ENSAIO DE DUREZA EM-641

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1 ENSAIO DE DUREZA

2 DEFINIÇÃO: Dureza é a resistência à deformação permanente Aplicação de uma carga na superfície da peça com um penetrador padronizado Características da marca de impressão (área ou profundidade) e da carga aplicada dão a medida de dureza (n o ) Pode ser feito em peças acabadas Fornece dados quantitativos quanto a resistência à deformação superficial Amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, tratamentos térmicos, vidros e laminados Sofre influência: tratamentos superficiais, anisotropia, microestrutura, ambiente, densidade de discordâncias

3 TIPOS DE PENETRADORES: Brinell D P D Esfera de Aço (HBs) ou Carbeto de Tungstênio (HBw) (D = 10 mm) d Lateral d Impressão Rockwell (A, C, D) P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf) Rockwell (B, F, G) P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf) P Cone de Diamante P Esfera de aço D=1/16-1/8 t 120 o t Lateral Impressão Lateral Impressão

4 136 o P d 1 d 1 Lateral Pirâmide de Diamante Base quadrada Impressão P l/b = 7,11 b/t = 4,00 b t Lateral Pirâmide de Diamante l Impressão

5 Dureza por Risco: mais utilizados em minerais e pouco em metais capacidade de um material riscar o outro Dureza Mohs é a mais conhecida: escala de 10 minerais padrões (diamante, safira, topázio, quartzo...gesso, talco: silicato de magnésio) Microdureza Bierbaum (K) : carga de 3 gf por um diamante igual a um canto de cubo λ [µm] K = 10 λ 2 4

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7 Dureza por Rebote: Barra de Aço de Massa 'm' Queda livre de um êmbolo com ponta padronizada Valor de dureza é proporcional à energia de deformação consumida h 0, L, m, R (Padronizados) L Escala e representada pela altura de rebote R Ponta de Diamante Materiais mais dúcteis apresentam menor valor de altura que frágeis h o Tubo de Vidro Mais conhecida é a Dureza SHORE barra de peso 2,5 N (0,250 kgf) ponta arredondada de diamante colocada em um tubo de vidro graduado de 0 a 140 altura padrão de 256 mm leitura é realizada no momento de inversão do êmbolo leve e portátil peças acabadas condições adversas Peça de Ensaio

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9 Dureza por Penetração: BRINELL (HB): proposto em 1900 ( 1 o industrialmente ) D P D Esfera de Aço (HBs) ou Carbeto de Tungstênio (HBw) (D = 10 mm) esfera de aço temperado ou carboneto de tungstênio dureza = P / S (expressa em termos σ ) Correlaciona a área de impressão Tabelas técnicas de dureza ou fórmula d Lateral d Impressão Valor numérico seguido do símbolo HB Esfera de aço HBs HB = 0,102 π.d. D 2.P 2 D 2 d ; P [ N ] Esfera de carboneto de tungstênio HBw Tempo de aplicação da carga 10 a 15 s Geralmente utiliza-se esfera D = 10 mm Tb esferas de D = 5, 2.5, 2, 1 mm Cargas e diâmetros : relação P / D 2 = cte Pelos menos 2 leituras (90 o ) Maioria dos materiais : carga 29,42 kn (3000 kgf) dureza até 450 HB Materiais mais moles : carga 14,70 kn (1500 kgf) carga de 4,9 kn (500 kgf) Materiais mais duros : carga de 2,452 kn (250 kgf) dureza 450 e 650 HB

10 CORPO DE PROVA: Distância entre centros de impressão 4d da calota para ferrosos; p 10 p 6d da calota para outros materiais Distância da borda 2,5 d 4 d 2,5 d 2,5d da calota Espessura mínima 10x a profundidade da calota Para materiais com alta capacidade de encruamento, ocorre amassamento das bordas d < d Para materiais com pequena capacidade de encruamento, ocorre aderência (já trabalhado a frio) INFORMAÇÕES ADICIONAIS: d > d - Norma NBR 6394 (ABNT) ou ASTM E d, d real, d - Pode ser considerado destrutivo - Penetrador polido e isento de defeitos d real - CP limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza - Indicado para microestrutura não uniforme (tamanho da impressão) - Não recomendado para peças que sofreram cementação

