Aula 10 - Ensaio de Dureza

Introduo Ao escrever a lpis ou lapiseira, voc sente com facilidade a diferena entre uma grafite macia, que desliza suavemente sobre o papel, e uma grafite dura, que deixa o papel marcado. Entretanto, a dureza de um material um conceito relativamente complexo de definir, originando diversas interpretaes. Num bom dicionrio, voc encontra que dureza qualidade ou estado de duro, rijeza. Duro, por sua vez, definido como difcil de penetrar ou de riscar, consistente, slido.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico2

Introduo Essas definies no caracterizam o que dureza para todas as situaes, pois ela assume um significado diferente conforme o contexto em que empregada: Na rea da metalurgia, considera-se dureza como a resistncia deformao plstica permanente. Isso porque uma grande parte da metalurgia consiste em deformar plasticamente os metais. Na rea da mecnica, a resistncia penetrao de um material duro no outro, pois esta uma caracterstica que pode ser facilmente medida. Para um projetista, uma base de medida, que serve para conhecer a resistncia mecnica e o efeito do tratamento trmico ou mecnico em um metal. Alm disso, permite avaliar a resistncia do material ao desgaste.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico3

Introduo Para um tcnico em usinagem, a resistncia ao corte do metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior ou menor dificuldade de usinar um metal caracterizada como maior ou menor dureza. Para um mineralogista a resistncia ao risco que um material pode produzir em outro. E esse um dos critrios usados para classificar minerais.

Ou seja, a dureza no uma propriedade absoluta. S tem sentido falar em dureza quando se comparam materiais, isto , s existe um material duro se houver outro mole.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico4

Introduo Para um tcnico em usinagem, a resistncia ao corte do metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior ou menor dificuldade de usinar um metal caracterizada como maior ou menor dureza. Para um mineralogista a resistncia ao risco que um material pode produzir em outro. E esse um dos critrios usados para classificar minerais.

Ou seja, a dureza no uma propriedade absoluta. S tem sentido falar em dureza quando se comparam materiais, isto , s existe um material duro se houver outro mole.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico5

Introduo importante destacar que, apesar das diversas definies, um material com grande resistncia deformao plstica permanente tambm ter alta resistncia ao desgaste, alta resistncia ao corte e ser difcil de ser riscado, ou seja, ser duro em qualquer uma dessas situaes. Nesta aula voc vai conhecer os mtodos de ensaio de dureza mais amplamente utilizados. Saber quais so suas vantagens e limitaes e como calculada a dureza de um material a partir destes tipos de ensaios.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico6

Primeiras Escalas de Dureza H registros de que no sculo XVII j se avaliava a dureza de pedras preciosas, esfregando-as com uma lima. No sculo XVIII desenvolveu-se um mtodo para determinar a dureza do ao, riscando-o com minerais diferentes. Mas o primeiro mtodo padronizado de ensaio de dureza do qual se tem notcia, baseado no processo de riscagem, foi desenvolvido por Mohs, em 1822. Este mtodo deu origem escala de dureza Mohs, que apresenta dez minrios-padres, ordenados numa escala crescente do grau 1 ao 10, de acordo com sua capacidade de riscar ou ser riscado.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico7

Escala Mohs Na escala Mohs, o talco riscado por todos os materiais, sendo o mais macio, ou menos duro. O Diamante risca todos os materiais, sendo o mais duro.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico8

Escala Mohs Esta escala no conveniente para os metais, porque a maioria deles apresenta durezas Mohs 4 e 8, e pequenas diferenas de dureza no so acusadas por este mtodo. Por exemplo, um ao dctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma dureza Mohs de um ao temperado. As limitaes da escala Mohs levaram ao desenvolvimento de outros mtodos de determinao de dureza, mais condizentes com o controle do ao e de outros metais. Entre eles: Dureza Brinell Dureza Rockwell Dureza Vickers Dureza Knoop

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Escala Shore O Escleroscpio provavelmente um dos mais antigos dispositivos de medio de dureza. Ele foi criado em 1905 pela Shore Instrument Mfg Co.

Escleroscpios: a) Original com tubo graduado b) Com escala Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico10

Escala Shore O teste do Escleroscpio consiste em provocar a queda de um martelo com ponta de diamante sobre o corpo de prova. O martelo inicia sua queda a partir de uma altura fixa, sob a ao de seu prprio peso, e viaja dentro de um tubo de vidro. O peso do martelo de aproximadamente 2,5 gf e cai de uma altura aproximada de 25cm (10) sobre a superfcie do material a testar.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico11

Escala Shore A altura do percurso de retorno do martelo aps o choque medida numa escala graduada.


