Aula Prática de Metrologia - Dureza Vickers

Relatório de Metrologia – Prática 03

1. Introdução

Na Engenharia Mecânica, a medição de grandezas físicas é algo extremamente importante. É a partir disso que consegue-se monitorar, controlar e investigar essas grandezas, o que possibilita o controle de processos industriais; mensurar a eficiência de equipamentos, como uma bomba ou um motor; e permite descobertas científicas e inovações. Dentre as várias medições possíveis, uma de grande aplicação é a medição de dureza, realizada através de um equipamento denominado Durômetro, capaz de medir a dureza de forma indireta por meio das marcações de um endnetador.

Nessa atividade, será compreendido o fenômeno físico da medição de dureza Vickers (uma das diversas escalas de medições para essa grandeza física), bem como o cálculo da sua incerteza padrão, incerteza padrão relativa, grau de liberdade e incerteza expandida para duas amostras.

1. Metodologia

1. Embasamento Teórico

Antes de iniciar a obtenção de dados, faz-se necessário compreender o funcionamento do ensaio Vickers, a fim de compreender o que será medido.

O ensaio desenvolvido por Smith e Sandland ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers porque a empresa que fabricava as máquinas mais difundidas para operar com este método chamava-se Vickers-Armstrong. A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga. O valor de dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada (F) pela área de impressão (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relação, expressa em linguagem matemática é a seguinte:

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A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por meio de um microscópio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da base da pirâmide.

[pic 2]          [pic 3]

Figua 01: Imagem esquemática da medição das diagonais para cálculo da dureza Vickers

Conhecendo as medidas das diagonais e utilizando algumas equações, é possível calcular a área da pirâmide de base quadrada (A) e, além disso, simplificar a equação para o cálculo da dureza Vickers. Dessa forma, obtêm-se a equação abaixo para a determinação da dureza Vickers:

[pic 4]

Sendo “d” igual a diagonal média:

[pic 5]

1. Equipamentos e materiais utilizados:

Para a realização dessa prática foram utilizados 2 amostras de metais embutidas em resina e o Durômetro MVK-H1 da Mitutoyo (Serial Nº: 231012), ambos presentes na imagem abaixo:

[pic 6]

Figura 02: Durômetro e amostras utilizadas

1. Metodologia

Para padronizar o procedimento de medição, a fim de reduzir as incertezas, foi elaborada uma metodologia, conforme abaixo.

Com o micrômetro ligado, foi determinada a força que seria utilizada durante o ensaio (1kgf). Feito isso, a amostra foi colocada em um suporte no durômetro e posicionada adequadamente, aproximada do endentador e apertado o botão para iniciar o ensaio, ou seja, o equipamento começou a aplicar uma força sobre a amostra.

Após 20 segundos (tempo do ensaio), a amostra foi distanciada do diamante e, girando o tambor do equipamento, a lente do microscópio foi colocada perpendicularmente à superfície da amostra. Em seguida, a luz do microscópio foi acesa e as guias para a medição foram “zeradas”.

É importante lembrar que as guias utilizadas para a medição da diagonal devem ser zeradas sempre que um ensaio é realizado, a fim de garantir que o valor medido através do microscópio esteja na escala verdadeira. Para isso, o operador deve posicionar essas guias de forma que elas sobrepostas e, em seguida, apertar o botão “ocular zero” na lateral do durômetro.

Após isso, iniciou-se o processo de medição das diagonais. Para isso, o operador deve posicionar as guias (utilizando os tambores , localizados próximos  às lentes oculares)ao de forma que a diagonal, d1 no caso, fique encostada nelas. Nesse momento é importante lembrar que as guias não podem sobrepor a diagonal, porque dessa forma o valor medido da diagonal é menor que o verdadeiro; nem deve existir uma “luz” (espaço vazio) entre a guia e diagonal, porque assim o valor medido da diagonal seria superior ao verdadeiro.

Após as guias serem posicionadas corretamente, foi apertado o botão ao lado da lente ocular e o valor da diagonal foi registrado na máquina. Para medir a diagonal d2, foi girada uma alanca atrás da lente ocular e executado o mesmo procedimento utilizado para calcular d1. Assim que apertou o botão para registrar o valor de d2, o durômetro automaticamente calculou a dureza Vickers da amostra, conforme mostra imagem abaixo:

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Figura 03: Valor da dureza Vicker calculado pelo durômetro

Após isso, foram realizadas mais 4 medições da dureza para essa amostra e todas foram registras. Posteriormente, a amostra foi retirada e a mesma metodologia foi empregada em uma segunda amostra. Para zerar o valor de d1 e d2 entre cada medição, basta rodar o cursor utilizado para mover as guias e os valores são zerados automaticamente.

1. Resultados

Com a realização do ensaio, consegue-se responder as perguntas do questionários, conforme abaixo.

Pergunta 2

Com base no embasamento teórico, sabe-se que a gravidade e a massa são correlacionadas às diagonais horizontais e verticais, uma ver que quanto maior a força (m.g) maiores serão as diagonais. Além disso, quanto maior o ângulo α, maiores serão as diagonais e vice-versa.

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Pergunta 3

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Pergunta 4

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[pic 12]

Dividir o +/- por 2

Pergunta 6

Os resultados da dureza obtidos nas duas amostras são mostrados abaixo: