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DUREZA BRINELL

Ensaio dureza brinell

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Mostrar a importância do Ensaio de Dureza, bem como seu modo de realização e suas técnicas, dando ênfase na técnica Brinell.

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Page 1: Ensaio dureza brinell

DUREZA

BRINELL

Page 2: Ensaio dureza brinell

Ensaio de Dureza

Introdução

Dentre os Ensaios “Não Destrutivos” destaca-

se o Ensaio de Dureza pela sua fácil aplicação e

rapidez nos resultados. É um ensaio bastante

utilizado para garantir a qualidade de uma etapa

muito importante: O Tratamento Térmico.

Page 3: Ensaio dureza brinell

Objetivo

Mostrar a importância do Ensaio de Dureza,

bem como seu modo de realização e suas técnicas,

dando ênfase na técnica Brinell.

O que é dureza ?

É uma propriedade mecânica largamente

utilizada na especificação de materiais. Consiste na

resistência que o material oferece a penetração de

um dispositivo padrão.

Page 4: Ensaio dureza brinell

O que é dureza para :

Metalurgista – Resistência à deformação plástica

permanente;

Engenheiro Mecânico – Resistência à penetração de

um material duro em outro;

Projetista – Considera uma base de medida para o

conhecimento da resistência e do tratamento térmico

ou mecânico de um metal e da sua resistência ao

desgaste;

Page 5: Ensaio dureza brinell

Técnico de Usinagem – Resistência ao

corte de material;

Mineralogista – Resistência ao risco que

um material pode fazer em outro.

Page 6: Ensaio dureza brinell

Sendo assim, não é possível encontrar uma

definição única de dureza que englobe todos os

conceitos acima mencionados.

Sobre esse ponto de vista, pode-se dividir o

ensaio de dureza em três tipos principais, que

dependem da maneira que o ensaio é conduzido:

1) Por penetração;

2) Por choque;

3) Por risco.

Page 7: Ensaio dureza brinell

O terceiro tipo é raramente usado para metais,

sendo mais utilizado para minerais que são

relacionados em escalas.

A escala mais antiga para esse tipo é a escala de

Mohs (1822) que consiste em uma tabela de 10

minerais padrões.

Page 8: Ensaio dureza brinell

Mohs Mineral

1 Talco (pode ser riscado por todos os outros

seguintes).

2 Gipsita

3 Calcita

4 Fluorita

5 Apatita

6 Feldspato

7 Quartzo

8 Topázio

9 Safira

10 Diamante

Page 9: Ensaio dureza brinell

Como Tudo Começou:

Há registros de que no século XVII já se avaliava a

dureza de pedras preciosas, esfregando-as com

uma lima.

No século XVIII desenvolveu-se um método para

determinar a dureza do aço, riscando-o com

minerais diferentes.

Page 10: Ensaio dureza brinell

Mas o primeiro método padronizado de ensaio de

dureza do qual se tem notícia, baseado no

processo de riscar, foi desenvolvido por Mohs em

1822.

Este método deu origem a escala de Mohs, que

apresenta dez minérios - padrões, ordenados

numa escala crescente do grau 1 ao 10, de acordo

com sua capacidade de riscar ou de ser riscado.

Page 11: Ensaio dureza brinell

Esta escala não é conveniente para metais, porque

a maioria deles apresenta durezas Mohs 4 e 8 e

pequenas diferenças de dureza não são acusadas

por este método. Por exemplo, um aço dúctil

corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma

dureza Mohs de um aço temperado.

As limitações da escala Mohs, levaram ao

desenvolvimento de outros métodos de

determinação de dureza, mais condizentes com o

aço e outros metais. Um deles é o ensaio de dureza

Brinell.

Page 12: Ensaio dureza brinell

Os dois primeiros tipos de dureza (penetração e por

choque) são mais usados no ramo da Metalurgia e da

Mecânica, sendo que a dureza por penetração é a

mais utilizada e citada nas especificações técnicas.

Dureza por penetração:

Brinell (esfera de aço temperado);

Rockwell (esfera de aço temperado ou cone de

diamante – 120º de conicidade);

Vickers (pirâmide de diamante de base quadrada e

ângulos entre faces de 136º).