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Escala Shore O comprimento da escala estabelecido a partir da altura mdia de retorno para o ao carbono endurecido. A esta altura atribuido o valor 100. A escala ento dividida em 100 partes, que definem as unidades Shore. Uma vez estabelecido o valor de diviso, a escala pode ser estendida alm do valor 100 para possibilitar o teste de metais com durezas mais altas. Para o uso normal, o escleroscpio no marca (ou marca pouco) o material sob teste. O Escleroscpio Shore mede a dureza em termos da elasticidade do material e o valor da dureza depende da altura do retorno. Quanto mais duro o material, maior o percurso de retorno.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico13

Cuidados no teste A pea do material a ser testado deve ser firmemente apoiada em toda a sua base para evitar vibraes que podem alterar a leitura O martelo deve cair e retornar exatamente na direo vertical, portanto a superfcie da pea a testar deve estar posicionada exatamente na direo horizontal A superfcie do material a medir deve ser lisa. Uma superfcie rugosa pode promover a absoro de energia do impacto do martelo, resultando num percurso menor de retorno, que fornece um valor de dureza menor do que o real. O impacto do martelo sobre a pea causa um pequeno endurecimento localizado sobre a rea de contato. Ento o impacto s deve ser feito uma vez sobre um mesmo ponto para evitar erros de leitura.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico14

Vantagens A vantagem deste mtodo a portabilidade (o medidor tem pequenas dimenses) e, A preservao da integridade da superfcie do material sob teste. Modernamente o escleroscpio foi substituido por um novo instrumento, de caractersticas mais aperfeioadas denominadas durmetro Shore.


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Durmetro Shore O durmetro uma evoluo do antigo escleroscpio, no qual o princpio de medio de queda de peso foi substituido por um sistema de medio por mola. O durmetro um instrumento popular para medir a dureza de endentao de borrachas, plsticos e materiais com comportamento similar. Os tipos mais comuns de instrumentos so o Modelo A para materiais mais moles e o modelo D para materiais mais duros.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico16

Durmetro Shore A operao do instrumento bastante simples.


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Durmetro Shore O material submetido a uma presso definida aplicada atravs de uma mola calibrada que atua sobre o endentador, que pode ser esfrico ou cnico. Um dispositivo de indicao fornece a profundidade de endentao. O valor da dureza dado pela profundidade da penetrao no material sob teste. Por causa da resilincia de algumas borrachas e plsticos, a leitura da dureza pode mudar ao longo do tempo, por isso o tempo de endentao s vezes acompanha o valor medido da dureza.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico18

Tipos de Escala As escalas Shore A e Shore D so indicadas para a medio de dureza de borrachas/elastmeros e usadas tambm para plsticos moles como poliolefinas, fluoropolmeros e vinis. A escala A usada para borrachas moles enquanto que a escala D usada para borrachas mais duras. As diferentes escalas Shore A,B,C,D,DO,M,O,OO,OOO,OOOS e R foram criadas utilizando 7 formas diferentes de endentadores, 5 diferentes molas, 2 diferentes extenses do endentador e duas diferentes especificaes dos suportes. As escalas A e D so as mais utilizadas. A escala M usa uma mola de pouca fora e foi desenvolvida para permitir o teste de pequenas peas como anis que no podem ser testados na escala A normal . Como os materiais respondem de forma diferente s diferentes escalas, no h correlao entre escalas.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico19

Normas ASTM D-2240 DIN 53 505 ISO 7619 Part 1 JIS K 6301 ASKER C-SRIS-0101


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Vantagens e Desvantagens Os resultados obtidos deste teste so medidas teis da resistncia relativa endentao para vrias gamas de polmeros. Entretanto, o teste de dureza Shore no serve para prever outras propriedades como resistncia, abraso ou desgaste, e no deve ser usado sozinho para especificao de projeto de produto.


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Dureza Brinell Em 1900, J. A. Brinell divulgou este ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido relao existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistncia trao. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de ao temperado, de dimetro D, sobre uma superfcie plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esfrica de dimetro d. A dureza Brinell representada pelas letras HB. Esta representao vem do ingls Hardness Brinell, que quer dizer dureza Brinell.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico

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Dureza Brinell

Impresso (identao) de calota esfrica que ser menor quanto maior for a dureza do material.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico23

Dureza Brinell A dureza Brinell (HB) a relao entre a carga aplicada (F) e a rea da calota esfrica impressa no material ensaiado (Ac). A rea da calota esfrica dada pela frmula: Dp, onde p a profundidade da calota. Substituindo Ac pela frmula para clculo da rea da calota, temos:


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Dureza Brinell Devido dificuldade tcnica de medio da profundidade (p), que um valor muito pequeno, utiliza-se uma relao matemtica entre a profundidade (p) e o dimetro da calota (d) para chegar frmula matemtica que permite o clculo da dureza HB, representada a seguir:


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Exemplo Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou uma esfera de 2,5mm de dimetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas dos dimetros de impresso foram de 1mm.

