades de um material. O alongamento após fratura também pode ser determinado como uma 
medida de resistência do material. 
 
No ensaio de tração uma situação de tensão em um só eixo é criada no corpo de prova. Essa tensão é 
criada aplicando-se no corpo de prova uma carga externa de tração numa direção longitudinal. Isto resulta em 
uma distribuição uniforme da tensão normal na seção transversal de teste do corpo de prova. 
 
Para determinar a resistência do material, a carga no corpo de prova é incrementada lenta e 
gradualmente até que este se rompa. A força máxima aplicada no teste é uma medida da resistência do 
material. A assim chamada resistência a tração Rm em N/mm² é calculada a partir da força máxima do teste FB 
em N e a seção transversal inicial A0 do corpo de prova em mm². 
 
A força máxima do teste FB é determinada pelo diagrama força-alongamento. 
 
Durante o ensaio de tração propriamente dito, a seção transversal 
do corpo de prova é reduzida. Esta sofre uma constrição e as tensões 
instantâneas (que podem ser medidas a cada instante) são 
significativamente maiores. 
 
O alongamento após fratura A em % é a razão entre a variação de 
comprimento do corpo de prova e o seu comprimento original L0 e é 
calculada utilizando-se o comprimento Lu do corpo de prova após a ruptura. 
 
 
 
 
 
Dois pontos são marcados no corpo de prova para que sejam medidos os comprimentos. 
Após a fratura, as duas partes do corpo de prova são intimamente juntas pela seção da fratura e o 
comprimento entre os dois pontos estabelecidos é medido. 
 
O ensaio de tração é representado pelo diagrama tensão-alongamento (ou tensão-
deformação). Neste diagrama a tensão σ é exibida em função do alongamento ε. 
 
 
 
A tensão é calculada através 
da força F a qualquer instante do ensaio, em N, e a seção transversal 
do corpo de prova A0 em mm². 
 
O alongamento é calculado pela extensão a qualquer 
instante e o comprimento original. 
 
 
Além da resistência a tração Rm, o limite de proporcionalidade Rp e o limite de escoamento Re podem ser identificados 
neste diagrama. 
 
MÉTODO 
 
 Cuidadosamente pré-tensione o corpo de prova (Max. 0,5 kN) para minimizar a influência da folga. 
 Tare o medidor clicando em . 
 Inicie a gravação dos dados da carga clicando em . 
 Aplique a carga ao corpo de prova lenta e continuamente girando o volante manual. Para obter melhor resolução do 
trecho máximo da curva, aplique a carga particularmente mais lentamente nesse trecho. O tempo total de aplicação da 
carga deve ser no máximo de 2 a 4 minutos. 
 Evite aplicar a força de maneira brusca ou exagerada com o volante manual, sob qualquer circunstância. 
 Observe o corpo de prova e veja o início da constrição. A força deverá então ser reduzida ao invés de incrementada. 
 ATENÇÃO! Não fique alarmado! Principalmente se for de aço, o corpo de prova fratura com um forte estalo. 
 Caso a gravação dos dados não tenha finalizado automaticamente depois da fratura, pare-a clicando no botão . 
 Remova as duas partes do corpo de prova das cabeças de fixação. 
 IMPORTANTE! Desenrosque completamente o volante manual do cilindro mestre movendo o sistema de carga para 
baixo novamente. 
 
 
 
AVALIAÇÃO DO ENSAIO 
 
 
 Uma vez exibido o diagrama força-alongamento, os valores 
medidos podem ser diretamente lidos na tela selecionando-
os com o cursor . Os valores para os eixos X e Y 
são mostrados no quadro posicionado abaixo e à esquerda 
da tela. 
 
 
 
 
 
 
 
 Clicando em permite que se apaguem dados gravados de medidas reconhecidamente incorretas. 
 Pode-se alternar a tela para “diagrama de tensão-alongamento” selecionando “/View/Stress-elongation” diagram. 
 Movendo o cursor para pontos correspondentes ao limite de proporcionalidade, ao limite de escoamento e de 
resistência a tração, estes são selecionados e podem ser lidos os valores de tensão e alongamento. Clicar em Rp para o 
limite de proporcionalidade, em Re para o limite de escoamento e Rm para o limite de resistência a tração. 
 Selecione “/View/Test report” para criar um resumo do ensaio. 
 
