E MACROGRÁFICOS. Módulo 9. Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota Engenheiro Mecânico e Metalúrgico

Transcrição

1 Ensaios ENSAIOS Mecânicos MECÂNICOS e Macrográficos E MACROGRÁFICOS Módulo 9 Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota Engenheiro Mecânico e Metalúrgico

2 Propriedades Mecânicas Estudadas: RESISTÊNCIA Elasticidade Ductilidade Tenacidade Dureza Fluência

3 ENSAIOS MECÂNICOS (PROPRIEDADES MECÂNICAS) São considerados como ensaios destrutivos Tem como objetivo a determinação quantitativa ou qualitativa das propriedades mecânicas dos materiais Uso de corpos de prova padronizados

4 ENSAIOS MECÂNICOS FINALIDADES: METAIS DE BASE Determinação das Propriedades Mecânicas. (Avaliam o comportamento do metal quando submetido a esforços mecânicos) F F

5 ENSAIOS MECÂNICOS PROPRIEDADES MECÂNICAS FINALIDADES: SOLDA Assegurar a qualidade mínima da solda em termos de Propriedades Mecânicas; - Qualificação do Metal de Adição; - Qualificação do Procedimento de Soldagem; - Qualificação de Soldadores.

6 SIGNIFICADO DOS ENSAIOS MECÂNICOS DESTRUTIVOS: (Propriedades Mecânicas) Resultados numéricos Resultados qualitativos NÃO-DESTRUTIVOS: (Propriedades Físicas) Detectar falhas internas Certificação Internacional

7 EXEMPLOS DE ENSAIOS DESTRUTIVOS 7

8 EXEMPLOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Líquido Penetrante Exame Visual Qual a diferença entre Descontinuidades e Defeitos? Partículas Magnéticas 8

9 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À TRAÇÃO DE MATERIAIS METALICOS NBR Ensaio de tração Gráfico Gráfico 9

10 Sistema Internacional de Medidas - SI Decreto nº , de 03 de maio de 1978 INMETRO- Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Grandeza Nome Símbolo Comprimento metro m Tempo segundo s Massa quilograma kg Força newton N Pressão pascal Pa Células de carga de 600kgf analógica e digital

11 ENSAIOS MECÂNICOS. (x) NÍVEL 1 E 2. x x x Em Chanfro 11

12 Ensaio de tração O corpo de prova é tracionado até ser quebrado INSTRON

13 MOTIVOS DA UTILIZAÇÃO DE CORPOS DE PROVA NORMALIZADOS: 1- Adaptação na máquina; 2- Corpos de prova sem dimensões excessivas; 3- Facilidade de cálculo das propriedades mecânicas; 4- Comparação de valores de alongamento e estricção; 5- Ausência de irregularidades nos corpos de prova. A NORMALIZAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA ATINGE AS TRÊS PARTES: - A cabeça; - A parte útil; - A região de concordância. 13

14 ENSAIOS MECÂNICOS ENSAIO DE TRAÇÃO Corpos de prova do = diâmetro médio da seção na parte útil

15 ENSAIOS MECÂNICOS ENSAIO DE TRAÇÃO FIXAÇÃO DO CORPO DE PROVA Máquina de Tração EMIC DL 60000

16 ENSAIO DE TRAÇÃO DE PRODUTOS Como deve ser o ensaio de tração de um tubo? 16

17 Corpos de prova de tubos Disposição do mandril e fixação do tubo à máquina 17

18 1 m ENSAIOS MECÂNICOS ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA Em materiais deformados termomecanicamente (laminação, forjamento, extrusão, etc...) as propriedades mecânicas variam de acordo com a direção, isto se chama ANISOTROPIA. Por este motivo é importante a direção que é extraído o corpo de prova 2 m Chapa de aço carbono laminada DL

19 LAMINAÇÃO DE INCLUSÕES Lingotes: Estrutura bruta de fusão com inclusões esféricas Chapas Laminadas: Grãos, inclusões e Segregações são alongadas segundo a direção de laminação (ANISOTROPIA) DL Produtos da aciaria e lingotamento contínuo: Lingotes com inclusões devido o processo de desoxidação do aço. Produtos Laminados: Chapas com inclusões alongadas segundo a direção de laminação

20 ENSAIOS MECÂNICOS ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA CORPO DE PROVA LONGITUDINAL O EIXO LONGITUDINAL (EL) DO CORPO DE PROVA É PARALELO À DIREÇÃO DE LAMINAÇÃO

21 ENSAIOS MECÂNICOS ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA CORPO DE PROVA TRANSVERSAL O eixo longitudinal (EL) do corpo de prova é ortogonal à direção de laminação

22 Cálculo da tensão A tensão de tração aplicada na peça é dada por: = F / S 0 onde S 0 é a área da seção transversal da parte útil (mais fina) do corpo de prova antes da aplicação dos esforços. F S 0 F Unidades: 1kf/mm 2 = 10 N/mm 2 = 10 MPa 1MPa = 145 psi

23 Cálculo da deformação Para cada valor de F, a deformação percentual é dada por: (%) = 100 L / L 0

24 ENSAIO DE TRAÇÃO INSTRON = F/S 0 = l/l 0 24

25 GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO Tensão Tensão máxima LR Tensão de rutura Rutura Tensão de escoamento LE Escoamento Região de deformação elástica Região de deformação plástica Limite de resistência à tração = Tensão máxima Deformação

26 Tipos de Deformação = l/l 0 = (lf li)/l 0 Deformação ELÁSTICA reversível, desaparece quando a tensão é removida. Os átomos do material mantêm a mesma posição relativa entre si. PLÁSTICA Permanente, pois altera a estrutura interna do metal. É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade.

27 Resultados do ensaio de Tração: Propriedades Mecânicas Limite de escoamento : a tensão necessária para iniciar a deformação plástica de um material tracionado. LE = Qe/S 0 Limite de Resistência: a razão entre a carga máxima suportada pelo mesmo pela área da seção reta inicial. LR = Qmáx./S 0 Limite de Ruptura: é a tensão que aplicada ao material provoca a maior deformação possível. LRup. = Qrup./S o Ductilidade capacidade de um material deformar plasticamente sem sofrer fratura. A (%) = (lf li)100/li LR LRup. LE A

28 APLICAÇÃO: COMPORTAMENTO ELÁSTICO 28

29 APLICAÇÃO: COMPORTAMENTO PLÁSTICO Processos de conformação plástica: Laminação à quente de perfis Laminador Mannesmann Laminação de chapas (planos) 29

30 ENSAIO DE TRAÇÃO AVALIAÇÃO : Como se determina a Resistência? Como se determina a Rigidez? Como se determina a Ductilidade? 30

31 AVALIAÇÃO Qual a diferença entre material Maleável e material Dúctil? Resp. Maleável é o que se pode malear (converter em lâminas) e Dúctil é o que se pode reduzir a fios. 31