Qual a dureza do material ensaiado? Uma vez que todos os valores necessrios para calcular a dureza HB so conhecidos, podemos partir diretamente para a aplicao da frmula:


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Exemplo A unidade kgf/mm, que deveria ser sempre colocada aps o valor de HB, omitida, uma vez que a dureza Brinell no um conceito fsico satisfatrio, pois a fora aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico27

Uso de Tabelas Os clculos anteriores so dispensveis, se voc dispuser de uma tabela apropriada. Veja a seguir um exemplo de tabela que fornece os valores de dureza Brinell normal, em funo de um dimetro de impresso d. Os valores indicados entre parnteses so somente referenciais, pois esto alm da faixa normal do ensaio Brinell.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico28

Exemplo Tente localizar na tabela da pgina anterior o valor de dureza para um material que deixou um dimetro de impresso de 3,55mm. Resposta: ...............................


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Exemplo 2 Para encontrar o valor de HB solicitado voc deve ter procurado na primeira coluna da tabela a linha correspondente ao valor de dimetro de impresso 3,55mm. Este valor est associado dureza HB 293, que aparece na mesma linha, na segunda coluna. possvel que os valores de dureza encontrados por clculos, com aplicao da frmula matemtica, apresentem pequenas diferenas em relao aos valores correspondentes encontrados em tabelas. Essas diferenas se devem aos arredondamentos utilizados nos clculos.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico30

Condies de Ensaio O ensaio padronizado, proposto por Brinell, realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10mm de dimetro, de ao temperado. Porm, usando cargas e esferas diferentes, possvel chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condies: A carga ser determinada de tal modo que o dimetro de impresso d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do dimetro da esfera D. A impresso ser considerada ideal se o valor de d ficar na mdia entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375mm.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico31

Condies de Ensaio Para obter um dimetro de impresso dentro do intervalo citado no item anterior, deve-se manter constante a relao entre a carga (F) e o dimetro ao quadrado da esfera do penetrador (D), ou seja, a relao:

igual a uma constante chamada fator de carga.


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Condies de Ensaio Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com a faixa de dureza e o tipo de material. O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicaes.


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Condies de Ensaio O dimetro da esfera determinado em funo da espessura do corpo de prova ensaiado. A espessura mnima indicada em normas tcnicas de mtodo de ensaio. No caso da norma brasileira, a espessura mnima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico34

Condies de Ensaio O quadro a seguir mostra os dimetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em funo do fator de carga escolhido.

Observe que, no quadro anterior, os valores de carga foram determinados a partir das relaes entre F e D indicadas no primeiro quadro. Exemplificando:Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico35

Exemplo Uma empresa comprou um lote de chapas de ao carbono com a seguinte especificao: espessura: 4mm dureza Brinell (HB): 180

Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de dureza Brinell para confirmar se esto de acordo com as especificaes. Nosso problema consiste em saber se essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10mm. Para resolver esse problema, precisamos das informaes contidas nos dois quadros anteriores. Observando o primeiro quadro, voc fica sabendo que a relao F/D para este material (ao carbono) igual a 30. O segundo quadro mostra que, para uma esfera de 10mm e um fator de carga igual a 30, a carga de ensaio de 3.000 kgf.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico36

Condies de Ensaio Com esses dados, possvel calcular a profundidade de impresso da calota, aplicando a frmula: Isolando p temos:

Portanto, a profundidade da impresso de 0,53mm. Sabemos que a espessura do material ensaiado deve ser, no mnimo, 17 vezes a profundidade da calota. Multiplicando a profundidade da impresso por 17, obtemos: 9,01mm. Concluso: as chapas de 4mm no podem ser ensaiadas com a esfera de 10mm. Devem ser usadas esferas menores.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico37

Condies de Ensaio A esfera de 10mm produz grandes calotas na pea. Por isso a mais adequada para medir materiais que tm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito discrepantes. Em casos assim, a dureza determinada pela mdia entre as fases, como acontece com os ferros fundidos, bronzes etc. A utilizao de esferas diferentes de 10mm s vlida para materiais homogneos. Esferas de dimetros menores produziriam calotas menores e, no caso de materiais heterogneos, poderia ocorrer de se estar medindo a dureza de apenas uma das fases. Com isso, o valor de dureza seria diferente do esperado para o material.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico38

Padronizao do Ensaio O nmero de dureza Brinell deve ser seguido pelo smbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga durante 15 segundos. Em outras condies, o smbolo HB recebe um sufixo formado por nmeros que indicam as condies especficas do teste, na seguinte ordem:

dimetro da esfera / carga/ tempo de aplicao da carga. Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10mm de dimetro e uma carga de 1.000kgf, aplicada por 30 segundos, representado da seguinte forma: 85HB 10/1000/30Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico39

Padronizao do Ensaio O nmero de dureza Brinell deve ser seguido pelo smbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga durante 15 segundos. Em outras condies, o smbolo HB recebe um sufixo formado por nmeros que indicam as condies especficas do teste, na seguinte ordem:

dimetro da esfera / carga/ tempo de aplicao da carga. XXX HB D/F/t Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10mm de dimetro e uma carga de 1.000kgf, aplicada por 30 segundos, representado da seguinte forma: 85HB 10/1000/30Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico40

Exemplo Interprete a seguinte representao de dureza Brinell: 120HB 5/250/30. dureza Brinell: ....................................................... dimetro da esfera: ............................................... carga: .................................................................... durao do ensaio:................................................


