Exercício - Ensaio de Dureza

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIENCIAS E TECNOLOGIA
UNIDADE ACADEMICA DE ENGENHARIA MECANICA
Disciplina: Ensaios dos Materiais.
Aluna: Joyce Ingrid Venceslau de Souto
Matrícula: 117110628
 Exercício
1) De posse de uma barra de aço 1030 recozido, um engenheiro pretende determinar a tensão limite de resistência deste material. A partir do valor de dureza, determine este limite de resistência.
Tendo em vista que o aço foi submetido a um recozimento pleno, ou seja foi aquecido a uma temperatura acima da zona crítica (completa austenitização do material), seguido por um resfriamento lento, observa-se que os microconstituintes presentes ao final do tratamento térmico serão ferrita e perlita grosseira. Assim, e com base no diagrama Fe-C tendo como entrada o teor de carbono do aço em questão (0,3%), basta estimar de forma aditiva a dureza do material com base na dureza dos microconstituintes presentes no aço.
Obtida a dureza Brinell, nota-se que existe uma relação empírica que correlaciona esse valor de dureza com o limite de resistência do material desde que porque, acima desse valor, a dureza cresce mais do que o limite de resistência e a relação deixa de ser válida. Sabendo que a classe dos aços ao carbono está em conforme com o requisito de dureza para se utilizar essa relação e o valor de dureza Brinell encontrado legitima isso, tem-se que o limite de resistência do material pode ser dado pela expressão abaixo:
	Sendo é o limite de resistência convencional, em , e é uma constante experimental que, para aços-carbono recozidos (procedimento padrão), equivale a 3,60. Vale ressaltar também que o valor do limite de resistência encontrado através da relação acima serve apenas para estimação, em caso da impossibilidade de realizar um ensaio de tração. Portanto, tem-se que:
2) Escolha o (os) método(s) de dureza para caracterizar os materiais abaixo e explique o porquê.
a) Dente de engrenagem.
Rockwell. Por se tratar de uma peça acabada tratada superficialmente, os tipos de ensaios de dureza que poderiam ser utilizados já se restringem e, pelo fato de se tratar de uma peça com alta solicitação mecânica, o ideal serial aplicar um ensaio cuja impressão fosse reduzida para evitar que o material fosse prejudicado em termos de propriedades mecânicas no local da penetração. Inclusive, existe um durômetro Rockwell especificamente para medir a dureza de dentes de engrenagem, na escala C, utilizando o penetrador cônico de diamante a uma carga de 62,5 kgf.
b) Parafuso
Brinell ou Rockwell. De forma geral, faz-se comumente uso desses dois tipos de ensaios para aços e, especificamente, o ensaio Rockwell é bastante empregado pela sua simplicidade operacional, precisão de leitura, larga gama de medidas e rapidez de ensaio. Especificamente, usa-se a escala Rockwell B para parafusos não-tratados termicamente e a C para parafusos tratados termicamente. Além disso, enquanto o ensaio Rockwell pode ser usado para todos os tamanhos de parafusos, o ensaio Brinell se restringe a aqueles não-tratados e com diâmetro acima de 1 ½ in, de acordo com a ASTM F606, 2011.
c) Porcas
Rockwell e microdureza Vickers. Para porcas e fixadores, de uma forma geral, pode-se utilizar microdureza para medir essa propriedade da camada endurecida da peça porque ajuda a caracterizar o seu tempo de vida útil bem como o seu desgaste, como a peça ensaiada já estava em uso. Além disso, na face da porca, é interessante avaliar seu valor de dureza no centro e nas extremidades, uma vez que diferentes valores de dureza nessas localidades podem inferir como será o tipo de fratura previsto para a porca. Na lateral e na face da porca, também pode utilizar o ensaio de dureza Rockwell objetivando, principalmente, evitar uma deformação plástica na sua superfície. 