32 Patamar de Escoamento Encruamento Estricção (Instabilidade) CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO DO AÇO ESTRUTURAL ASTM A36 Tensão (MPa) LE (mín. 250) LR( ) Lrup. estricção Deformação (%) (Alongamento percentual) A (min. 20% em 200mm)

33 Características do Aço estrutural ASTM A 36: (American Society for Testing and Materials) Teor de carbono médio = 0,25 % LR =limite de resistência à tração ( MPa) LE= limite de escoamento (mínimo 250 MPa) A = alongamento (mínimo 20% em 200mm) Aço dúctil de fácil soldagem e baixo custo. LR LE A

34 MEDIÇÃO DA DEFORMAÇÃO COM PRECISÃO Uso de extensômetros: Os extensômetros Podem ser: Mecânicos Ópticos Elétricos Eletrônicos Extensômetro

35 Ensaio de Tração - Ductilidade Cálculo da Ductilidade: Pelo Alongamento; e Pela Redução de Área. Parece que da última vez veio com mais peso do normal! 35

36 CÁLCULO DA DUCTILIDADE PELO ALONGAMENTO A A % = 100[comprimento final (l f ) comprimento inicial (l 0 )] comprimento inicial (l 0 ) A = 2 ½ 2 =1/2 = 0,5 = 0,25pol/pol ou 25% 2 2 2

37 Cálculo da ductilidade pela Redução de Área ou Estricção RA(%) = (S 0 S f )100 S 0 No caso de corpos de prova cilíndricos S 0 = d 2 0 e S f = d 2 f 4 4 RA (%) = /4 (d 2 0 df 2 )100 = (d 2 0 d f2 )100 /4.d 2 0 d 2 0 REDUÇÃO DA ÁREA DA SEÇÃO

38 Projetor de Perfis Medição do comprimento útil l 0 Medição do diâmetro médio d 0 38

39 Cálculo da estricção para seção circular, retangular ou quadrada Fratura de aço dúctil 39

40 AVALIAÇÃO Por que nos aços dúcteis (baixo carbono) O limite de Ruptura é menor do que O limite de Resistência a tração 40

41 ENSAIO DE TRAÇÃO ESTRICÇÃO Vista geral da fratura do tipo taça cone no aço duplex SAF 2205 Resp..:O Limite de Ruptura nos aços dúcteis é inferior ao Limite de Resistência devido a Estricção (a área da seção reta do material se reduz antes da ruptura)

42 AVALIAÇÃO Como calcular o Limite de Escoamento de um material que não apresenta patamar de escoamento nítido? LE =? 42

43 Tensão, (MPa) Determinação do Limite de Esc. convencional n LE LR 0,2 Deformação, (%) 43

44 Diagrama Tensão x Deformação Região Plástica FBTS 44

45 Estricção e Limite de Resistência

46 AVALIAÇÃO Observando o diagrama abaixo responda O encruamento do material é identificado em que ponto ou região? 46

47 AVALIAÇÃO Quais os ensaios de rotina na máquina de tração? 47

48 Máquina de Tração - Ensaios de Rotina ( ) Limite de Elasticidade ( ) Limite de Proporcionalidade ( ) Limite de Escoamento ( ) Limite de Resistência à Tração ( ) Limite de Ruptura ( ) Alongamento ( ) Rigidez ( ) Resiliência ( ) Tenacidade

49 Máquina de Tração - Ensaios de Rotina ( ) Limite de Elasticidade ( ) Limite de Proporcionalidade ( x ) Limite de Escoamento ( x ) Limite de Resistência à Tração ( ) Limite de Ruptura ( x ) Alongamento ( ) Rigidez ( ) Resiliência ( ) Tenacidade LR LE A

50 AVALIAÇÃO Qual é a propriedade mecânica no ensaio de tração mais fácil de determinar e a mais precisa? 50

51 MÁQUINA UNIVERSAL DE TRAÇÃO Resp.: O Limite de Resistência á Tração LR = Carga máxima Área inicial LR Por que? MÁQUINA: AMSLER Modêlo: TESTA 100 a 1000 kn ( 10 a 100 tonf.)

52 AVALIAÇÃO 1- O que representa o módulo de elasticidade do material? 2- Qual a diferença entre resiliência e tenacidade? 52

53 Tensão (MPa) Ensaio de tração de um aço de baixo carbono laminado à quente (aço estrutural) LR LE Encruamento (Fase Plástica) Escoamento Tenacidade Estricção (instabilidade) ruptura (fratura) Fase Elástica : = E (Lei de Hooke) (E = módulo de elasticidade) Resiliência Deformação (%) ductilidade (alongamento) E médio dos aços = kgf/mm 2 = MPa = 210 GPa

54 Avaliação da rigidez entre dois materiais A < B E A > E B 54

55 RESILIÊNCIA E TENACIDADE x = Força x distância = Energia Área distância Volume RESILIÊNCIA Capacidade de um material em absorver energia quando ele é deformado elasticamente. TENACIDADE Quantidade de energia absorvida por um material à medida que se fratura. 55

56 Relação Tenacidade X Ductilidade Um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil irá requerer maior energia para ser rompido e portanto é mais tenaz. Resistência mecânica é a tenção necessária para romper o material; Tenacidade é a energia necessária para romper o material. (Mpa) Material dúctil Material frágil (%)

57 ENSAIO DE TRAÇÃO Variação das Propriedades Mecânicas com o teor de carbono Aço de alto carbono Aço de médio carbono Aço de baixo carbono Obs.: O que os aços carbono tem em comum independente do teor de carbono? 57

58 ENSAIO DE TRAÇÃO E TRATAMENTOS TERMICOS Temperado Tensão Revenido Recozido Deformação Aço SAE 1040 submetido a diferentes tratamentos térmicos. Tratamentos térmicos: Quenched (têmpera), Tempered (revenimento) e Annealed (recozimento). Qual a propriedade mecânica que não muda com os trat.s térmicos? 58

59 Engineering Stress-Strain Curve 59

60 ANALISE DA FRATURA Fratura Dúctil e Fratura Frágil 60

61 FRATURA

62 FRATURA Dúctil Frágil 62

63 Exigências básicas para um Metal de Base Tenacidade O material deve ter uma boa tenacidade para resistir aos choques/impactos que ocorrem durante a fabricação e serviço, evitando com isso o surgimento de trincas. Material Dúctil Material Frágil

64 Ensaio de Tração x Ensaio de Compressão Materiais dúcteis Ensaio de tração Materiais frágeis Ensaio de compressão 64

65 ENSAIO DE TRAÇÃO FRÁGIL DÚCTIL 65

66 Ensaio de tração em material Frágil 66

67 Ensaio de tração em material Frágil 67

68 Influências das inclusões alongadas na direção z (espessura) Trinca Interlamelar Solução : Mudar a geometria da junta Exame Macrográfico Inclusões Tricas 68

69 ENSAIO DE TRAÇÃO EM JUNTAS SOLDADAS Ensaios em Juntas Soldadas Avaliar as propriedades da junta soldada. Necessários para qualificar procedimentos de soldagem. Avaliar a sanidade de uma solda 69