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Exemplo Confira: a dureza Brinell de 120 HB; o dimetro da esfera de 5mm; a carga aplicada foi de 250 kgf e a durao do ensaio foi de 30 segundos. O tempo de aplicao da carga varia de 15 a 60 segundos: de 15 segundos para metais com dureza Brinell maior que 300; de 60 segundos para metais moles, como o chumbo, estanho, metais-patente etc., e de 30 segundos para os demais casos.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico42

Exemplo A medida do dimetro da calota (d) deve ser obtida pela mdia de duas leituras obtidas a 90 uma da outra, e de maneira geral no pode haver diferena maiorque 0,06mm entre as duas leituras, para esferas de 10mm.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico43

Converso Existe uma relao entre o Limite de Resistncia Trao (LRT) e a Dureza Brinell (HB), que : LRT= . HB Onde uma constante que varia com o material, conforme mostrado abaixo: Aos liga tratados termicamente: 3,30 Lato encruado: 3,45 Ao carbono tratado termicamente: 3,40 Cobre recozido 5,20 Ao carbono: 3,60 Alumnio e suas ligas 4,0Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico44

Equipamentos Diferentes Tipos de Durmetros:


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Normas ABNT NBRNM187 (05/1999) Materiais metlicos - Dureza Brinell Parte 1: Medio da dureza Brinell - Parte 2: Calibrao de mquinas de medir dureza Brinell - Parte 3: Calibrao de blocos padro a serem usados na calibrao de mquinas de medir dureza Brinell

ASTM E10-01e1 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials WK3044 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials

ISSO ISO 6506:1999Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method -Part 2: Verification and calibration of testing machines- Part 3: Calibration of reference blocks


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Vantagens O ensaio Brinell usado especialmente para avaliao de dureza de metais no ferrosos, ferro fundido, ao, produtos siderrgicos em geral e de peas no temperadas. o nico ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que no tenham estrutura interna uniforme. feito em equipamento de fcil operao. Tem relao com o Limite de Resistncia Trao.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico47

Limitaes O uso deste ensaio limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de ao temperado s possvel medir dureza at 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera. A recuperao elstica uma fonte de erros, pois o dimetro da impresso no o mesmo quando a esfera est em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto mais sensvel quanto mais duro for o metal.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico48

Limitaes O ensaio no deve ser realizado em superfcies cilndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o dimetro da esfera utilizada, porque haveria escoamento lateral do material e a dureza medida seria menor que a real.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico49

Limitaes Em alguns materiais podem ocorrer deformaes no contorno da impresso, ocasionando erros de leitura. As figuras a seguir mostram uma superfcie com impresso normal e duas impresses com deformao. A figura a representa a impresso normal; na figura b observa-se que houve aderncia do material esfera durante a aplicao da carga; e na figura c, as bordas esto abauladas, dificultando a leitura do dimetro.


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ExercciosMarque com um X a resposta correta: 1. O ensaio de dureza Brinell o nico mtodo indicado para: a) ( ) conhecer a resistncia de materiais frgeis ao desgaste e penetrao; b) ( ) comparar a deformao elstica com a deformao plstica; c) ( ) indicar se o material deve sofrer tratamento trmico; d) ( ) comparar dureza de materiais heterogneos. 2. No ensaio Brinell padronizado utiliza-se uma esfera de .......mm de dimetro e aplica-se uma carga de ....... Kgf por ....... segundos. a) ( ) 2,5 - 187,5 - 10; b) ( ) 3,0 - 3.000 - 15; c) ( ) 10 - 3.000 - 15; d) ( ) 10 - 750 - 10.


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Exerccios3. A relao F/D de um ensaio igual a 30, para materiais que apresentam dureza HB entre 90 e 415. Cite dois exemplos de materiais que devem ser ensaiados nessas condies. Respostas: ........................................................ .

4. Num ensaio de dureza Brinell com esfera de 2,5mm e aplicao de uma carga de 62,5 kgf por 30 segundos, o dimetro da calota esfrica impressa no material foi de 1,05mm e a dureza HB de 69. Represente este resultado, a seguir. Resposta: ....................................................5. Uma liga dura de alumnio passou pelo ensaio de dureza Brinell pelo tempo padro e o dimetro de impresso produzido pela esfera de 2,5mm foi de 0,85mm. Qual o valor da dureza Brinell? Resposta: ................................................... .


