Ensaio de Dureza

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA 
Disciplina: Introdução à Ciência dos Materiais   
Turma A. 2/2019 
Docente: Guilherme Ferreira 
Alunos: 
 Danielle Alves 17/0101819 
Giovanna Lourenço Rodrigues 17/0143619 
Natasha Oliveira 18/0128540 
Vinícius Tasso 15/0023308 
 
 
 
 Ensaio de Dureza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.Introdução 
 A dureza é uma medida da resistência à deformação plástica localizada induzida por indentação 
mecânica ou abrasão. 
O ​ensaio de dureza é muito aplicado para comparar materiais ou mesmo para especificar um 
material.É possível, por meio de tabelas,obter uma correlação aproximada entre os métodos de 
determinação de dureza Brinell, Rockwell e Vickers e os valores de limite de resistência à tração. 
Ensaio de dureza Rockwell: ​Os ensaios Rockwell constituem o método mais comum para se medir a 
dureza,pois são simples e não requerem muita habilidade para serem aplicados.Várias escalas 
diferentes podem ser empregadas a partir de possíveis combinações de vários penetradores e 
diferentes cargas,o que permite o ensaio de virtualmente todas as ligas metálicas.No Brasil,a norma 
ABNT NBR NM ISO 6508:2008 trata do ensaio de dureza Rockwell,para as escalas 
A,B,C,D,E,F,G,H,K e T,e está dividida em 3 partes: 
Parte 1:Método de ensaio; 
Parte 2:Verificação e aplicação de máquinas de ensaio; 
Parte 3:Calibração de blocos de referência. 
Ensaio de dureza Brinell:​Nos ensaios Brinell,assim como nas medições de Rockwell,um penetrador 
esférico e duro é forçado contra a superfície do metal a ser testado.O diâmetro do penetrador de aço 
endurecido(ou de carbeto de tungstênio)é de 10,00mm.A carga padrão varia entre 500 e 3000 kg,em 
incrementos de 500 kg.Durante um ensaio a carga é mantida constante durante um tempo especificado 
(entre 10 e 30s).Os materiais mais duros requerem cargas maiores. 
A norma ABNT NBR ISO 6506 – Partes 1 a 4, elaboradas pelo Comitê Brasileiro de Máquinas e 
Equipamentos Mecânicos (ABNT/CB-004),tratam do ensaio de dureza Brinell. 
ABNT NBR ISO 6506-1: 2019 – Materiais metálicos - Ensaio de dureza Brinell - Parte 1: Método de 
Ensaio. Especifica o método para o ensaio de dureza Brinell para materiais metálicos. É aplicável a 
máquinas de ensaios de dureza fixas e portáteis. 
ABNT NBR ISO 6506-2: 2019 – Materiais metálicos - Ensaio de dureza Brinell - Parte 2: Verificação 
e calibração de máquinas de ensaio. Especifica os métodos de verificação direta e indireta das 
máquinas de ensaios utili​zadas para a determinação da dureza Brinell de acordo com a ABNT NBR 
ISO 6506-1 especificando também quando estes dois tipos de verificação devem ser realizados. 
ABNT NBR ISO 6506-3: 2019 – Materiais metálicos - Ensaio de dureza Brinell - Parte 3: Calibração 
de blocos de referência. Especifica um método para a calibração de blocos de referência a serem 
utilizados na verificação indireta de máquinas de ensaio de dureza Brinell, conforme descrito na 
ABNT NBR ISO 6506-2. 
ABNT NBR ISO 6506-4: 2019 – Materiais metálicos - Ensaio de dureza Brinell - Parte 4: Tabela de 
valores de dureza. Fornece uma tabela de valores de dureza para uso em ensaios em superfícies 
planas. 
Ensaio Vickers:​Neste ensaio as cargas aplicadas são muito menores do que para os ensaios de 
Rockwell e Brinell,variando entre 1 e 1000g.A impressão resultante é observada sob um microscópio 
e medida. Essa medição é então convertida em um número de dureza.Pode ser necessária uma 
preparação cuidadosa do corpo de prova,para assegurar uma impressão bem definida que possa ser 
medida com precisão.É uma técnica conhecida como ensaio de microdureza,com base e no tamanho 
do penetrador. 
No Brasil a norma ​NBR ISO 6507-1:2019 especifica o método de ensaio de dureza Vickers para as 
três faixas diferentes de forças de ensaio para materiais metálicos, incluindo os metais duros e outros 
carbonetos cementados​. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.Materiais e métodos 
Materiais: 
2.1.​ Durômetro Zwick/Roell ZHU250; 
2.2.​ Penetrador esférico de carbeto de tungstênio com diâmetro de 2,5 mm; 
2.3.​ Penetrador esférico de aço endurecido com diâmetro de 1/16 in; 
2.4. ​Amostra do aço SAE 1020 utilizado no experimento 1; 
2.5.​ Amostra do aço SAE 1045 utilizado no experimento 1; 
2.6. ​Amostra de liga de alumínio 6101-T6; e 
2.7. ​Amostra de liga de alumínio 7050-T7451. 
Métodos: 
Brinell: 
Foram realizados oito ensaios de Brinell, dois ensaios para cada uma das quatros amostras. O 
procedimento tem início com a inserção do penetrador, uma esfera de carbeto de tungstênio, e da 
amostra desejada na máquina. Em seguida, configura-se a máquina para aplicar uma carga de 187,5 
kgf, a qual é mantida durante os seis primeiros ensaios, enquanto que nos dois últimos foi utilizada 
uma carga de 62,5 kgf. Normalmente a carga total é aplicada no material por volta de 10 ou 15 
segundos em materiais como aço ou ferro fundido e, para outros materiais, se aplica a carga por pelo 
menos 30 segundos. Decorrido esse tempo, a máquina retorna dois valores de diâmetro de impressão e 
o número de Brinell, o qual revela as condições em que o ensaio foi feito apresentando o seguinte 
formato: [valor da dureza do material] HB [material do penetrador] [diâmetro do penetrador]/ [carga 
aplicada]. 
 