Page 13: Ensaio dureza brinell

Curva TTT

Recozimento: P+ (F/C)

Normalização: P+ (F/C)

Recoz. Isotérmico: P

Austêmpera: B

Têmpera: M

Page 14: Ensaio dureza brinell

Dureza por penetração “Brinell”

Técnica do Ensaio

A dureza por penetração, proposta por J. A

Brinell em 1900, denominada dureza Brinell e

simbolizada por HB, é o tipo de dureza mais usado

até os dias de hoje na Engenharia.

H = HARDNESS (DUREZA);

B = BRINELL

Page 15: Ensaio dureza brinell

O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir

lentamente uma esfera de aço, de diâmetro “D”,

sobre a superfície plana, polida e limpa de um metal

através de uma carga “F”, durante um tempo “t”.

Essa compressão provocará uma impressão

permanente no metal com o formato de uma calota

esférica, tendo um diâmetro “d”, o qual é medido por

intermédio de um micrômetro óptico (microscópio ou

lupa graduados), depois de removida a carga.

Page 16: Ensaio dureza brinell

O valor de “d” deve ser tomado com a média de duas

leituras feitas a 90° uma da outra. A dureza “Brinell” é

definida, em N/mm2 ou Kgf/mm2, como o quociente,

entre a carga aplicada (F) , que é relacionada por D e

d, e a área superficial da calota formada (Sc).

Page 17: Ensaio dureza brinell

Em linguagem matemática: HB = F / Sc

Sendo:

F = A carga; (em algumas literaturas, expressas como

“Q”);

Sc ou Ac = Área Superficial ou área da calota.

A área superficial ou área da calota esférica é dada pela

fórmula: .D.p, onde p é a profundidade da calota.

Sendo:

= 3,14159654

D = diâmetro da esfera (10 mm);

p = a profundidade da impressão;

Page 18: Ensaio dureza brinell

• Substituindo o Sc pela fórmula para cálculo da

área da calota, temos:

• HB = F / .D.p

• Devido à dificuldade técnica de medição da

profundidade (p), que é um valor muito

pequeno, utiliza-se uma relação matemática

entre a profundidade (p) e o diâmetro da calota

(d) para chegar à fórmula matemática que

permite o cálculo da dureza HB, representada a

seguir:

Page 19: Ensaio dureza brinell

Sendo:

F = A carga;

= 3,14159654

D = diâmetro da esfera (10 mm);

d = diâmetro da calota;

Ex. (para d = 2,85) e F = 3000 kgf

2F/.D(D-D2-d2)

HB = 2.3000 / 3,14159654 . 10. (10 - 100 – 8,1225)

HB = 6000 / 13,04724328 = 459,86 Kgf/mm2

(tabela = 461 devido a arredondamento de valores).

HB= 2F/.D(D-D2-d2)

Page 20: Ensaio dureza brinell

DUREZA BRINELL EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DA IMPRESSÃO

(DIÂMETRO DA ESFERA DO PENETRADOR: 10 mm)

d

(mm)

HB

(F=3000Kgf)

d

(mm)

HB

(F=3000Kgf)

d

(mm)

HB

(F=3000Kgf)

d

(mm)

HB

(F=3000Kgf)

2,75 (495) 3,40 321 4,05 223 4,70 163

2,80 (477) 3,45 311 4,10 217 4,75 159

2,85 (461) 3,50 302 4,15 212 4,80 156

2,90 444 3,55 293 4,20 207 4,85 152

2,95 429 3,60 285 4,25 201 4,90 149

3,00 415 3,65 277 4,30 197 4,95 146

3,05 401 3,70 269 4,35 192 5,00 143

3,10 388 3,75 262 4,40 187 5,10 137

3,15 375 3,80 255 4,45 183 5,20 131

3,20 363 3,85 248 4,50 179 5,30 126

3,25 352 3,90 241 4,55 174 5,40 121

3,30 341 3,95 235 4,60 170 5,50 116

3,35 331 4,00 229 4,65 167 5,60 111

Os valores indicados entre parênteses são somente referenciais, pois estão além da

faixa normal do ensaio Brinell.

Page 21: Ensaio dureza brinell

RESULTADOS OBTIDOS

O número de dureza Brinell deve ser seguido pelo

símbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se

tratar do ensaio padronizado, com aplicação de

carga de 15 segundos.