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Dureza Rockwell No incio do sculo XX houve muitos progressos no campo da determinao da dureza. Em 1922, Rockwell desenvolveu um mtodo de ensaio de dureza que utilizava um sistema de prcarga. Este mtodo apresenta algumas vantagens em relao ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles at os mais duros. Entretanto, tambm tem limitaes, o que indica que est longe de ser a soluo tcnica ideal.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico53

Dureza Rockwell O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido rapidez e facilidade de execuo, iseno de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho da impresso. Todas essas razes justificam dedicar uma aula ao estudo deste mtodo de ensaio. Ser explicado como feito o ensaio Rockwell, qual o equipamento empregado e como utilizar as diferentes escalas de dureza Rockwell.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico54

Como feito? Neste mtodo, a carga do ensaio aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pr-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 feita diretamente num mostrador acoplado mquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada faixa de dureza do material.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico55

Penetradores Os penetradores utilizados na mquina de ensaio de dureza Rockwell so do tipo esfrico (esfera de ao temperado) ou cnico (cone de diamante com 120 de conicidade).


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Descrio do Ensaio 1o passo: aproximar a superfcie do corpo de prova do penetrador. 2o passo: submeter o corpo de prova a uma pr-carga (carga menor). 3o passo: aplicar a carga maior at o ponteiro parar. 4o passo: retirar a carga maior e fazer a leitura do valor indicado no mostrador, na escala apropriada.


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Descrio do Ensaio


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Leitura do Ensaio Quando se utiliza o penetrador cnico de diamante, devese fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta (HRC). Ao se usar o penetrador esfrico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha (HRB). Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor dado diretamente na escala determinada. O valor indicado na escala do mostrador o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde profundidade alcanada pelo penetrador, subtradas a recuperao elstica do material, aps a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicao da pr-carga.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico59

Leitura do Ensaio Em outras palavras: a profundidade da impresso produzida pela carga maior a base de medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representao esquemtica da profundidade produzida por um penetrador cnico de diamante.


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Curiosidade A escala do mostrador construda de tal modo que uma impresso profunda corresponde a um valor baixo na escala e uma impresso rasa corresponde a um valor alto na escala. Desse modo, um valor alto na escala indica que se trata de um material de alta dureza.


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Equipamento Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de mquinas, ambas com a mesma tcnica de operao, que diferem apenas pela preciso de seus componentes. A mquina padro mede a dureza Rockwell normal, e indicada para avaliao de dureza em geral. A mquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial, e indicada para avaliao de dureza em folhas finas ou lminas, ou camadas superficiais de materiais. Na mquina Rockwell normal, cada diviso da escala eqivale a 0,02mm; na mquina Rockwell superficial, cada diviso eqivale a 0,01mm.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico62

Equipamento Durmetros para durezas Rockwell normal e superficial:


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Escalas Rockwell As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em funo do tipo de penetrador e do valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma prcarga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pr-carga de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Estas escalas no tm relao entre si. Por isso, no faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala s pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma escala.


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Escalas Rockwell Tabela dos principais tipos de escalas Rockwell:


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Escalas Rockwell Tabela dos principais tipos de escalas Rockwell:


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Representao O nmero de dureza Rockwell deve ser seguido pelo smbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Veja, por exemplo, a interpretao do resultado 64HRC: 64 o valor de dureza obtido no ensaio; HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; a ltima letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada.

Como voc interpreta o seguinte resultado: 50HR15N? Se voc escreveu que 50 o valor de dureza Rockwell superficial na escala 15N, acertou. O nmero obtido no ensaio Rockwell corresponde a um valor adimensional, que somente possui significado quando comparado com outros valores da mesma escala.


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Utilizao das Escalas Suponha que lhe peam para fazer um ensaio de dureza Rockwell na escala C. Recorrendo aos quadros apresentados anteriormente, que trazem as escalas de dureza Rockwell, possvel identificar as condies de realizao do ensaio. Como fazer isso? Uma vez que o ensaio deve ser feito na escala C, voc j sabe que se trata de um ensaio de dureza Rockwell normal. O ensaio de dureza Rockwell normal, logo a mquina a ser utilizada a padro. O penetrador para esta escala o cnico de diamante. O penetrador deve ter 120 de conicidade. A carga maior do ensaio de 150 kgf. A leitura do resultado feita na escala preta do relgio.


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Exemplo Uma empresa adquiriu um material com a seguinte especificao: 70HR15T. Quais as condies do ensaio para confirmar se o material est de acordo com a especificao? Tipo de mquina: .......................................................................... Tipo de penetrador: ....................................................................... Dimenso do penetrador: ............................................................. Pr-carga: ...................................................................................... Carga maior: .................................................................................. Cor da escala onde feita a leitura do resultado: .........................


