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Determinacao do metal utlizado no ensaio de dureza
Tipologia: Provas
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ZANETTI, João P.; CAMILLO, Arthur V.; FONTANARI, Mateus M.; PAGLIARINI, Marco A.; FERRARI, Ronan.; MESSIAS, João P. Ensaios de dureza. Maringá: Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Maringá, 2012. Relatório de Ensaios de Dureza.
Este experimento tem como objetivo a análise da dureza de certos corpos-de-prova de aço. Neste trabalho reuniu-se dados de seis equipes sobre o ensaio de dureza do tipo Rockwell, onde foi utilizado quatro corpos de provas, onde três destes eram conhecidos seus valores nominais de dureza, e uma máquina de ensaios de dureza do tipo Rockwell a qual registra valores de dureza Rockwell (HR). Posteriormente analisou-se os valores obtidos de dureza por cada equipe calculando a média para cada corpo-de-prova, obtendo : 20,0; 41,8 e 61,7, com os valores nominais conhecidos, que são: 21,2; 43,3 e 63, construiu-se uma curva de calibração utilizando os valores nominais e seus respectivos valores experimentais estimando assim o valor experimental de dureza do quarto corpo de prova, o qual foi de 21,8.
1. INTRODUÇÃO
A dureza consiste em uma medida da resistência de um material a uma
deformação plástica localizada, por exemplo, a uma pequena
impressão ou a um risco. Ao longo dos anos foram desenvolvidas
técnicas quantitativas de dureza, nas quais um penetrador é forçado
contra a superfície de um material a ser testado, sob condições
controladas de carga e taxa de aplicação. A profundidade ou o
tamanho da impressão resultante é medida, a qual é relacionada a um
número de dureza. As durezas medidas são apenas relativas, ao invés
de absolutas, e deve-se tomar cuidado ao comparar valores
determinados por diferentes técnicas.
Os ensaios de dureza são realizados mais frequentemente por serem
mais simples e baratos, já que o material não precisa ser preparado e o
equipamento de ensaio é relativamente barato; não é destrutivo, sendo
que uma pequena impressão é a única deformação ocorrida no corpo
de prova; e outras propriedades mecânicas podem ser estimadas a
partir de dados de dureza, tal como o limite de resistência a tração.
2. Fundamentação Teórica
Em 1922, Rockwell desenvolveu um método de ensaio de dureza que utilizava um sistema de pré-carga. Este método apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles até os mais duros. Entretanto, também tem limitações, o que indica que está longe de ser a solução técnica ideal.
O ensaio Rockwell é hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido à rapidez e à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita. A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material.
Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante com 120º de conicidade).
O valor obtido no ensaio corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, subtraídas a recuperação elástica do material, após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga. Em outras palavras: a profundidade da impressão produzida pela carga maior é a base de medida do ensaio Rockwell.
FIGURA 1. SEQ FIGURA * ARABIC \s 1 1.1.1: Escala de dureza Rockwell e aplicações.
Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pré-carga é de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf.
Estas escalas não têm relação entre si. Por isso, não faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala só pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma escala.
A profundidade alcançada pelo penetrador (esférico ou cônico), subtraídas da recuperação elástica do material, após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga é o resultado indicado pela máquina de ensaio. Em outras palavras, a profundidade da impressão produzida pela carga maior é à base de medida do ensaio Rockwell.
Este ensaio foi feito a partir do método de penetração de
Rockwell, usando-se de dispositivo apropriado. Pelo método que se
aplica, este dispositivo tem como característica a disposição dos
seguintes itens:
A FIGURA 3.1 ilustra exatamente o equipamento utilizado para este ensaio.
FIGURA 3. SEQ FIGURA * ARABIC \s 1 1: Máquina utilizada para o teste de dureza de Rockwell.
A partir das propriedades fornecidas a respeito dos corpos-padrão, determinou-se a escala Rockwell a ser utilizada. Configurou-se o equipamento para a escala determinada. Em seguida, foi configurado também a carga a ser aplicada.
O penetrador já se encontrava instalado no equipamento, e já era compatível com os corpos e a carga deste ensaio.
Os corpos foram posicionados, cada um em sua vez, no local apropriado, tomando-se o cuidado de manter a superfície a ser ensaiada perpendicular à carga. A pré-carga era então aplicada, elevando-se manualmente o corpo de prova.
Utilizando os dados dos testes de dureza de cada corpo padrão e o corpo de prova, podemos calcular a média de cada teste (M) e a geral (Mg) de cada corpo pelas fórmulas:
Onde:
M = média de cada grupo ( 1 a 9 ) para cada teste
Xi = enésimo termo
n = número de termos
Onde:
Valor Teórico
Média geral experimental
4.1 Calibração:
Com os dados das tabelas 4.1, 4.2, 4.3 e 4.4, e utilizando a curva de calibração, podemos estimar o valor teórico de dureza do corpo de prova usando a equação da reta do gráfico 4.1:
y = 0,984x + 1,
Onde:
x = Valor Médio Geral encontrado para o corpo de prova
y = 0,984.( 26,16 ) + 1,
y = 27,23 HRC
5. CONCLUSÃO
Conclui-se que dureza é a resistência à deformação permanente ou plástica de um material, a qual está diretamente relacionada com a força de interação entre as moléculas deste. No experimento analisado, ensaio de Rockwell, as medições são embasadas na profundidade da penetração sobre o corpo de prova, de tal maneira que quanto menor a maior será a dureza do material analisado.
No experimento foi imprescindível a calibração do equipamento de medição, no nosso caso o durômetro, pois assim pode-se obter dados experimentais com erros relativamente baixos. Só foi possível a calibração devido a dados obtidos de medições de corpos padrões.
Foi observado que houve uma variação de dureza de um ponto a outro do corpo de prova, que é devido à microestrutura do material.
Sendo assim, pelos resultados obtidos podemos considerar que o experimento foi satisfatório, pois os erros apresentados nos cálculos foram relativamente baixos.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MSPC - INFORMAÇÕES TÉCNICAS. Ensaios de materiais I-20. Disponível em: <http:// www.mspc.eng.br/ciemat/ensaio120.shtml>.
CALLISTER Jr., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7.ed. Rio de Janeiro: LTC:2008. 707p.