Page 22: Ensaio dureza brinell

Exemplificando:

Um valor de dureza Brinell 85,

medido com esfera de 10 mm de diâmetro e

uma carga de 1.000 Kgf, aplicada por 30

segundos, é representado da seguinte forma:

85HB 10/1000/30.

Page 23: Ensaio dureza brinell

Localização da Impressão

A localização de uma impressão Brinell deve ser

tal que mantenha um afastamento das bordas do

corpo de prova de no mínimo duas vezes e meia o

diâmetro “d” obtido.

A espessura do corpo de prova deve ser no

mínimo igual a dez vezes o diâmetro “d” obtido,

para evitar degeneração lateral e de profundidade,

e resultado.

Page 24: Ensaio dureza brinell

Condições da peça a ser ensaiada

A peça a ser ensaiada deve estar muito bem

apoiada para se evitar algum deslocamento quando

for aplicada a carga.

Caso haja alguma movimentação da peça durante

o ensaio, este ficará inválido.

Page 25: Ensaio dureza brinell

Limitações da dureza Brinell

(desvantagens)

Não serve para peças que sofreram tratamentos

superficiais, ex: cementação, nitretação,etc.

Superfícies não planas não são propícias para o

ensaio Brinell, pois acarreta erro na leitura do

diâmetro “d”. Em geral, admite-se uma superfície

com um raio de curvatura mínimo de 5 vezes o

diâmetro da esfera utilizada.

Page 26: Ensaio dureza brinell

Vantagens

Devido sua área de contato ser maior que os

outros tipo de dureza, ela é a única utilizada e

aceita para metais que tenham uma estrutura

interna não uniforme, como é o caso dos ferros

fundidos cinzentos;

Baixo custo dos aparelhos para medida de dureza

Brinell favorece o largo emprego desse tipo de

dureza nos laboratórios e indústrias.

Page 27: Ensaio dureza brinell

Perlita e Rede de Ferrita

Page 28: Ensaio dureza brinell

Perlita

Matriz Perlítica, ilha de Ferrita junto a grafita lamelar

Page 29: Ensaio dureza brinell

Perlita

Matriz Perlítica, Ferrita junto a grafita nodular

Page 30: Ensaio dureza brinell

Ensaio de dureza Brinell X lima:

HB Condição encontrada quando limada

100 metal facilmente removido à lima

200 metal pouco fácil de remover na lima

300 metal resiste à limagem

400 requer maior pressão na lima

500 a lima quase não remove metal

600 o metal não pode ser limado

Page 31: Ensaio dureza brinell

Instrumentos Utilizados para medição e aferição:

Nome Serve para:

Anel Dinanométrico. Verificar a carga (Kgf).

Padrão de Dureza. Verificar a aplicação da carga,

esfera, através do diâmetro

encontrado, uma vez que a

dureza é conhecida.

Lupa graduada (microscópio

- aumento 20 x).

Medir o diâmetro da impressão.

Padrão graduado para

escala microscópica.

Aferir a Lupa (microscópio

aumento 20 x).

Frequência: semanal.

Temperatura: a temperatura deve estar entre : 18 e 28 °C.

Page 32: Ensaio dureza brinell

Equipamentos

Durômetro Detroit Durômetro Emcotest

Page 33: Ensaio dureza brinell

Passos de Execução

Verificar se equipamento “Durômetro” encontra-se

em condições de operação.

Separar aleatoriamente, a quantidade de peças

indicada no plano de instrução.

Preparar a superfície (lixar e remover material,

obtendo uma superfície plana).

Posicionar a peça no equipamento “durômetro” de

forma que fique bem apoiada na base.

Page 34: Ensaio dureza brinell

Aplicar a carga;

Verificar com a lupa graduada o diâmetro obtido e

fazer a conversão em Brinell;

Comparar com o especificado em desenho / plano

do produto para aprovação / reprovação;

Regular a máquina para a faixa obtida através das

amostras.

Page 35: Ensaio dureza brinell

Qual a propriedade mecânica que está

ligado ao ensaio de Dureza Brinell ?

R: Resistência a Tração.

Page 36: Ensaio dureza brinell

Bibliografia

Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos –

Fundamentos Teóricos e Práticos - 5° Edição

Sérgio Augusto de Souza.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

NBR 6394 – Determinação da Dureza Brinell de

Materiais Metálicos.