11 Correlação entre HB e limite de resistência à tração σ u = α.h B σ [MPa] Aço carbono 3,60 Aço Cr, Aço Mn, Aço Cr Mn 3,50 Aço Ni, Aço Cr Ni, Aço Cr Mo 3,40 Aço carbono tratado termicamente 3,40 Aço liga tratado 3,30 Latão encruado 3,45 Cobre recozido 5,20 Alumínio e suas ligas 4,00 Devido ao tamanho da impressão, é o único aplicável para FoFo Não recomendado para materiais com tratamento superficiais Microconstituintes Ferrita Perlita Grosseira Perlita Fina Martensita Dureza Brinell - HB

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13 ROCKWELL (HR): Indústria Rockwell 1922 ( mais utilizado ) Penetrador diamante cônico 120 o esfera de aço endurecido Aplicação de pré-carga e carga Utiliza a profundidade, e não a área Número seguido HR mais categoria Dividida em comum ou superficial Cargas de 10, 60, 100 e 150 kgf comum Cargas de 3, 15, 30 e 45 kgf superficial Dividida de acordo com as cargas e penetradores Rockwell (A, C, D) P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf) Rockwell (B, F, G) P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf) P Cone de Diamante P Esfera de aço D = 1/16-1/8 t 120 o t Lateral Impressão Lateral Impressão

14 Ensaio Jominy Temperabilidade de Aços determina a profundidade de endurecimento por têmpera 1 specimen (heated to γ phase field) 24 C water 4 flat ground Hardness, HRC Distance from quenched end

15 Curvas de Resfriamento com a posição a partir da extremidade > microestruturas resultantes T( C) 600 Hardness, HRC A P distance from quenched end (in) 0% 100% M(start) A M M(finish) Pearlite Fine Pearlite Martensite + Pearlite Martensite Time (s)

16 Influência do teor de elemento de liga: contem Ni, Cr, Mo (0.2 a 2 % em peso): 4140 (Cr,Mo), 4340, 5140 (Cr), T( C) TE shift from A B A to B due to alloying M(start) M(90%) Hardness, HRC Time (s) Cooling rate ( Distance from quenched end (mm %M

17 Escala Penetrador Carga (Kgf) Leitura Aplicações B Esfera 1,58 mm 100 Vermelha FoFo e aços não temperados C Diamante (cone) 150 Preta Aço temperado ou cementado A Diamante (cone) 60 Preta Metal duro, aço fundido/temperado/rápido D Diamante (cone) 100 Preta Aço fundido com reduzida espessura E Esfera 3,175 mm 100 Vermelha FoFo, ligas de alumínio e magnésio, metal duro F Esfera 1,588 mm 60 Vermelha Metais moles, ligas de cobre G Esfera 1,588 mm 150 Vermelha Bronze, fósforo, ligas de berílio, FoFo maleável H Esfera 3,175 mm 60 Vermelha Alumínio, Zinco, chumbo, abrasivos K Esfera 3,175 mm 150 Vermelha Metal duro e metais de baixa dureza L Esfera 6,350 mm 60 Vermelha Mesma Rockwell K, borracha e plásticos M Esfera 6,350 mm 100 Vermelha Mesma Rockwell K e L, madeira e plásticos P Esfera 6,350 mm 150 Vermelha Mesma Rockwell K, L e M, plásticos R Esfera 12,700 mm 60 Vermelha Mesma Rockwell K, L e M, plásticos S Esfera 12,700 mm 100 Vermelha Mesma Rockwell K, L e M, plásticos V Esfera 12,700 mm 150 Vermelha Mesma Rockwell K, L, M, P e R ou S

18 Carga Aplicada (kgf) Escala N Diamante Escala T Esfera 1,588 mm Escala W Esfera 3,175 mm Escala X Esfera 6,350 mm Escala Y Esfera 12,700 mm 15 15N 15T 15W 15X 15Y 30 30N 30T 30W 30X 30Y 45 45N 45T 45W 45X 45Y

19 Determinação da profundidade de impressão: Penetrador de diamante Comum p = (100 HR). 0,002 [mm] Superficial p = (100 HR). 0,001 [mm] Penetrador esférico Comum p = (130 HR). 0,002 [mm] Superficial p = (100 HR). 0,001 [mm] Conversão dureza Rockwell em dureza Brinell P HR = C 1 C2 π.d (HB) Escala Rockwell B C A D C C2 (1/mm) C1 e C2 são constantes tabeladas p = p2-p1 (variação na profundidade); p 2 = profundidade de penetração com a carga total; e p 1 = profundidade de penetração com a carga inicial (pré-carga). E F G N N N T T T