70 ENSAIO DE TRAÇÃO EM JUNTA SOLDADA ORIENTAÇÃO DO CORPO DE PROVA CP TRANSVERSAL CP LONGITUDINAL

71 CORPO DE PROVA TRANSVERSAL MB ZAT ZF ZAT MB Retirada do CP na chapa de teste Cordão de solda

72 AVALIAÇÃO Uma Junta Soldada pode ser mais resistente do que o Metal de Base? Pense em usar um Metal de Adição mais resistente ou em aumentar a altura do reforço. Normal Excessivo 72

73 EFICÊNCIA DE JUNTA Eficiência de junta é a relação entre a resistência de uma junta e a resistência do metal de base: EJ = Resistência da junta (ZF+ZL+ZAT+MB) Resistência do Metal de Base (MB) EJ 1

74 Ensaio de Tração Avalia a Resistência Mecânica e ductilidade da junta soldada. Corpo de prova Transversal à Solda (A) Preparação do CP tração: (B) Rompeu fora da solda: Avaliar LR (C) Rompeu na solda: Avaliar LR 74

75 ENSAIO DE TRAÇÃO Máquina Eletro-Mecânica (considerada Dura) Limite de Escoamento mais definido Máquina Servo-Hidráulica (considerada Mole)

76 ENSAIO DE TRAÇÃO (a) (b) Ensaio de tração do vergalhão de cobre: (a) Vista geral e (b) Detalhe do teste Fonte: Laboratório do DEMET/UFMG 76

77 VAMOS PENSAR UM POUCO? 77

78 Exercícios - Inspetor de Soldagem Que propriedades mecânicas são determinadas em uma junta soldada? ( ) Limite de Escoamento ( X ) Limite de Resistência à Tração ( ) Alongamento LE LR A Por que não se avalia o LE e o A neste ensaio? Resp,: O MB e o MS podem ter composição química e microestrutura diferentes. 78

79 ENSAIO DE DOBRAMENTO BEAD BEND TEST Prof.: Antonio Fernando de Carvalho Mota Quais as propriedades mecânicas são determinadas nesse ensaio mecânico? Resp.: Ensaio de dobramento avalia ductilidade

80 ENSAIOS MECÂNICOS DOBRAMENTO PROPRIEDADES MECÂNICAS MEDIDAS: Fornece uma indicação qualitativa da ductilidade do material. Não determina nenhum valor numérico.

81 Ensaios Destrutivos: Ensaio de Dobramento Avalia se a solda tem defeitos como: trincas, falta de fusão,falta de penetração e porosidade. Solda Avalia a integridade da solda. Rápido e Barato 81

82 ENSAIO DE DOBRAMENTO -EXECUÇÃO Material 100% plástico (sem recuperação elástica) = 180º = 180º - recuperação elástica 82

83 Informação complementar Região comprimida Linha neutra Região tracionada 83

84 Medição da Força Ensaio de Flexão Informação complementar 84

85 ENSAIO DE DOBRAMENTO Corpo de prova Cutelo α 180º Zona tracionada (a) e (b) Esquema do ensaio de dobramento; (b) (c) corpo de prova até um ângulo = ângulo de dobramento

86 ENSAIO DE DOBRAMENTO VARIANTES DO ENSAIO DE DOBRAMENTO: DOBRAMENTO LIVRE DOBRAMENTO SEMI GUIADO DOBRAMENTO GUIADO

87 ENSAIO DE DOBRAMENTO DOBRAMENTO LIVRE obtido sem aplicação de carga no ponto máximo de dobramento do CP.

88 ENSAIO DE DOBRAMENTO DOBRAMENTO SEMI-GUIADO

89 CUTELO JUNTA SOLDADA - DOBRAMENTO GUIADO t t CORPO DE PROVA A = 4t APOIO C = 6t + 1/8 C = A + 2t + folga ; C = 4t + 2t + 1/8 = 6t + 1/8 A = 4t para aços ASTM A 36 Código ASME Seção 9 89

90 ENSAIOS MECÂNICOS DOBRAMENTO Tem o objetivo de fornecer uma indicação qualitativa da ductilidade de um material; É simples; Muito utilizado; CP de eixo retilíneo e secção transversal circular, tubular, retangular ou quadrada; Severidade do ensaio depende do diâmetro do cutelo e do ângulo de dobramento (quanto menor o diâmetro e maior o ângulo maior a severidade); Análise da superfície tracionada. (*) A carga é considerada somente no ensaio de Flexão

91 Ensaio de dobramento guiado Cutelo Corpo de prova Dispositivo de ensaio Corpo de prova ensaiado 91

92 DOBRAMENTO SOBRE SI MESMO Duas etapas de dobramento do cutelo igual a D, muito pequeno, ou sem cutelo

93 ENSAIO DE DOBRAMENTO ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA Corpos de prova p/ dobramento: Transversal de face ou raiz Longitudinal de face ou raiz Lateral transversal Dobramento de: Face Raiz Lateral

94 DOBRAMENTO TRANSVERSAL DE FACE EL = Eixo Longitudinal DOBRAMENTO TRANSVERSAL DA FACE Eixo da solda é perpendicular ao EL do CP. A face da solda é tracionada. A raiz é toda usinada e a face tira só o excesso.

95 DOBRAMENTO TRANSVERSAL DE RAIZ EL = Eixo Longitudinal DOBRAMENTO TRANSVERSAL DE RAIZ Eixo da solda é perpendicular ao EL do CP. A raiz da solda é tracionada. A face é toda usinada e a raiz tira só o excesso.

96 DOBRAMENTO LONGITUDINAL EL = Eixo Longitudinal DOBRAMENTO LONGITUDINAL DE FACE Eixo da solda é paralelo ao EL do CP. A face da solda é tracionada. A raiz é toda usinada e a face tira só o excesso. DOBRAMENTO LONGITUDINAL DE RAIZ Eixo da solda é paralelo ao EL do CP. A raiz da solda é tracionada. A face é toda usinada e a raiz tira só o excesso.

97 Ensaio de Dobramento Lateral EL = Eixo Longitudinal Dobramento lateral transversal Eixo da solda é perpendicular ao EL do CP. A lateral da solda é tracionada, face e raiz são tracionadas juntas. Na preparação do CP as laterais são usinadas.