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Exemplo A representao HR15T indica que as informaes devero ser procuradas na escala Rockwell superficial. Logo, a mquina deve ser a mais precisa. O penetrador ser uma esfera de ao com 1,5875mm de dimetro. Ser aplicada uma pr-carga de 3 kgf e a carga maior ser de 15 kgf. O resultado dever ser lido na escala vermelha.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico70

Profundidade de Penetrao A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio importante para definir a espessura mnima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mnima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador. Entretanto, no h meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico71

Profundidade de Penetrao possvel obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do valor de dureza indicado na escala da mquina de ensaio, utilizando as frmulas a seguir: Penetrador de diamante: HR normal: P = 0,002 x (100 - HR) HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)

Penetrador esfrico: HR normal: P = 0,002 x (130 - HR) HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico72

Profundidade de Penetrao Por exemplo, a profundidade aproximada de penetrao que ser atingida ao ensaiar um material com dureza estimada de 40HRC de 0,12mm. Como se chegou a este resultado? Consultando as tabelas com as escalas de dureza Rockwell, ficamos sabendo que a escala C se refere dureza Rockwell normal e que esta escala utiliza penetrador de diamante. O passo seguinte foi escolher a frmula: P = 0,002 x (100 - HR) e fazer as contas.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico73

Exemplo Qual deve ser a espessura mnima de uma chapa que ser submetida ao ensaio de dureza Rockwell para um material com dureza esperada de 80HRB? Resposta: ......................................


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Exemplo A primeira coisa que voc deve ter feito descobrir a profundidade aproximada atingida pelo penetrador. Para isso, deve ter ido ao quadro com a escala B (dureza Rockwell normal), e constatado que esta escala usa penetrador esfrico. Com essas informaes, deve ter escolhido a frmula: P = 0,002 x (130 - 80) para encontrar o valor da profundidade aproximada. Feitos os clculos, deve ter concludo que esta profundidade de aproximadamente 0,1mm. Uma vez que a espessura do corpo de prova equivale, em geral, a pelo menos 17 vezes a medida da profundidade, a espessura mnima da chapa deve ser de 1,7mm.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico75

Normas ABNT NBRNM146-1 (1998) Materiais metlicos - Dureza Rockwell -Medio da dureza Rockwell (escalas A, B, C, D, E, F, G, H e K) e Rockwell superfcial (escalas 15N, 30N, 45N, 15T, 30 T e 45 T) e calibrao de equipamento

ASTM E18-05e1 Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials

ISSO ISO 6508-1:1999 Metallic materials - Rockwell hardness test - Part 1: Test method (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) ISO 6508-2:1999 Metallic materials - Rockwell hardness test - Part 2: Verification and calibration of testing machines (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) ISO 6508-3:1999 Metallic materials - Rockwell hardness test - Part 3: Calibration of reference blocks (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) ISO 3738-1and 2:1982 Hardmetals - Rockwell hardness test (scale A) - Part 1: Test method Preparation and calibration of standard test blocks ; Part2 Preparation and calibration of standard test blocks Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico76

Vantagens e Desvantagens As Vantagens do teste Rockwell incluem a medida direta do valor da dureza e a rapidez do teste. Alm disto o teste no destrutivo, isto , em geral a pea pode ser utilizada depois da medida. Entre as desvantagens esto a multiplicidade de escalas no relacionadas e , Os possveis efeitos da mesa usada para suporte do corpo de prova (experimente colocar uma folha de papel fino sob um bloco de teste e observe o efeito na medio da dureza). Os testes de Vickers e Brinell no so sensveis a este efeito.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico77

Exerccios1. Assinale com um X as vantagens que o mtodo de ensaio Rockwell apresenta em relao ao mtodo de ensaio Brinell. a) ( ) permite avaliar a dureza de metais endurecidos; b) ( ) deixa grandes marcas de impresso no material ensaiado; c) ( ) permite leitura direta do resultado do ensaio na prpria mquina; d) ( ) serve para materiais heterogneos. 2. No ensaio de dureza Rockwell, a profundidade da impresso que serve como base da medida de dureza causada pela: a) ( ) pr-carga; b) ( ) carga maior; c) ( ) pr-carga mais carga maior; d) ( ) carga maior, menos pr-carga. 3. O ensaio de dureza Rockwell normal utiliza as cargas maiores de: a) ( ) 60 - 100 - 150 kgf; b) ( ) 15 - 30 - 45 kgf; c) ( ) 15,625 - 31,25 - 62,5 kgf; d) ( ) qualquer valor de carga. Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico78

Exerccios4. Descreva as condies de ensaio de dureza Rockwell para o material com a dureza estimada de 40HR45N: a) tipo de mquina: b) tipo de penetrador: c) dimenso do penetrador: d) carga maior: e) cor da escala onde lido o resultado: 5. Calcule a espessura mnima que deve ter uma chapa que ser ensaiada pelo mtodo Rockwell, sabendo que a dureza estimada do material 45 HRC.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico79

Dureza Vickers O ensaio Rockwell tambm mostra limitaes. Por exemplo, suas escalas no tm continuidade. Por isso, materiais que apresentam dureza no limite de uma escala e no incio de outra no podem ser comparados entre si quanto dureza. Outra limitao importante que o resultado de dureza no ensaio Rockwell no tem relao com o valor de resistncia trao, como acontece no ensaio Brinell. Vrios pesquisadores tentaram encontrar uma soluo para superar essas dificuldades.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico80