20 INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Norma NBR 6671 (ABNT) ou ASTM E Pode ser considerado destrutivo Penetrador polido e isento de defeitos Pré-carga de 3 s Carga total de 1 a 8 s C.P. limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza Distância entre centros de 3x p e 2,5x p das bordas Espessura do C.P. 10 x maior que a profundidade da impressão Não deve ocorrer impacto no momento da medida Deve-se realizar o ensaio em materiais desconhecidos: partindo de escalas mais altas para evitar danos no penetrador, seguido posteriormente, de escalas mais baixas Vantagens: rapidez, exatidão, materiais duros, pequena impressão

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22 VICKERS (HV): 136 o P d 1 d 1 Industria Vickers-Armstrong 1925 (similar Brinell) Penetrador pirâmide diamante com ângulo de 136 o (similar ao ângulo da Brinell) Correlaciona carga com a área da impressão Lateral Pirâmide de Diamante Base quadrada P HV = 0, d1 P = carga [N]; d = comprimento da diagonal [mm] θ = 136. ; P Impressão [N] Aplicáveis em todos os materiais Número seguido HV Tabelas para conversão em função das diagonais Dividida em comum ou superficial cargas de 5 a 100 kgf (49 a 980 N) comum cargas de 2 a 5 kgf (1,96 a 49 N) superficial cargas de 0,001 a 2 kgf (0,0098 a 1,92 N) microdureza Também conhecida como dureza de pirâmide de diamante Aplicável em materiais muito finos, pequenos e irregulares

23 INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Relação entre dureza Vickers e σ p Materiais Duros 2 a 3 σ p Materiais Metálicos 3 a 4 σ p Material Diamante Alumina Carboneto de Tungstênio Berílio Aço Cobre Recozido Alumínio Recozido Chumbo Vickers Limite de Proporcionalidade [MPa]

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26 MICRODUREZA KNOOP (HK): Penetrador de pirâmide alongada de diamante Relação das diagonais de 7:1 Profundidade é 1/30 da diagonal maior Valor deve ser multiplicado por 10 3 Materiais frágeis, vidro e camadas finas Preparação cuidadosa da amostra Recomendado polimento eletrolítico t P Lateral l/b = 7,11 b/t = 4,00 Pirâmide de Diamante l Impressão b Área e profundidade menores que a Vickers HK = 14,2. P 2 l P = carga aplicada [gf]; l = comprimento da diagonal maior [µm];

27 Impressão na camada cementada Impressão na camada não cementada 100 µm

28 Identação em um fofo Cz, na região interna aos veios de grafite. Sem ataque 500x Identação em um fofo Br Hipo, na região da Ledeburita. 951HV (Inter-Ledeburita), 750HV (fase clara Cementita), 534HV (fase escura - Perlita). Ataque Nital, 500x

29 Identação em um fofo Nodular, 162HV (fase clara Ferrita), 324HV (fase escura Perlita). Ataque Nital, 500x

30 500x Fase clara (Carboneto de Cromo) HV; Fase escura (Perlita) 587.6HV 1000x Destaque no carboneto trincado após a identação.

31 Liga de Al-Si Hipoeutético, 500x Fase clara (fase α - Rica em Al) Fase escura (Eutético) Liga de Al-Si Hipereutético, 500x Fase clara (fase β -Rica em Si) Fase escura (Eutético) Destaque a rachadura do bloco de Si após a identação

32 Método de Ensaio de Dureza Impressão Carga Aplicação Esfera de aço 10, 5 e 1 mm Depende da razão P/D 2 Componentes fundidos, forjados e laminados. Brinell (HB) Esfera de carboneto de tungstênio Acima de 3000 kgf para aço Ferrosos e não-ferrosos, esfera de aço para durezas da ordem de 450 HB e esfera de carboneto de tungstênio para durezas da ordem de 650 HB. Vickers (HV) Pirâmide de diamante, base quadrada e a 120 kgf Todos os aços e ligas não ferrosas. Materiais de alta dureza incluindo carboneto de tungstênio e cerâmicos. Rockwell HRB, HRC, etc. Cone de diamante, 120 ou esfera de aço diâmetro d Maior que 60 a 150 kgf e menor que 10 kgf Ferrosos e não ferrosos, forjados e fundidos. 1/16 d ½ Microdureza Vickers (HV) Microdureza Knoop (HK) Pirâmide de diamante, base quadrada e 136 Pirâmide de diamante, base rômbica (razão 7:1) 1 a 1000 gf Camadas superficiais, folhas finas, arames, fases microscópicas, zona termicamente afetada (ZTA) em soldas.

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