98 ENSAIO DE DOBRAMENTO LATERAL TRANSVERSAL 98

99 Resumo: Ensaio de dobramento de juntas soldadas 99

100 Distribuição dos corpos de prova 100

101 DOBRAMENTO GUIADO - EXIGÊNCIA A LINHA DE CENTRO DO CUTELO DEVE COINCIDIR COM A LINHA DE CENTRO DA JUNTA SOLDADA CUTELO SOLDA

102 Ensaio de tração guiado (conf. ASME IX) Espessura do corpo de prova A B C Material t 4t 2t 6t + 1/8 outros 1/16 1/8in.incl. 8t 4t 10t + 1/8 P. Nº 51 1/16 1/8in.incl. 10t 5t 12t + 1/8 P. Nº

103 Ensaio de Dobramento Lateral Resultado Solda Solda

104 FATORES QUE INFLUÊNCIAM NOS RESULTADOS DOS ENSAIOS Dimensões A/B/C do dispositivo de ensaio + Ângulo de dobramento Dimensões - Norma utilizada A/B/C do Variam em função de - Tipo do material a ser dispositivo de ensaio utilizado - Espessura do c.p.

105 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS LOCAL EXAMINADO ZONA DE TRAÇÃO DO CP DETECTAR POR EXAME VISUAL APARIÇÃO OU NÃO DE TRINCAS CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO NORMA TÉCNICA APLICÁVEL

106 Critério de aceitação Trinca Reprovado Aprovado Através de Exame Visual verificar a existência ou não de trinca na região tracionada da solda. ASME Seção IX O ensaio é aceitável se não ocorrerem na solda Ou entre esta e a zona de ligação, trincas nem defeitos maiores que 3,2mm. A norma API 1104 é mais rigorosa, além disso só aceita trincas na borda até 6,4mm. 106

107 Equipamento para ensaio de dobramento: 107

108 RETIRADA DOS CP.S PARA QUALIFICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM- CÓDIGO ASME 108

109 EXERCÍCIOS DOBRAMENTO CURSO DE INSPETOR DE SOLDAGEM Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de carvalho Mota 109

110 Dobramento

111

112 Resposta 1 (1) 1 (1)Transversal de Raiz (2) 2 2 (3) (4) Obs.: quebrar os cantos dos CPs Legenda: 1 Tração 2 Cutelo

113 Resposta (1) (2) (2) Lateral Transversal Falta retirar o reforço (3) (4) Obs.: quebrar os cantos dos CPs Legenda: 1 Tração 2 Cutelo

114 Resposta (1) (2) 1 (3) (3) Transversal de Face (4) Obs.: quebrar os cantos dos CPs Legenda: 1 Tração 2 Cutelo

115 Resposta (1) (2) (3) (4) 1 1 (4) Longitudinal de Face Obs.: quebrar os cantos dos CPs Legenda: Tração Cutelo

116 Resposta 1 (1) 1 (1)Transversal de raiz (2) (2) Lateral Transversal Falta retirar o reforço (3) 1 (4) (3) Transversal de Face (4) Longitudinal de Face Obs.: quebrar os cantos dos CPs Legenda: Tração 2 Cutelo

117 ADICIONAIS (PLUS) Vergalhão para construção civil

118 Barras e fios de aço destinado a armaduras para concreto armado. ABNT-NBR 7480 Alongamento em 10 (mm) Dobramento a 180 Diâmetro do pino (mm) Categoria LE (MPa) LR (MPa) Classe A Classe B < CA ,2 LE 18% CA ,2 LE 14% CA ,1 LE 10% 8% 3 5 CA ,1 LE 8% 6% 4 6 CA ,05 LE - 5% 5 - Propriedades mecânicas exigíveis

119 VERGALHÃO GG-50 SOLDÁVEL

120 VERGALHÃO GG-50 SOLDÁVEL

121 VERGALHÃO GG-50 SOLDÁVEL

122

123 ENSAIOS MECÂNICOS Ensaios de Dureza CURSO DE INSPETOR DE SOLDAGEM Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de carvalho Mota

124 ENSAIO DE DUREZA A propriedade mecânica dureza é utilizada na especificação de materiais, nos estudos de pesquisas e na comparação de diversos materiais. Que propriedades mecânicas são determinadas no Ensaio de Dureza? Resposta no final do Módulo, confiamos na sua dedução prévia.

125 Primeiro ensaio de Dureza Escala Mohs (1822) 1 Talco 2 Gipsita (Gesso) 3 Calcita 4 Fluorita 5 Apatita 6 Feldspato (Ortoclásio) 7 Quartzo 8 Topázio 9 Safira 10 Diamante Na escala Mohs o Cobre teria dureza 3 e a Martensita 7

126 ENSAIO DE DUREZA O conceito físico de dureza é divergente e depende de cada um ao estudar o assunto. Os três tipos principais de ensaio 1) POR PENETRAÇÃO 2) POR CHOQUE 3) POR RISCO Obs.: O terceiro tipo raramente é usado para os metais

127 ENSAIO DE DUREZA AO CORTE MANEIRAS DE MANISFESTAÇÃO DA DUREZA RESISTÊNCIA AO RISCO À ABRASÃO MÉTODOS QUALITATIVOS À PENETRAÇÃO MÉTODO QUALITATIVO E QUANTITATIVO 127

128 ENSAIOS MECÂNICOS ENSAIO DE DUREZA ENSAIO DE DUREZA Tem o objetivo de determinar a dureza de um material Na soldagem a dureza é influenciada por: Composição química Efeitos metalúrgicos do processo Grau de encruamento Tratamentos térmicos. Valores máximos de dureza determinados em normas. Principais métodos: BRINELL, ROCKWELL E VICKERS

129 MÉTODO BRINELL - J.A. BRINELL (1900) O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t,produzindo uma calota esférica de diâmetro d. 0,24D<d<0,6D

130 Dureza Brinell (1900) Foi o primeiro ensaio de dureza por penetração padronizado e reconhecido industrialmente. A dureza Brinell é representada pelas letras HB. Esta representação vem do inglês Hardness Brinell, que quer dizer dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac). Dureza = carga de impressão (N ou Kgf) = P área da calota impressa (mm 2 ) S HB = F Ac 130

131 Ensaio de Dureza Podemos definir dureza como a resistência que um material oferece à penetração de outro em sua superfície. Ao contrário do ensaio de tração, 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 controle da qualidade do produto. Equipamento para medição de dureza Rockell Equipamento para medição de dureza Brinell

132 Máquina de ensaio de dureza (Vergalhão de cobre 8 mm) 132

133 ENSAIO DE DUREZA BRINELL Baseia-se no diâmetro da impressão produzida no material. Carga e material da esfera depende da dureza do material ensaiado. Relação carga diâmetro deve seguir normas aplicáveis. A espessura mínima do corpo de prova depende da carga aplicada. Método usado em metais não ferrosos, fofo, aços e em peças não temperadas. HB = 2 F π D ( D - D 2 - d 2 ) 0,24D<d<0,6D

134 Ensaio de Dureza Brinell 0,24D<d<0,6D HB = 2 F π D ( D - D 2 - d 2 )

135 Cálculo da dureza Brinell 0,24D<d<0,6D 135

136 136

137 Tabela para o cálculo da dureza Brinell 137

138 Dureza Brinell VANTAGENS: 1- Baixo custo dos aparelhos 2- Único utilizado na verificação de dureza de metais com estrutura não uniforme como ferros fundidos cinzentos 3- Permite aplicação por meio de aparelhos portáteis 4- Carga e penetrador constante para cada tipo de ensaio

