Ensaios de dureza

Ensaios de dureza

Podemos definir dureza como a resistência que um material oferece à penetração de outro em sua superfície. Ao contrário do anterior, o ensaio de dureza pode ser feito em peças acabadas, deixando apenas uma pequena marca, às vezes quase imperceptível. Essa característica faz dele um importante meio de controlo da qualidade do produto.

Dureza Brinell:

Seja um material, representado em verde na figura ao lado, que é submetido à acção de uma esfera de material duro de diâmetro D, comprimida por uma força F. Isso produz uma cavidade no material de diâmetro d. A dureza Brinell (HB) do material é dada pela fórmula:

HB = 2 F / {π D [D - √ (D2 - d2)]}

A unidade kgf/mm2, que deveria ser sempre colocada após o valor de HB, é omitida, uma vez que a dureza

Brinell não é um conceito físico satisfatório, pois a força aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota.

Para alguns materiais, a resistência à tracção pode ser estimada a partir da dureza Brinell com relação

σB = k HB

A tabela abaixo dá alguns valores de k.

Material Aço-carbono Aço-liga Cobre, latão Bronze laminado Bronze fundido

k 0,36 0,34 0,40 0,22 0,23

Material Liga Al Cu Mg Liga Al Mg Outras ligas Mg Alumínio fundido -

K 0,35 0,44 0,43 0,26 -

Dureza Rockwell:

Para materiais duros, o objecto penetrante é um cone de diamante com ângulo de vértice de 120º. Esta escala é chamada Rockwell C ou HRC.

Com materiais semi-duros ou macios é usada uma esfera de aço temperado de diâmetro 1/16". É a escala Rockwell B ou HRB.

Em ambos os casos, é aplicada uma carga padrão definida em normas e a dureza é dada pela profundidade de penetração.

Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contacto 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 directamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material.

Equipamento para ensaio de dureza Rockwell

Dureza Vickers:

É usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º que é comprimida, com uma força arbitrária F, contra a superfície do material. Calcula-se a área S da superfície impressa pela medição das suas diagonais. E a dureza Vickers HV é dada por F/S.

Existe uma proporcionalidade entre a força aplicada e a área e, portanto, o resultado não depende da força, o que é muito conveniente para medições em chapas finas, camadas finas (cementadas, por exemplo).

Dureza Janka:

É uma variação do método Brinell, usada em geral para madeiras. É definida pela força necessária para penetrar, até a metade do diâmetro, uma esfera de aço de diâmetro 11,28 mm (0,444 in).

O resultado é, portanto, uma força e não há um padrão de unidade. Nos Estados Unidos é usada libra-força, em alguns países europeus, quilograma-força ou newton ou quilonewton.

Ensaio de fluência

Neste ensaio, dois novos factores entram em jogo: o tempo e a temperatura.

Estudando os assuntos desta aula, você vai ficar sabendo como o tempo e a temperatura afectam a durabilidade de um produto, quais os tipos de ensaios de fluência e como são feitos. No final, poderá tirar suas próprias conclusões a respeito da importância deste tipo de ensaio.

O que é a fluência

A fluência é a deformação plástica que ocorre num material, sob tensão constante ou quase constante, em função do tempo. A temperatura tem um papel importantíssimo nesse fenómeno.

A fluência ocorre devido à movimentação de falhas, que sempre existem na estrutura cristalina dos metais. Não haveria fluência se estas falhas não existissem.

Existem metais que exibem o fenómeno de fluência mesmo à temperatura ambiente, enquanto outros resistem a essa deformação mesmo a temperatura elevadas.

As exigências de uso têm levado ao desenvolvimento de novas ligas que resistam melhor a esse tipo de deformação. A necessidade de testar esses novos materiais, expostos a altas temperaturas ao longo do tempo, define a importância deste ensaio.

O tempo e a temperatura

Os ensaios que analisamos anteriormente neste livro são feitos num curto espaço de tempo, isto é, os corpos de prova ou peças são submetidos a um determinado esforço por alguns segundos ou, no máximo, minutos.

Porém, nas condições reais de uso, os produtos sofrem solicitações diversas por longos períodos de tempo. O uso mostra que, em algumas situações, os produtos apresentam deformação permanente mesmo sofrendo solicitações abaixo do seu limite elástico.

Essas deformações ocorrem mais frequentemente em situações de uso do produto que envolvam altas temperaturas. E quanto maior a temperatura, maior a velocidade da deformação.

Nos ensaios de fluência, o controle da temperatura é muito importante.

Verificou-se que pequenas variações de temperatura podem causar significativas alterações na velocidade de fluência.

Exemplo disso é o aço carbono submetido ao ensaio de fluência, a uma tensão de 3,5 kgf/mm2, durante 1.000 horas: à temperatura de 500ºC, apresentou uma deformação de 0,04% e à temperatura de 540ºC apresentou uma deformação de 4%.

Imagine a importância desta característica para os foguetes, aviões a jacto, instalações de refinarias de petróleo, equipamentos de indústria química, instalações nucleares, cabos de alta tensão etc., nos quais os esforços são grandes e as temperaturas de trabalho oscilam em torno de 1.000ºC.

Equipamento para ensaio de fluência

Na maioria dos casos, avalia-se a fluência de um material submetendo-o ao