 Selecione “/File/Print graph” para imprimir o diagrama. 
 Selecione ”/File/Save series” para salvar os valores medidos do ensaio. 
 Selecionando “/File/Open file” permite carregar e mostrar séries de medidas já salvas. Esta opção é particularmente útil 
para comparar diferentes séries de medições. No máximo 10 curvas podem ser mostradas simultaneamente. 
 
QUESTIONÁRIO SOBRE TRAÇÃO – PRÉ-RELATÓRIO 
 
1ª QUESTÃO – Qual o princípio do ensaio? 
2ª QUESTÃO – Segundo a ABNT, explique a proporção entre o comprimento e o diâmetro da parte útil. 
3ª QUESTÃO – Esboce um gráfico teórico, destaque a região de encruamento e explique o que significa. 
 
QUESTIONÁRIO SOBRE TRAÇÃO – PÓS-PRÁTICA 
 
1ª QUESTÃO – A partir do diagrama tensão-deformação obtido no ensaio laboratorial, obtenha as seguintes propriedades do 
material usado: 
a) a tensão de escoamento σesc; 
b) a tensão máxima σmax; 
c) tensão de ruptura σrup; 
d) Módulo de elasticidade E. 
 
2ª QUESTÃO – Observe o corpo de prova usado no ensaio. Calcule o alongamento percentual. 
3ª QUESTÃO – Com base nas informações adequadas calcule a tensão máxima teórica, compare com a tensão máxima 
experimental, comente sobre este tipo comportamento mecânico, justificando os valores discrepantes. Qual sua tensão 
nominal? 
 
4ª QUESTÃO – A partir do módulo de elasticidade, faça inferências sobre a força e a energia de ligação existente no material do 
corpo de prova. 
 
 
ENSAIO DE DUREZA BRINELL 
 
PRINCÍPIOS BÁSICOS 
Dureza é a resistência com a qual um corpo se opõe à penetração de outro corpo. Analogamente, em ensaios 
padronizados de dureza, um corpo de teste de alta dureza é pressionado verticalmente contra a superfície do corpo de prova. 
 
Um estado de tensão em três eixos se origina no corpo de prova sob o efeito do corpo penetrante. Até mesmo em 
materiais muito duros e quebradiços podem-se obter impressões sem a formação de fissuras. Uma vantagem do teste de dureza 
é que, ao contrário do ensaio de tração, dados característicos do material podem ser obtidos sem destruir o corpo de prova, 
exceto pela pequena impressão deixada pelo penetrador. A desvantagem é que o ensaio de dureza pode somente fornecer um 
valor que corresponde à resistência e depende do método de ensaio. O método de ensaio deve, portanto, ser sempre 
especificado. 
 
O ensaio de dureza Brinell utiliza uma esfera de aço endurecido como corpo penetrante. 
 
A esfera é pressionada contra o corpo de prova com uma força de 
teste que depende do diâmetro dessa esfera e do material do corpo de 
prova. Após certo tempo de ação dessa força, é medido o diâmetro da 
impressão da esfera deixado no corpo de prova. 
 
 
A dureza Brinell (HB) é calculada a partir da máxima força F 
aplicada no teste e da área superficial de impressão AB da seção da esfera. 
Com um diâmetro de esfera D e um diâmetro de impressão d, temos: 
 O fator 
0,102 é um valor historicamente estabelecido. É um fator de conversão de kp/mm2 para N/mm2. 
 
Caso a impressão da esfera não seja circular, a média de duas medições perpendiculares entre si será necessária. 
 
Para se ter certeza de que valores de dureza para diferentes materiais, diferentes formas 
de corpos de prova e diferentes diâmetros de esfera continuam comparáveis, certas regras devem 
ser conhecidas: 
 
Diâmetroda esfera 
Diâmetros de esfera são padronizados em 10; 5; 2,5 e 1 mm. Em nosso experimento será utilizada 
uma esfera de 10 mm. 
 
Tempo de carga 
A carga de teste F deverá agir no corpo de prova por pelo menos de 10 a 15 segundos. Para 
materiais como alumínio e cobre, 30 segundos aproximadamente. 
A carga de teste deve ser acrescida até o seu máximo em um tempo mínimo de 5 segundos. 
 
Razão de carga 
Uma boa impressão da esfera deverá ter de 0,2 a 0,7 vezes o diâmetro da esfera (0,2.D ≤ d ≤0,7D). Para estar em acordo com 
este padrão com materiais de diferentes durezas, diferentes pressões na superfície são recomendadas. Ou seja, a razão entre a 
força e o quadrado do diâmetro de uma esfera deve ser aproximadamente igual a outras. Esta razão é conhecida como razão de 
carga x. 
 
O fator 0,102 novamente resulta da conversão de kp para N. As razões de carga não são iguais para diferentes materiais. 
 
Cargas de ensaio 
As cargas de ensaio são determinadas a partir da razão de carga. A carga máxima do nosso experimento é 9800 N, 
correspondente à máxima razão de carga x = 10. 
 
Razões de carga e cargas de teste para ensaio de dureza Brinell 
Razão de carga 30 10 5 2.5 1.25 0.5 
Carga de teste F em N com 
esfera de 10 mm 
29420 9800 4900 2450 1225 490 
Faixas de dureza HB 67… 400 22… 315 11… 158 6… 78 3… 39 1… 15 
Material Aço, 
Aço Fundido, 
Ferro fundido 
maleável, 
Ferro 
fundido. 
Aço, Ligas 
leves, Cobre, 
Latão, Bronze, 
Níquel 
Alumínio 
puro, 
Magnésio, 
Zinco, Latão 
fundido. 
Babbitt (liga 
metálica de 
baixo ponto 
fusão e 
baixo 
coeficiente 
de atrito) 
Chumbo e 
soldas 
leves 
Metais leves 
em altas 
temperatura
s 
 
Fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações 
 
 
 
 
 
 
 
Diâmetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido 
 
 
 
 
 
 
 
MÉTODO 
 
 Pré-tensione suavemente o corpo de prova (< 0.5 kN) para minimizar o efeito das folgas. 
 Zere o registrador de dados clicando em . 
 Inicie a registrar os dados clicando em . 
 Aplique a carga ao corpo de prova lenta e continuamente girando o volante manual. Para facilitar a aplicação da carga 
no tempo correto, um ponteiro na tela irá indicar a carga requerida a cada intervalo de tempo. A carga a cada instante 
deverá ser ajustada à carga requerida o mais próximo possível girando o volante. 
 
 ATENÇÃO! Caso a carga aplicada diferir da carga requerida em mais de 1%, o ensaio deverá ser abortado. 
 Quando a carga aplicada atingir a carga requerida, o relógio começa a contar. 
 Após um tempo de carga de 10 segundos, o relógio muda de vermelho para verde e o corpo de prova deve ser 
recarregado. 
 Um tempo maior de carga pode também ser selecionado, mas este então deve ser indicado separadamente no log de 
teste. 
 O relógio pode ser parado manualmente clicando em . 
 
AVALIAÇÃO DO ENSAIO 
 
 Para avaliar o ensaio, o diâmetro da impressão da esfera no corpo de prova deve ser medido. Esta medida deve ser 
realizada com uma precisão de pelo menos 0,5 mm, preferivelmente de 0,1 mm. 
 Para impressões irregulares (não circulares), por exemplo, em uma superfície cilíndrica, duas medidas devem ser feitas 
a 90° uma da outra. 
 Os diâmetros medidos d1 e d2 são inseridos no software. Este então calcula a média dos diâmetros. 
 Clicando em “EVALUATION”, calcula-se a dureza Brinell (HB). 
 Selecione “/View/Test report” para criar um breve relatório do ensaio. 
 
QUESTIONÁRIO SOBRE DUREZA BRINELL – PRÉ-RELATÓRIO 
 
1ª QUESTÃO – Uma empresa comprou um lote de chapas de aço carbono com a seguinte especificação: 
 espessura: 4 mm 
 dureza Brinell (HB): 180 
 
Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de dureza Brinell para confirmar se estão de acordo com as especificações. 
 
Sua função consiste em saber se essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm ou não. 
 
 
QUESTIONÁRIO SOBRE DUREZA BRINELL – PÓS-PRÁTICA 
 
1ª QUESTÃO – Anote o valor de dureza Brinell para cada material. Compare os valores teóricos e experimentais. Apresente os 
resultados em uma tabela. Comente se estão concordantes ou não. 
 
 
2ª QUESTÃO – Esse tipo de ensaio pode ser utilizado para qualquer tipo de material? Por quê? Explique as vantagens e 
desvantagens do método de dureza Brinell. 
 
 
3ª QUESTÃO – Faça uma correlação entre dureza e o limite de resistência à tração.