139 Mudança do penetrador

140 Ensaio de Dureza Brinell P/D 2 = Const. 140

141 Ensaio de Dureza Brinell P/D 2 Dureza Kgf/mm 2 Materiais Ensaiados Aços e ferros fundidos Cobre, alumínio e suas ligas mais duras Ligas anti-fricção, cobre, alumínio e suas ligas mais moles 2,5 Até 30 - Chumbo, estanho, antimônio e metais patentes Diâmetro da Esfera D em mm P= 30D 2 Kgf P= 10D 2 Kgf P= 5D 2 Kgf P= 2,5D 2 Kgf ,5 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6

142 Ensaio de Dureza Brinell Há tabelas que fornecem o valor da dureza Brinell a partir dos diâmetros da impressão em função da carga utilizada e do diâmetro da esfera Quanto maior o diâmetro da calota impressa mais mole é o material

143 ENSAIO DE DUREZA BRINELL REPRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS HB / / CAMPO DESTINO 1 Número da dureza 2 Símbolo da dureza Brinell 3 Diâmetro da esfera 4 Carga aplicada 5 Tempo de aplicação da carga Condição padrão de ensaio esfera = 10mm carga = 3000kgf duração de aplicação da carga = 15s Representação do resultado Utilizar apenas campo 1 + campo2 143

144 VANTAGENS DO ENSAIO BRINELL: São usados especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas; É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham estrutura interna uniforme (materiais hetrogêneos); É feito em equipamento de fácil operação. 144

145 ENSAIOS MECÂNICOS DUREZA BRINELL ENSAIO DE DUREZA BRINELL CUIDADOS ESPECIAIS Espessura do cp no mínimo 10x a profundidade da impressão. Raio de curvatura da superfície, no mínimo 5x o diâmetro da esfera. Distância da extremidade da superfície até o centro da impressão deve ser no mínimo 2,5x o diâmetro da impressão. Distância entre centros das impressões deve ser de no mínimo 4x o diâmetro da impressão.

146 AVALIAÇÃO COMO É FEITA A CALIBRAÇÃO DO DUROMETRO? 146

147 Verificação da calibração das máquinas Resp.: Verificação pelo método de teste em Blocos padronizados 147

148 Bloco Padrão Devem atender aos seguintes requisitos de fabricação: a) A espessura do bloco deve variar em função do diâmetro da esfera: 1- Espessura > 16mm para esfera com 10mm de diâmetro: 2- Espessura > 12mm para esfera com 5mm de diâmetro. b) O bloco deve ser desmagnetizado, se for de aço; c) Acabamento superficial; d) Homogeneidade e estabilidade de sua estrutura cristalina através de tratamento térmico; e) Identificação da superfície de teste 148

149 Aplicação da medida de Dureza: Exigências básicas para um material de corte Elevada dureza a frio e a quente A dureza da ferramenta deve ser bem maior que a do material a ser usinado, porém, dentro de um limite para que este não se torne muito quebradiço (frágil). Material Dúctil Material Duro

150 ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL 150

151 DUREZA ROCKWELL Proposto em 1922 leva o nome do seu criador, é o processo mais utilizado no mundo, devido à rapidez, à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. Este método apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles até os mais duros. 151

152 Dureza Rockweell HR 152

153 EM QUE CONSISTE O ENSAIO ROCKWELL: Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato 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 diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material, Figura 1. Figura 1 Mostrador das escalas de dureza Rockwell acoplado ao durômetro. 153

154 DUREZA ROCKWELL PENETRADORES: Os penetradores utilizados no ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante com 120º de conicidade), Figura 2. Figura 2 Penetradores utilizados no ensaio de dureza Rockell 154

155 Figura 2 Penetradores utilizados no ensaio de dureza Rockell Quando se utiliza o penetrador cônico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esférico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha (escala interna). Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor é dado diretamente na escala determinada.

156 Dureza Rockwell

157 Figura 3 Descrição do processo de dureza Rockwell

158

159 Figura 4 Durômetro para o ensaio de dureza Rockwell

160 160

161 Rockwell normal: pré-carga 10kgf 161

162 Rockwell superficial: pré-carga 3kgf 162

163 163

164 ENSAIOS MECÂNICOS - DUREZA ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Baseia-se na profundidade de penetração Penetrador esférico ou cônico Normal ou superficial Depende das propriedades do material Superfície preparada Pré carga 64 HRC: Número 64 de dureza Rockwell C. 81 HR 30N: Número 81 de dureza superficial na escala Rockwell 30N Obs.:O número obtido no ensaio Rockwell corresponde a um valor adimensional, que somente possui significado quando comparado com outros valores da mesma escala.

165 ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL REPRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS HR CAMPO DESTINO 1 Número da dureza 2 Símbolo da dureza Rockwell 3 Escala Rockwell (normal ou superficial) de dureza 165

166 Correção na dureza Rockwell devido a curvatura do corpo de prova 166

167

168 ENSAIO DE DUREZA VICKERS 168

169 ENSAIO DE DUREZA VICKERS Mede a resistência de um material em suportar uma carga aplicada em um indentador de diamante no formato de uma pirâmide O valor da dureza Vickers é dado pela força aplicada dividida pela área da impressão As cargas variam de 1 a 120 kgf

170 Dureza Vickers 170

171 HV = 1,854 P d 2

172 172

173 ENSAIO DE DUREZA VICKERS REPRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS HV / CAMPO DESTINO 1 Número da dureza 2 Símbolo da dureza VIckers 3 Carga utilizada 4 Tempo de aplicação da carga Para condição padrão Carga aplicada entre 10 e 15s Não utilizar o campo 4 173

174 Defeitos de impressão: Afundamento e Aderência Posição da impressão perfeita Impressão perfeita Impressão com afundamento Impressão com aderência Os dois casos acima exigem correções para os valores encontrados que podem variar de até 10% destes valores. Os fatores de correções são normalizados e determinados em função do quociente d/d, ver tabela 9.10

175 ENSAIO DE DUREZA 175

176 Dureza Vickers Tabela 9.10 fatores de correção para uso nos ensaios de dureza Vickers Feitos em corpos de prova esféricos 176

177 MICRO-DUREZA: cargas de 1gf a 1000gf (1kgf) O uso de Micro-Dureza soluciona problemas tais como: Determinação das profundidades de superfícies cementadas e temperadas; Determinação de constituintes individuais de uma microestrutura; Determinação da dureza em peças extremamente pequenas ou finas; Determinação da dureza em metais muito duros ou muito moles.

178 Microdureza Vickers

179 Microdureza Vickers VICKERS MODELO HVS 1000 Cargas 0,1 gf a 1kg 179

180 ENSAIO DE DUREZA Durômetro eletrônico universal, calibrado pela empresa fornecedora, determina e registra várias escalas de dureza dos materiais analisados. - Ensaio de dureza Brinell - Ensaio de Dureza Rockwell (Normal e Superficial) - Ensaio de dureza Vickers 180

181 MEDIDORES PORTÁTEIS DE DUREZA Medidor portátil Brinell (Poldi) a- Haste do durômetro b- Esfera de aço temperado de diâmetro igual a 10mm (penetrador) c- Mola para pressão da esfera d- Barra padrão de dureza conhecida

182 DUREZA PORTÁTIL- OPERAÇÃO 182

183 CÁLCULO DA DUREZA PORTÁTIL BRINELL 2 F HB 2 = π D ( D - D 2 d 2 2 ) HB 1 2 F π D ( D - D 2 d 1 2 ) HB 2 = d 1 2 HB 1 d 2 2 HB 2 = d 1 d 2 2 HB1 HB 2 = Dureza desejada do corpo de prova HB 1 = Dureza da barra padrão d 2 = Diâmetro da impressão do corpo de prova d 1 = Diâmetro da impressão da barra padrão 183

184 Avaliação Cite duas vantagens na utilização dos durometros portáteis. Resp.1- Quando o ensaio em laboratório não pode ser executado (peças de grande porte). Resp. 2- Manuseio,pode ser utilizado em quaisquer outras posições além da vertical. 184

185 PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE SOLDADA

186 Limite de Resistência (N/mm 2 ) RELAÇÃO ENTRE DUREZA E LIMITE DE RESISTÊNCIA * * * * * * * * * * * * Dureza Brinell (N/mm 2 ) LR = 0,36 HB 0,36 p/ aços doce 0,34 p/ aços carbono temperado 0,33 p/ aços liga temperado 0,52 p/ cobre recozido

187 Ensaios de dureza mais utilizados (revisão) DUREZA POR PENETRAÇÃO MÉTODO DE DETERMNAÇÃO BRINELL VICKERS MEDIÇÃO DA ÁREA DA IMPRESSÃO ROCKWELL MEDIÇÃO DA PROFUNDIDADE DE IMPRESSÃO 187

188 ENSAIO DE DUREZA O que representa a Dureza? RESISTÊNCIA À TRAÇÃO + LIMITE DE ESCOAMENTO + DUCTILDADE + OUTRAS MANISFESTAÇÃO COMBINADA DUREZA DUREZA EXCESSIVA PERDA DA DUCTILIDADE

189 VALORES DE DUREZA (REFERÊNCIA) Aço carbono recozido máx. = 180 HB Aço liga recozido máximo = 250 HB Aço temperado e revenido = HRc ( HB) Bronze... = 80 HB Junta soldada suscetível a trinca por hidrogênio 340 HB (exige pré-aquecimento e pós-aquecimento)

190 Medidor portátil tipo Ernst para medição de dureza Rockwell Uma pré-carga de 0,5 kgf e logo após uma carga de 5 kgf são aplicadas manualmente por 2 segundos e a leitura é feita num mostrador pela indicação da extremidade de uma coluna de fluido que se desloca num tubo capilar. O comprimento da coluna de fluido é proporcional à profundidade da impressão. Devido à pequena impressão que o aparelho provoca, ele pode ser posicionado em locais restritos tal como a zona afetada termicamente da solda. 190

191 Ensaios Mecânicos Medidor portátil de dureza Rockwell A figura mostra um segundo tipo de medidor de dureza pelo método Rockwell A, B e C. O arco do aparelho funciona como elemento de carga; o relógio indica a carga aplicada (60, 100 ou 150 kgf, conforme se gira o volante) e a dureza Rockwell é lida diretamente no mostrador (dial) do aparelho. 191

192 Portátil tecnológico:dureza Leeb (popular Equotip) Este método usa um valor denominado número de dureza Leeb (L) que é um número igual a razão entre a velocidade de rebote e a velocidade de impacto da esfera multiplicado por o durômetro expressa o valor de dureza neste número Leeb e também nos valores equivalentes dos métodos Brinell, Rockwell ou Vickers. O durômetro calcula o número L eletronicamente pela seguinte expressão: L = 1000 x Vrebote (repercussão) Vimpacto O Equotip 3 fundiu a tecnologia atual com as sugestões dos cliêntes. Leitura fácil, armazenamento de resultados, conversão de escala a qualquer hora, precisão de 0,5%, 6 baterias recarregáveis e resistente ao choque. 192

193 193

194 194

195 195

196

197 METALOGRAFIA EXAME MACROGRÁFICO Prof. M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota

198 9.2- Ensaios Macrográficos A macrografia consiste no exame do aspecto de uma superfície de uma peça ou corpo de prova, segundo uma seção plana devidamente lixada que, em regra, é atacada previamente por um reativo apropriado. O aspecto, assim obtido, chama-se macro-estrutura. O ensaio é feito à vista desarmada ou com auxílio de uma lupa.

199 Ensaio Macrográfico O termo macrografia é também empregado para designar os documentos (exemplos: fotos, impressões, etc.) que reproduzam a macro-estrutura, em tamanho natural ou com ampliação máxima de 10 vezes.

200 ENSAIO MACROGRÁFICO OBJETIVOS DO ENSAIO: Verificar o tipo produto siderúrgico (fundido, forjado ou laminado) e a homogeneidade ou heterogeneidade do produto.

201 OBJETIVOS DO ENSAIO: Constatar a existência de descontinuidades inerentes ao próprio metal, tais como: porosidades e segregações.

202 OBJETIVOS DO ENSAIO: Determinar a existência de soldas no material e do processo de fabricação de uma determinada peça. Determinar as várias zonas, de uma solda e também suas características tais como número de passes, existência de goivagem, forma de chanfro, descontinuidades, etc.

203 Exames Macrográficos

204 HETEROGENEIDADES a) Cristalinas devido ao modo de solidificação, crescimento cristalino e a velocidade de resfriamento. b) Químicas devido à segregação de impurezas, inclusões ou constituintes que podem ser desejáveis, quando produzidas propositalmente, como na carbonetação, nitretação, etc, ou indesejáveis, quando ocorrem em virtude do controle imperfeito da atmosfera dos fornos, como na oxidação e descarbonetação dos aços ou da falta de purificação do material na fundição, como a segregação de enxofre (S) e fósforo (P) que comumente ocorre nos aços. c) Mecânicas devido às tensões introduzidas no material pelo trabalho à frio

205 Macroestrutura ou macro-textura REFLEXÃO, DISPERSÃO E ABSORÇÃO DE LUZ a - Reflexão da luz claro b Dispersão da luz escuro

206 ENSAIO MACROGRÁFICO Materiais e métodos de preparação: a) Escolher a localização da seção a ser efetuada; b) Realização de uma superfície plana e lixada no lugar escolhido; c) Lavagem, secagem e ataque com reativo químico adequado. CORTE LIXAMENTO LAVAGEM E ATAQUE AVALIAÇÃO