d) Arruelas
Rockwell. Tanto por uma questão de especificação, quanto porque, tendo em vista as vantagens de usar esse tipo de ensaio, por se tratar de uma peça acabada com baixa espessura e geralmente endurecida, o ensaio de dureza Rockwell seria o mais apropriado tendo em vista que sua escala D, cujo penetrador é o cone de diamante e a carga aplicada é de 100kgf, é especialmente aplicada para aços endurecidos com espessura reduzida.
e) Rodas de avião
Ensaio Shore (escleroscópio). Por ser bastante aplicável em ensaios de rotina, ou seja, a peça a ser ensaiada não precisa ser levada à laboratório, devido a boa versatilidade do equipamento que é leve e portátil, além de possui uma medida mais precisa já que a leitura é direta. Além disso, o ensaio é apropriado para metais endurecidos que não poderiam passar pelo ensaio Brinell tendo em vista a deformação do penetrador e, no caso do ensaio Shore, este é um martelo de aço em forma de barra com a ponta arredondada de diamante.
f) Juntas soldadas
Vickers ou Rockwell. Normalmente a justificativa de empregar ensaio de dureza em uma junta soldada é avaliar essa propriedade mecânica ao longo da junta para checar se existe uma não-conformidade ao longo de seu comprimento e que pode também incluir a ZTA (Zona Termicamente Afetada). Por conta disso e sabendo que juntas soldadas têm largura reduzida (máx. 3mm), isso exige ensaios que tenham maior precisão de leitura, oriunda de uma continuidade de escala ou pelo fato da dureza ser lida diretamente na máquina, e cuja impressão não irá gerar uma falha funcional na peça analisada. Essas vantagens são encontradas nos ensaios de dureza Vickers e Rockwell.
g) Barramento de torno
Ensaio por impacto Shore. Nesse caso, por se tratar de uma peça/componente com material endurecido, acabado, impossibilitando uma retirada de corpo de prova porque iria comprometer a funcionalidade do equipamento, e de grandes dimensões, ou seja, não seria possível sua fixação em um durômetro convencional, o único ensaio conveniente para essa situação seria o citado.
h) Vidro
Microdureza Knoop. Para avaliar a dureza de materiais frágeis, de uma forma geral, os ensaios mais apropriados para se aplicar são os de microdureza, uma vez que a impressão é microscópica e a carga de aplicação é menor que 1 kgf. Além disso, o ensaio de microdureza Knoop é o mais adequado para aplicação em vidro porque seu penetrador é mais estreito, produzindo uma impressão cuja leitura será mais precisa e com menor profundidade do que, por exemplo, a obtida pela microdureza Vickers.
Referências
DURÔMETRO ROCKWELL PARA MEDIÇÃO EM DENTES DE ENGRENAGEM. Importecnica. Disponível em: http://www.importecnica.com.br/durometro-rockwell-engrenagem.html. Acesso em: 27 out. 2020.
Peçanha, M. P. Desenvolvimento de uma nova metodologia de ensaio de torque em parafusos. Disponível em: <http://uenf.br/posgraduacao/engenharia-de-materiais/wp-content/uploads/sites/2/2019/04/DESENVOLVIMENTO-DE-UMA-NOVA-METODOLOGIA-DE-ENSAIO-DE-TORQUE-EM-PARAFUSOS.pdf>. Acesso em: 28 out. 2020.
 
Silva, L. S. Avaliação comparativa do comportamento mecânico e tribológico de dois parafusos da classe 10.9 ASTM. Disponível em: <http://uenf.br/posgraduacao/engenharia-de-materiais/wp-content/uploads/sites/2/2013/07/DISSERTAÇÃO.pd>. Acesso em: 27 out. 2020.
ENSAIOS USUAIS EM FIXADORES. Portal Aquecimento Industrial. Disponível em: <https://www.aquecimentoindustrial.com.br/ensaios-usuais-em-fixadores/>. Acesso em: 28 out. 2020.