TEST DE DUREZA E RIGIDEZ

1 INTRODUÇÃO

O presente trabalho discorre sobre dureza, ensaios de dureza, deformação plástica em monocristais metálicos e deformação plástica de metais policristalinos, que são fatores presentes em diversos tipos de materiais metálicos.

O objetivo do estudo é aprofundar conhecimentos sobre esses processos e fatores presentes durante a aquisição de diversos materiais utilizados em Engenharia. Para tanto, foi adotado como metodologia de trabalho a pesquisa bibliográfica obtida em fontes secundárias, especialmente livros que tratam de Engenharia Mecânica e ciências dos materiais, utilizados em Engenharia, onde o campo de estudo é bastante vasto.

2 DUREZA E ENSAIO DE DUREZA

A dureza é uma medida da resistência de um material metálico à deformação permanente (plástica), sendo assim, a dureza de um material metálico é medida forçando um indentador a penetrar na superfície da amostra. O indentador, que é geralmente uma esfera, uma pirâmide ou um cone, é feito de um material muito mais duro do que o material a ser ensaiado, frequentemente os indentadores são feitos de aço temperado, carboneto de tungsténio ou diamante. Na maior parte dos ensaios de dureza normalizados, aplica-se lentamente uma determinada carga ao indentador, que o faz penetrar perpendicularmente à superfície do material que se pretende ensaiar, depois de fazer a endentação, o indentador é retirado da superfície.

Pode então calcular-se um número de dureza empírico ou ler um valor no mostrador (ou visualizador digital), o qual está relacionado com a área da seção reta ou a profundidade da impressão, os tipos de ensaios de dureza mais habituais são: Brinell, Vickers, Knoop e Rockwell.

A dureza de um material metálico depende da facilidade com que ele se deforma plasticamente, pode-se então, estabelecer-se uma relação empírica entre a dureza e a resistência mecânica de um material metálico. O ensaio de dureza é muito mais simples do que o ensaio de tração e pode ser não-destrutivo (isto é, a pequena impressão deixada pelo indentador pode não ser prejudicial à posterior utilização do objeto).

Figura 1: Máquina de Dureza Rockwell.

Fonte: Google Imagens 2014.

Figura 2: Ensaios de Dureza.

Fonte: H.W. Hayden, ´´The Structure and Properties of Materials´´, vol. 3, 1965, pg.12.

3 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DE MONOCRISTAIS METÁLICOS

3.1 BANDAS E LINHAS DE ESCORREGAMENTO NA SUPERFÍCIE DE CRISTAIS METÁLICOS

Em primeiro lugar, consideramos a deformação permanente de um varão de um monocristal de zinco que é deformado para além do limite elástico. (fig.3).

Figura 3: Monocristal de Zinco deformado plasticamente.

Fonte: Google Imagens 2014.

As bandas de escorregamento são provocadas pelo escorregamento, ou deformação devida às tensões de corte dos átomos do metal que se encontram em determinados planos cristalográficos, designados por planos de escorregamento.

Nos monocristais dos metais dúcteis com estrutura CFC, tais como, o cobre e o alumínio, o escorregamento ocorre em múltiplos planos de escorregamento e, como consequência, o aspecto das bandas de escorregamento à superfície destes metais, quando deformados, é mais uniforme. Se observarmos a superfície escorregada destes metais com uma ampliação maior, verificaremos que, no interior das bandas, o escorregamento ocorreu segundo muitos planos de escorregamento, e estes degraus estreitos designam-se de escorregamento, e também, a distância entre bandas de escorregamento é geralmente, cerca de 10000 diâmetros atómicos.

Figura 4: Formação de planos de escorregamento durante a deformação plástica. Fonte: Google Imagens 2014.

3.2 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DE CRISTAIS METÁLICOS PELO MECANISMO DE ESCORREGAMENTO

Para que os cristais metálicos de grandes dimensões possam deformar-se por ação de tensões de corte mais baixas, tem de existir uma grande densidade de defeitos cristalinos, conhecidos por deslocações. São criadas em grande número (~ 〖10〗^6 cm/cm³), à medida que o metal solidifica, e quando o cristal metálico é deformado, são criadas muitas mais, sendo uma densidade de deslocações de cerca de 10 ¹² cm/cm³. Para que o escorregamento ocorra por este processo, é necessária uma tensão relativamente baixa, uma vez que, em cada instante, apenas um pequeno grupo de átomos escorrega sobre os outros.

Nos cristais reais, as deslocações podem ser observadas num microscópio eletrônico de transmissão, utilizando folhas finas do metal; as deslocações aparecem como linhas devidas ao desarranjo dos átomos junto delas, que interfere com a transmissão do feixe de elétrons do microscópio.

3.3 SISTEMAS DE ESCORREGAMENTO

As deslocações provocam deslocamentos atômicos em planos e direções cristalográficos de escorregamento específicos. Os planos de escorregamento são geralmente os mais compactos e são também os que se encontram mais afastados uns dos outros. O escorregamento é mais fácil nos planos mais compactos, já que, para provocar o deslocamento dos átomos nestes planos, é necessária uma tensão de corte mais baixa do que nos planos menos compactos.

O escorregamento segundo direções compactadas é igualmente favorecido, já que, quando os átomos se encontram mais próximos uns dos outros, é menor a energia necessária para mover os átomos de uma posição para outra.

O conjunto de um plano de escorregamento com uma direção de escorregamento designa-se por sistema de escorregamento. Nas estruturas metálicas, o escorregamento ocorre em determinados sistemas de escorregamento, que são característicos de cada estrutura cristalina.

Figura 5: Deslocação cunha.

Fonte: H.W. Hayden, ´´The Structure and Properties of Materials´´,