207 INFLUÊNCIA DA POSIÇÃO DA SEÇÃO (TRANSVERSAL OU LONGITUDINAL) Lixadeira mecânica Influência da posição da seção (transversal ou longitudinal) Feita em peças laminadas Fonte: Colpaert, Hubertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. Editora Edgard Blücher Ltda

208 CORTE Corte com serra de fita Corte com disco

209 LIXAMENTO Lixamento em politrizes

210 EXAME MACROGRÁFICO Preparação da amostra a) Lixamento: lixas nº s 80, 120, 180, e 400. Direção de lixamento Posição do C.P. na 1ª lixa Posição do C.P. na 2ª lixa Gire o corpo de prova 90 antes de apoiá-lo sobre a segunda lixa

211 ENCRUAMENTO PRODUZIDO PELO LIXAMENTO GROSEIRO

212 ATAQUE METALOGRAFICO Ataque com reagente químico

213

214 EXAME MACROGRÁFICO

215 ENSAIO MACROGRÁFICO Cuidados na preparação da amostra: Na fase de corte/lixamento: Evitar têmperas, revenimentos ou encruamentos locais, que o reativo porá em evidência e nada terão a ver com a textura original da peça examinada.

216 Cont. preparação da amostra b) Limpeza e secagem; c) Ataque químico: por imersão por aplicacão por impressão direta (Baumann) d)interpretação do aspecto macrográfico

217 ENSAIO MACROGRÁFICO REATIVOS OU SOLUÇÕES DE ATAQUE: Reativo de ácido clorídrico ou ácido muriático Reativo de Iodo Reativo de Persulfato de amônio Reativo Nital

218 Cuidados na preparação da amostra: Na fase de ataque do cp com reativo ácido: Além dos cuidados com pinças ou suporte em ataques prolongados, deve-se agitar freqüentemente o cp ou o reativo para dispersar as bolhas que vão se formando devido às reações químicas. Nos pontos onde as bolhas aderem a superfície, o ataque não prossegue.

219 Cuidados na preparação da amostra: Nas fases de secagem do corpo de prova: Evitar a retenção de água ou reativo nas descontinuidades, que podem vir a mascarar a superfície em exame.

220 REAGENTES O Reagente consiste de uma solução química, cuja finalidade é reagir, com a superfície preparada revelando detalhes da macro-estrutura do material.

221 Reagentes Composição, aplicação e revelação 1. Reativo de ácido clorídrico ou ácido muriático. 2. Reativo de Iodo. 3. Reativo de Persulfato de amônio. 4. Reativo Nital.

222 1- Reativo de ácido clorídrico Composição: Ácido clorídrico (conc.) HCL ml Água ml Aplicação: A solução deve permanecer ou estar próxima da temperatura de ebulição durante o ataque. O CP deve ser imerso na solução por um período de tempo suficiente para revelar todas as descontinuidades que possam existir na superfície de ataque. Revelação: Identifica heterogeneidade,tais como segregação, regiões encruadas, regiões afetadas pelo calor, depósitos de solda, profundidades de têmpera, etc. Identifica descontinuidades, tais como: trincas, porosidades, inclusões, etc.

223 2- Reativo de Iodo Composição: Iodo sublimado... 10g Iodeto de Potássio (KI)... 20g Àgua g Aplicação: A solução deve ser utilizada à temperatura esfregando-se uma mecha de algodão, embebida na solução, na superfície a ser atacada, até que se obtenha uma clara definição dos contornos da microestrutura. Revelação: Indica as mesmas macro-estruturas que o reativo anterior, diferenciando-se apenas no modo de obtenção de imagens: A- Imagens que só aparecem com o simples ataque da superfície e que desaparecem com o repolimento. B- Imagens que só se revelam após o repolimento. exemplo: segregação, bolhas, texturas fibrosas etc. 223

224 3- Reativo de persulfato de amônio Composição: Persulfato de amônio (NH 4 ) 2 S 2 O g Água g Aplicação: A solução deve ser usada à temperatura ambiente esfregandose uma mecha de algodão, embebida na solução, na superfície a ser atacada. Proporciona excelente contraste. Revelação: Identifica soldas, segregação, texturas cristalinas fibrosas. 224

225 REATIVOS OU SOLUÇÕES DE ATAQUE 4- Reativo Nital composição: Ácido nítrico(conc.) HNO ml Álcool Etílico ml Aplicação: A solução deve ser usada à temperatura ambiente. Revelação: É indicada para a localização de soldas, segregação, trincas, profundidades de têmperas, etc.

226 ENSAIO MACROGRÁFICO AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS: A avaliação do resultado depende da finalidade a que o mesmo se destina: Intenção de pesquisa. Avaliação do aspecto da macro-estrutura segundo uma norma ou especificação.

227 ENSAIO MACROGRÁFICO REGISTRO DOS RESULTADOS: O registro dos resultados pode ser feito de três formas distintas, que são: 1. Proteção da face ensaiada do corpo de prova com uma camada de verniz transparente; 2. Método de Baumann; 3. Uso de Dessecador.

228 REGISTRO DOS RESULTADOS: Macrofotografia que é a reprodução fotográfica da macroestrutura. Trata-se do documento que reproduz e conserva, em tamanho natural ou não, os resultados do ensaio.

229 REGISTRO DOS RESULTADOS: Método de Baumann que, semelhante à fotografia, utiliza-se de papel fotográfico para registrar a macroestrutura. Em resumo, o método consiste em preparar o papel fotográfico através de imersão em banhos químicos, colocando-o a seguir sobre a superfície preparada do corpo de prova. Após isto, o papel fotográfico é mergulhado num fixador químico e depois lavado em água corrente.

230 MACROGRÁFIA IMPRESSÃO DE BAUMANN

231 DESSECADOR PARA CONSERVAÇÃO DE PROVAS METALOGRAFICAS Corpos de prova Sílica-gel

232 EXAME MACROGRÁFICO

233 SOLDAGEM DE AÇOS DISSIMILARES 233

234 NORMAS TÉCNICAS Classificações: SAE (Society of Automotive Engineers) Ex.: SAE 1020 AISI (American Iron and Steel Institute) Ex.: AISI 316 L Especificações: ASTM (American Society for Testing and Materials) Ex.: ASTM A a ASME (American Society of Mechenical Engineers). Ex.: ASME SEC. IX Aplicações: Caldeiras e Vasos de Pressão API (American Welding Institute) Ex.: API Std 1104 Aplicações: Oleodutos e Gasodutos AWS (American Welding Society) Ex.: AWS D1.I Aplicações: Estruras Metálicas Marítimas

235 APLICAÇÃO: ENSAIO MACROGRÁFICO QUALIFICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM ASME IX Solda em ângulo Exame Macrográfico 5 faces AWS D1.1 Solda em ângulo Exame Macrográfico 3 faces obs.: ASME IX AWS D1., para qualificar o soldador, solda em ângulo, são exigido 1 Exame Macrográfico mais 1 Ensaio de Fratura

236 ENSAIO DE FRATURA ENSAIOS MECÂNICOS Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota 236

237 ENSAIO DE FRATURA QUE PROPRIDEDADE MECÂNICA É DETERMINADA NESSE ENSAIO?

238 Ensaio de Fratura Finalidades e Propriedades mecânicas avaliadas Nenhuma O ensaio determina Indicação da compacidade da solda 238

239 ENSAIO DE FRATURA ASME IX SOLDA EM ÂNGULO QUALIFICAÇÃO DE SOLDADORES APLICAÇÃO API 1104 SOLDA EM CHANFRO E SOLDA DE ÂNGULO QUALIFICAÇÃO DE PROC. DE SOLD. E SOLDADORES

240 ENSAIO DE FRATURA

241 ENSAIOS MECÂNICOS ENSAIO DE FRATURA Usado para qualificação de procedimentos de soldagem e soldadores Realizado por dobramento de tal forma a tracionar a raiz da solda ou um entalhe. Analisada a fratura em termos de descontinuidades.