Dureza Vickers Coube a Smith e Sandland, em 1925, o mrito de desenvolver um mtodo de ensaio que ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers. O ensaio desenvolvido por Smith e Sandland ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers porque a empresa que fabricava as mquinas mais difundidas para operar com este mtodo chamava-se VickersArmstrong. Este mtodo leva em conta a relao ideal entre o dimetro da esfera do penetrador Brinell e o dimetro da calota esfrica obtida, e vai alm porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza, incluindo desde os materiais mais duros at os mais moles.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico81

Dureza Vickers Isso no quer dizer que o ensaio Vickers resolva todos os problemas de avaliao de dureza dos materiais. Mas, somado aos outros dois mtodos j estudados, um bom caminho para atender s necessidades de processos industriais cada vez mais exigentes e sofisticados. Nesta aula voc ficar sabendo como realizado este ensaio e como se calcula a dureza Vickers, alm de constatar as vantagens e limitaes deste mtodo, em comparao com os dois anteriores.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico82

Clculo da Dureza Vickers A dureza Vickers se baseia na resistncia que o material oferece penetrao de uma pirmide de diamante de base quadrada e ngulo entre faces de 136, sob uma determinada carga.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico83

Clculo da Dureza Vickers O valor de dureza Vickers (HV) o quociente da carga aplicada (F) pela rea de impresso (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relao, expressa em linguagem matemtica a seguinte: Conhecendo as medidas das diagonais, possvel calcular a rea da pirmide de base quadrada (A), utilizando a frmula:


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Clculo da Dureza Vickers Voltando frmula para clculo da HV, e substituindo A pela frmula acima, temos:

Na frmula anterior, a fora deve ser expressa em quilograma- fora (kgf) e o d corresponde diagonal mdia, ou seja: Deve ser expresso em milmetro (mm). Se a mquina der o resultado em mcron (m), esse valor deve ser convertido em milmetro.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico85

Dureza Vickers A mquina que faz o ensaio Vickers no fornece o valor da rea de impresso da pirmide, mas permite obter, por meio de um microscpio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vrtices opostos da base da pirmide.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico86

Dureza Vickers Aspecto da identao:


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Exemplo Por exemplo, para encontrar o valor de dureza Vickers de um material que apresentou 0,24mm e 0,26mm de medida de diagonal da impresso, aps aplicao de uma fora de 10 kgf, basta utilizar as frmulas apresentadas. Primeiro, preciso calcular o valor da diagonal mdia, que corresponde a: Agora, s falta substituir os termos da frmula de clculo de dureza pelos valores conhecidos e fazer os clculos: Assim, ficamos sabendo que o valor de dureza Vickers (HV) para o material ensaiado 296,7. Outra forma de obter os valores de dureza Vickers consultar tabelas montadas para determinadas cargas, em funo da diagonal mdia.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico88

Representao do Resultado A dureza Vickers representada pelo valor de dureza, seguido do smbolo HV e de um nmero que indica o valor da carga aplicada. No exemplo anterior, a representao do valor da dureza : 296,7 HV 10. A representao 440 HV 30 indica que o valor da dureza Vickers 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf. O tempo normal de aplicao da carga varia de 10 a 15 segundos. Quando a durao da aplicao da carga diferente, indicase o tempo de aplicao aps a carga. Por exemplo, na representao: 440 HV 30/20, o ltimo nmero indica que a carga foi aplicada por 20 segundos.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico89

Exemplo Como voc representa uma dureza Vickers 108, obtida num ensaio em que foi aplicada uma fora de 5 kgf por 10 segundos? Resposta: ...............................

Como 10 segundos est dentro do tempo normal de carga, voc deve ter representado: 108 HV 5.


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Cargas Usadas Neste mtodo, ao contrrio do que ocorre no Brinell, as cargas podem ser de qualquer valor, pois as impresses so sempre proporcionais carga, para um mesmo material. Deste modo, o valor de dureza ser o mesmo, independentemente da carga utilizada. Por uma questo de padronizao, as cargas recomendadas so: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf. Para cargas muito altas (acima de 120 kgf), em vez do penetrador de pirmide de diamante pode-se tambm usar esferas de ao temperado de 1 ou 2mm de dimetro na mesma mquina. Neste caso, o ensaio feito na mquina Vickers o ensaio de dureza Brinell.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico91

Converso Para a converso da dureza , pode-se usar os valores: Para converter HV para MPa multiplicar por 9.807 Para converter HV para GPa multiplicar por 0.009807


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Microdureza Para aplicaes especficas, voltadas principalmente para superfcies tratadas (carbonetao, tmpera) ou para a determinao de dureza de microconstituintes individuais de uma microestrutura, utiliza-se o ensaio de microdureza Vickers. A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prtico que o ensaio Vickers, s que utiliza cargas menores que 1 kgf. A carga pode ter valores to pequenos como 10 gf.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico93

Microdureza Na microdureza, como a carga aplicada pequena, a impresso produzida microscpica, como mostra a figura ao lado, ampliada a 50x.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico94

Brinell x Vickers O ensaio Vickers produz valores de impresso semelhantes aos da dureza Brinell. Isso ocorre porque o ngulo de 136 da ponta de diamante produz uma impresso que mantm a relao ideal de 0,375 entre o dimetro da calota esfrica (d) e o dimetro da esfera do penetrador Brinell (D), seja qual for a carga aplicada.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico95

Brinell x Vickers isso o que mostra o desenho ao lado. O uso de cargas diferentes necessrio para se obter uma impresso regular, sem deformao e de tamanho compatvel com o visor da mquina.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico96

Defeitos de Impresso Uma impresso perfeita, no ensaio Vickers, deve apresentar os lados retos. Entretanto, podem ocorrer defeitos de impresso, devidos ao afundamento ou aderncia do metal em volta das faces do penetrador.


