Brinnel e Vickers - PRM 2019

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ENSAIO DE DUREZA BRINELL E VICKERS 
Aluno: Janyane Silva 
Turma: 343
GUARATINGUETÁ
Resumo
A dureza de um material pode ser obtida por meio de diversos ensaios, sendo os ensaios que utilizam um penetrador para causar uma impressão para medir o índice de dureza, ensaio Brinell e ensaio Vickers. Tais ensaios possuem o mesmo mecanismo, tendo um penetrador esférico e piramidal para Brinell e Vickers respectivamente. Após aplicada uma carga especifica por determinado tempo, uma impressão é feita no corpo de prova, e através desta é possível fazer medições de diâmetro, diagonal para se obter o índice de dureza do material em questão. Através do ensaio de dureza, é possível obter outras propriedades mecânicas dos materiais.
 Palavras-chave: dureza, Brinell, Vickers.
Introdução
A dureza de um material é uma propriedade mecânica a qual relaciona a resistência de um determinado material, quando está sendo exposto a um pressão de outro material ou por marcadores padronizados, apresentando ao risco ou uma marca permanente. São mais comumente utilizados métodos com penetradores com formato padronizado, sendo estes pressionados sobre a superfície do material em que se deseja medir a dureza. Tal pressão são pré-cargas e/ou cargas especificadas, causando uma deformação elástica inicialmente e após uma deformação plástica.
Com a retirada da carga aplicada, através da marca deixada no material, é possível através da área marcada e a sua profundidade, obter um valor numérico que representa a dureza do material. Essa correlação é baseada na tensão que o penetrador necessita para vencer a resistência da superfície do material [1].
Essa propriedade mecânica está diretamente relacionada as forças de ligação entre o átomos e moléculas, aos planos atômicos de escorregamento, como também a resistência mecânica. Como materiais plásticos possuem forças atuantes entre as molécula (forças de Van der Waals) são baixas, estes são do tipo macios. Já os sólidos metálicos e iônicos, por possuírem uma força de ligação mais fortes, tem o caráter mais duros. Os materiais de maior dureza, são os que possuem ligações covalentes.
É possível aumentar a propriedade de dureza por meio de tratamentos especiais, como adição de soluto, trabalho a frio, tratamento térmicos ou termoquímicos, endurecimentos por precipitação, entre outros.
Os ensaios de dureza são realizados com mais frequência do que qualquer outro ensaio mecânico por diversas razões: eles são mais simples (nenhum corpo de prova especial precisa ser preparado, e os equipamentos de ensaio são relativamente baratos), o ensaio é não destrutivo (o corpo de prova não é fraturado, tampouco é excessivamente deformado; uma pequena impressão é a única deformação) e outras propriedades mecânicas podem ser estimadas a partir de dados obtidos para ensaios de dureza tais como o limite de resistência a tração [2].
Objetivo
Estes laboratórios tiveram como objetivo:
Familiarizar-se com os métodos de medida de dureza por penetração Brinell e Vickers;
Medir a dureza de diferentes amostras metálicas e comparar os resultados obtidos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização desses dois laboratórios utilizou-se de diferentes tipos de materiais, estes 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).
- Bronze
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)
 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)
Resultados e discussão
Ensaio Brinell
	AMOSTRAS
	CARGAS (kgf)
	HB
	HB
	Média
	AÇO 1060 
	187,5
	148
	145
	147
	AÇO 1045
	187,5
	244
	244
	244
	AÇO 1020 
	187,5
	174
	179
	172
	AÇO 1045 REC
	62,5
	164
	159
	162
	AÇO 1020 REC
	62,5
	159
	135
	147
	Al 7050
	62,5
	164
	164
	164
	Al 2024
	62,5
	159
	155
	157
	al 356
	31,25
	69
	69
	69,
	al com.
	31,25
	80
	75
	78
	latão
	31,25
	93
	82
	88
	Bronze
	31,25
	130
	135
	132
Ensaio Vickers
	AMOSTRAS
	CARGAS (kgf)
	HV
	HV
	Média
	AÇO 1060 
	40
	228
	232
	230
	AÇO 1045
	40
	245
	259
	256,5
	AÇO 1020 
	40
	179
	179
	179
	AÇO 1045 REC
	20
	179
	175
	176
	AÇO 1020 REC
	20
	137
	141
	139
	Al 7050
	20
	175
	196
	185
	Al 2024
	20
	168
	172
	170
	al 356
	10
	75
	74
	75
	al com.
	10
	74
	73
	73,5
	latão
	10
	125
	132
	128
	BRONZE
	10
	165
	170
	168
	REC = recozido	COM. = comercial
	As tabelas 4.1 e 4.2 contêm os dados obtidos dos ensaios de dureza realizadas no laboratório. Para a discussão dos valores experimentais tabelados, é importante debater sobre a composição química das ligas e o tratamento térmico a que foram submetidas algumas peças.
	O aço, composto principalmente pelos elementos ferro e carbono, apresenta os maiores valores de resistência mecânica. Relaciona-se este fato à maior porcentagem de carbono presente na liga metálica. O aço 1060 apresenta 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 (entre 65 a 75 kgf), 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.
	Quanto ao tratamento térmico (no caso, o recozimento), este é aplicado como forma de diminuir a dureza da liga, e recuperar sua capacidade de usinabilidade. Pode ser empregado de três formas: recozimento pleno, alívio de tensões ou esfeirodização. 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.
	Microestruturamente, o aquecimento do aço acima da temperatura crítica permite que ocorra o processo de nucleação e crescimento dos grãos de austenita novvamente, modificando totalmente a microestrutura da peça como fornecido. O resfriamento, diferente do processo de têmpera, é lento e provoca a decomposição da austenita em ferrita e cementita, implicando em uma configuração nova ao material, livre de deformações oriundas de tratamentos mecânicos e térmicos aplicados anteriormente.Já para as ligas de alumínio, tem-se diferentes elementos presentes, a saber: a série de ligas 7050 são consideradas de alta resistência, de composição Al-Zn-Mg-Cu, e são amplamente aplicadas no setor aeronáutico. 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 majoritariamente, e apresentam valores menores de dureza, enquanto que o alumínio comercial com alta porcentagem de pureza (alumínio comercial) apresenta valores ainda mais inferiores aos observados nas demais ligas de alumínio. O latão é uma liga de cobre e zinco, com a porcentagem de zinco variando entre 3% e 45% e apresenta excelente ductilidade, e valores de resistência menores.
conclusão
É possível inferir, a partir dos dados obtidos e da literatura consultada, que ambos os ensaios de dureza são válidos para as ligas metálicas estudadas. Apresentam procedimento similar, e diferentes valores de tensões para cada classificação de material: ligas mais duras podem ser melhor verificadas com aplicação de uma carga maior, pois permite registrar uma deformação mais aparente, enquanto materiais mais macios são submetidos a cargas menores, mas suficientes para testar sua dureza.
Os dados encontrados estão contidos na faixa de valores esperados, e as diferenças observadas, para um mesmo material, são justificáveis devido a composição química e aos tratamentos mecânico-térmicos a que foram submetidos.
referências bibliográficas
[1] Garcia, A.; Spim, J. A.; Santos, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
[2] Callister Jr., W. D.; Rethwisch D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 8 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2013.
[3] Silva, A. L. C.; Mei, P. R. Aços e ligas especiais. 2 ed., Sumaré: Eletrometal, 1988.