Rockwell tipo B 
Foram realizados 2 ensaios para uma das amostras disponíveis. Insere-se um penetrador esférico de 
aço endurecido e a amostra desejada na máquina. Primeiro é aplicada uma carga inicial de 10 kgf, 
depois uma carga de 100 kgf e, por último, alivia-se a carga. Feito isso, a máquina retorna a diferença 
de profundidade entre a impressão final e a inicial e também o número de Rockwell, que tem o 
seguinte formato: [valor da dureza do material] HRB. 
 
 
 
3. Resultados 
3.1 Brinell 
3.1.1 Diâmetros médios das calotas esféricas: 
Obtém-se o diâmetro médio pela fórmula: dm = 2
d1 + d2 
Ensaio 1 - amostra 1: 
d1 = 933,2 ​𝜇​m ; d2 = 936,64 ​𝜇​m; = 934,92 ​𝜇​mdm 
Ensaio 2 - amostra 1: 
d1 = 919,50 ​𝜇​m; d2 = 933,14 ​𝜇​m; = 926,32 ​𝜇​mdm 
Ensaio 3 - amostra 2: 
d1 = 1084,58 ​𝜇​m; d2 = 1088,77 ​𝜇​m; = 1086,68 ​𝜇​mdm 
Ensaio 4 - amostra 2: 
d1 = 1110,01 ​𝜇​m; d2 = 1100,53 ​𝜇​m; = ​1100, 27​𝜇​mdm 
Ensaio 5 - amostra 3: 
d1 = 1158,50 ​𝜇​m; d2 = 1204,18 ​𝜇​m; = 1181,34 ​𝜇​mdm 
Ensaio 6 - amostra 3: 
d1 = 1196,33 ​𝜇​m; d2 = 1184,37 ​𝜇​m; = 1190,35 ​𝜇​mdm 
Ensaio 7 - amostra 4: 
d1 = 1119,45 ​𝜇​m; d2 = 1072,42 ​𝜇​m; = 1095,94 ​𝜇​mdm 
Ensaio 8 - amostra 4: 
d1 = 1136,19 ​𝜇​m; d2 = 1080,55 ​𝜇​m; = 1108,37 ​𝜇​mdm 
 
3.1.2 Dureza do ensaio de Brinell: 
Cálculo da dureza de Brinell: 
, onde P é o valor da carga aplicada (em kgf), D é o diâmetro doB H = 2P
D (D− − d )√D2 2
 
penetrador (em mm) e d é o diâmetro médio das impressões (em mm) 
Assim, encontramos: 
Ensaio - amostra Número de dureza de Brinell obtido pela 
fórmula (em MPa) 
1 - 1 263.2168721 
2 - 1 268.3189253 
3 - 2 192.1171878 
4 - 2 187.1399201 
5 - 3 160.9134167 
 
6 -3 158.3230744 
7 - 4 62.90192026 
8 - 4 61.419887 
 
 
3.1.3 Comparando os valores de dureza fornecidos e calculados: 
Os valores calculados diferem-se bem pouco dos valores fornecidos pela máquina. 
 Valores fornecidos ( )kgfmm 2 
Valores calculados ( )kgfmm 2 
 Erro (%) 
Ensaio 1 - amostra 1 263,3 263.2168721 0.038 
Ensaio 2 - amostra 1 268,4 268.3189253 0.037 
Ensaio 3 - amostra 2 192,2 192.1171878 0.052 
Ensaio 4 - amostra 2 187,2 187.1399201 0.053 
Ensaio 5 - amostra 3 161,0 160.9134167 0.062 
Ensaio 6 - amostra 3 158,4 158.3230744 0.063 
Ensaio 7 - amostra 4 62,9 62.9019203 0 
Ensaio 8 - amostra 4 61,4 61.4198870 0 
 
 
3.1.4 Média e desvio padrão das durezas fornecidas pela máquina: 
Amostra 1: 
média = 265,85; desvio padrão = 3,606244584 
Amostra 2: 
média = 189,7; desvio padrão = 3,535533906 
Amostra 3: 
média = 159,7; desvio padrão = 1,838477631 
Amostra 4: 
média = 62,15; desvio padrão = 1,06060172 
 
3.1.5 Cálculo do limite de resistência à tração a partir da dureza Brinell (para o aço) 
Para as ligas de aço, pode-se utilizar a seguinte fórmula para converter a dureza de Brinell em Limite 
de Resistência à Tração: (resultado em MPa)RT 3, 5 B L = 4 × H 
Assim, temos: 
Aço 1: LRT(médio) = 917,1825 MPa 
Aço 2: LRT(médio) = 654,465 MPa 
 
3.2 Rockwell B 
3.2.1 Cálculo da média e o desvio padrão das durezas fornecidas pela máquina: 
Ensaio 1: HRB = 81,1 
Ensaio 2 : HRB = 85,9 
Média = 83,5 
Desvio padrão = 3,344981315 
 
3.2.2 Conversão de dureza de Rockwell em dureza de Brinell: 
A conversão pode ser feita utilizando a seguinte tabela (contida na norma​ ​ASTM E140): 
 
 
 
Dessa forma, como foram fornecidos 81,1 HRB na primeira leitura , 85,9 HRB na segunda leitura e 
sendo a média entre os dois valores de dureza de Rockwell dada por 83,5 HRB, infere-se da tabela 
que o valor de dureza equivalente na escala Brinell seria algo entre 153 HB e 189HB. Sendo o valor 
médio dado por 162 HB, se aproximarmos 83,5 HRB para 84 HRB. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Conclusão 
4.1 ​Com os dados obtidos experimentalmente é possível classificar a natureza de cada material, sendo 
assim segue abaixo a classificação: 
 
Amostra Dureza Brinell média 
obtida 
Dureza Brinell na 
Literatura 
Classificação 
Amostra 1 265,85 163 Aço SAE 1045 
Amostra 2 189,7 121 Aço SAE 1020 
Amostra 3 159,7 150 Liga de alumínio 
7050-T7451 
Amostra 4 62,15 78 Liga de Alumínio 
6101-T6 
 
Os valores obtidos da conversão da dureza brinell para o limite de resistência à tração são diferentes 
da encontrada na literatura: 
Aço 1: LRT(médio) = 917,1825 MPa Literatura Aço SAE 1020: 585 MPa 
Aço 2: LRT(médio) = 654,465 MPa Literatura Aço SAE 1045: 420 MPa 
Entretanto, o valor é próximo do obtido pelo experimento 1 que foi de 596,4 MPa e 948,5 MPa para 
os aços 1020 e 1045, respectivamente. A discrepância desses valores encontrados para a literatura se 
deve ao fato de que todo material possui imperfeições introduzidas durante a sua fabricação e 
incertezas na caracterização da magnitude das cargas aplicadas durante o experimento. 
 
4.2 
De acordo com os valores encontrados para o experimento da dureza Rockwell, o material seria o aço 
SAE 1045 e o seu valor médio encontrado foi semelhante ao da literatura de 84 HRB. E a conversão 
do valor da dureza Rockwell para a dureza Brinell difere do resultado no primeiro ensaio, porém é 
próximo do valor da dureza Brinell na literatura. Com isso, percebe-se que o ensaio de dureza 
Rockwell é mais preciso que a dureza Brinell pois este método elimina o possível erro de medição que 
depende do operador.