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Defeitos de Impresso Quando ocorrem esses defeitos, embora as medidas das diagonais sejam iguais, as reas de impresso so diferentes.


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Defeitos de Impresso Como o clculo do valor de dureza Vickers utiliza a medida da mdia de duas diagonais, esses erros afetam o resultado da dureza: teremos um valor de dureza maior do que o real nos casos de afundamento e, um valor de dureza menor doque o real, nos casos de aderncia.

possvel corrigir esses defeitos alterando-se o valor da carga do ensaio para mais ou para menos, dependendo do material e do tipo de defeito apresentado.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico99

Normas ABNT NBRNM188-(05/1999) Materiais metlicos - Dureza Vickers - Parte 1: Medio da dureza Vickers - Parte 2: Calibrao de mquinas de medir dureza Vickers - Parte 3: Calibrao de blocos padro a serem usados na calibrao de mquinas de medir dureza Vickers

ASTM C1327-03 Standard Test Method for Vickers Indentation Hardness of Advanced Ceramics E92-82(2003)e2 Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials reviso da E92-82(2003)e2 : WK7683 Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials

ISSO ISO 6507 (1997) Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method - Part 2: Verification of testing machines - Part 3: Calibration of reference blocksProf. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico100

Vantagens O ensaio Vickers fornece uma escala contnua de dureza, medindo todas as gamas de valores de dureza numa nica escala. As impresses so extremamente pequenas e, na maioria dos casos, no inutilizam as peas, mesmo as acabadas. O penetrador, por ser de diamante, praticamente indeformvel. Este ensaio aplica-se a materiais de qualquer espessura, e pode tambm ser usado para medir durezas superficiais.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico101

Limitaes Devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicao de carga, que alteram muito os valores reais de dureza. A preparao do corpo de prova para microdureza deve ser feita, obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-se, de preferncia, o polimento eletroltico, para evitar o encruamento superficial. Quando se usam cargas menores do que 300 gf, pode haver recuperao elstica, dificultando a medida das diagonais. A mquina de dureza Vickers requer aferio constante, pois qualquer erro na velocidade de aplicao da carga traz grandes diferenas nos valores de dureza.


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ExercciosMarque com um X a resposta correta: 1. No ensaio de dureza Vickers o valor da carga no interfere no resultado da dureza, para um mesmo material, porque: a) ( ) o penetrador feito de material indeformvel; b) ( ) o penetrador tem a forma de pirmide de base quadrada; c) ( ) o ngulo entre as faces do penetrador garante impresses proporcionais ao Brinell ideal; d) ( ) o penetrador tem dimenses proporcionais esfera do Brinell ideal. 2. Uma chapa deve ser submetida ao ensaio Vickers. Determine as condies do ensaio, sabendo que a dureza estimada do material 116,6 HV 5. a) equipamento: ................................. b) carga aplicada: ................................... c) faixa de tempo de aplicao da carga: ....................Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico

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Exerccios3. No ensaio Vickers, defeitos de impresso causados por afundamento do material nas faces de impresso podem ser corrigidos por: a) ( ) alterao da carga do ensaio; b) ( ) aumento do tempo do ensaio; c) ( ) substituio do penetrador de diamante; d) ( ) ajuste do microscpio acoplado ao equipamento.4. O ensaio de microdureza Vickers utiliza cargas: a) abaixo de 10 gf; b) entre 10 gf e 1.000 gf; c) entre 1 kgf e 5 kgf; d) entre 5 kgf e 120 kgf.

5. As diagonais medidas num ensaio de dureza Vickers, com carga de 5 kgf aplicada por 10 segundos, foram: 0,162mm e 0,164mm. Represente a dureza desse material. Resposta: ..........................................................................................................Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico104

Concluso claro que muito mais poderia ser dito sobre os ensaios de dureza, mas vamos parar por aqui, pois a base deste assunto foi apresentada. importante que voc saiba que existem outros mtodos de ensaio de dureza, que servem a aplicaes especficas. Testes de Microdurezas Vickers/Knoop

Caso queira ou precise saber mais a esse respeito, procure obter catlogos, prospectos e manuais dos fabricantes de equipamentos de ensaio, que, juntamente com a literatura tcnica, constituem excelente fonte de informaes atualizadas.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico105

OBRIGADO!Niquelndia, 2011 [email protected]. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico106

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Aula 10 - Ensaio de Dureza