242 Ensaio de Fratura com Entalhe (Norma API 1104 NICK BRECK) Qualificação do Procedimento e Soldadores: API-1104 solda em chanfro - 2 solda em ângulo - 4

243 Ensaio Nick-Break Entalhe

244 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS RAIZ DA JUNTA C.P.s ASME IX LOCAL EXAMINADO REGIÃO DA FRATURA C.P.s API 1104

245 AVALIAÇÃO Detectar Por exame visual Aparição ou não de trincas, Falta de penetração, falta De fusão, inclusões e poros Critério De aceitação Norma Técnica aplicável ASME Seção IX Se a fratura não evidenciar a presença de trincas ou falta de penetração na raiz e ainda, se a soma dos comprimentos de inclusões ou poros não excederem a 9,5mm (3/8 ) antes era19mm (3/4 )

246 ADICIONAIS (PLUS) PROPRIEDADES MECÂNICAS AÇO ASTM A36

247 Inspetor de Soldagem - Avaliação Quais os ensaios mecânicos exigidos em uma junta soldada de topo ( em chanfro)? Junta de Topo Em Chanfro 247

248 Exemplo: Realizar, num trecho de tubo, os testes necessários à qualificação de procedimentos de soldagem de dutos submarinos. Etapa importante para garantir a qualidade na fabricação destes dutos.

249 Resposta Conforme o Código ASME seção 9: 2 ensaios de tração 4 ensaios de dobramento Chapa até 19mm (3/4 ): 2 dobramento de raiz e 2 de face Chapa acima de 19mm: 4 dobramento Lateral Transversal 249

250 Tubo de 30 de diâmetro e 16mm de espessura soldado pelo processo eletrodos revestidos Norma API 1104 (American Petroleum Institute) Retirada Corpo de Prova Solda

251 Para qualificar o procedimento de soldagem de gasodutos (API-1104), solda em chanfro, são necessários 3 tipos de ensaios mecânicos (testes): 2 de Tração 4 de Dobramento 2 de Fratura com entalhe (Nick Break) Além de Exame Radiográfico

252 Corpos de prova qualificação do soldador API Solda em chanfro: 2 Ensaio de Tração; 2 Ensaio de Dobramento; 2 Ensaio de Fratura com Entalhe. Alternativa para os ensaios mecânicos - Exame Radiográfico. Além de Exame visual.

253 API-1104 SOLDA EM ÂNGULO QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTO: 4 Ensaio de Fratura com Entalhe. QUALIFICAÇÃO DO SOLDADOR: 4 Ensaio de Fratura com Entalhe. Obs.: Não tem diferença.

254 FIM Microcópio Òtico 2.000x Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) Superfície de fratura x Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) x

255

256 ENSAIOS MECÂNICOS ENSAIO DE IMPACTO CURSO DE INSPETOR DE SOLDAGEM PROF.:M.Sc. ANTONIO FERNANDO DE CARVALHO MOTA

257 Ensaio de impacto Charpy 257

258 ENSAIO DE IMPACTO - UTILIZAÇÂO Controle de lotes de materiais supostamente homogêneos; Ensaio obrigatório, por normas, para aceitação de materiais para baixas temperatura

259 Ensaio de Impacto CHARPY

260 Máquina de impacto Charpy 260

261 Comportamento do material em baixas temperaturas Mudança de comportamento de dúctil para frágil com o abaixamento da temperatura Efeito do carbono sobre a fragilidade de aços

262 ENSAIO DE IMPACTO CHARPY CORPOS DE PROVAS Dimensões dos CP.s 10x10x55mm

263 Calibração da máquina de ensaio VERIFICAÇÃO DO DESEMPENHO DA MÁQUINA ANTES DO ENSAIO CORRIGIR AS PERDAS POR ATRITO NO VALOR OBTIDO 263

264 Brochadeiras usinagem do entalhe CP

265 Projetor de perfil controle de qualidade do CP CP

266 ENSAIO DE IMPACTO CHARPY- ORIENTAÇÃO DOS CP.S FATORES QUE INFLUÊNCIAM A TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO: Tratamento térmico; Tamanho de grão; Encruamento Máquina Ensaio de impacto da DINATESTE

267 Retirada dos corpos de provas de juntas soldadas Posição de retirada dos corpos de prova do metal de solda Pêndulo de impacto computadorizado, para realização de ensaios Charpy e Izod em polímeros. 267

268 Resfriamento dos CP.s de juntas soldadas Sistema de resfriamento e Homogeneização de temperatura. Temperaturas fixas: Fig esquema do banho líquido de Corpos de prova para ensaio de impacto CONTROLE CO 2 = -78,5 C O 2 = -182,96 C N 2 = -192,80 C = -252,88ºC H 2 DOIS TERMOSENSORES TEMPERATURA Segurança HOMOGENEIZAÇÃO DO BANHO AGITADOR 268

269 Energia Absorvida (J) Vários materiais submetidos ao ensaio Charpy CFC CCC HC Temperatura (ºC)

270 Gráfico da tabela do ensaio Charpy Limite aceito pela norma (J) (ºC)

271 CATÁLOGOS DE ELETRODOS Metal depositado T 460N/mm 2 A 25-30% ChV(-10ºC) 100J

272

273 Titanic

274 Análise química comparativa Titanic (*) ASTM A36 C Mn P S Si Cu O N Mn/S 0,21 0,47 0,045 0,069 0,017 0,024 0,013 0, ,20 0,55 0,012 0,037 0,007 0,01 0,079 0, ,91 (*) Amostra extraída da placa do casco

275 Pedaço do casco do Titanic. Análise revelou a fragilidade do aço, por causa do enxofre na sua composição O Titanic teria permanecido mais tempo à superfície se o aço fosse de melhor qualidade 275

276 ENSAIO DE QUEDA LIVRE DE PESO (DROP-WEIGT TEST) 276

277 ENSAIO DE QUEDA LIVRE DE PESO (DROP WEIGHT TEST) O ensaio de impacto charpy é um ensaio estatístico para materiais homogêneos e não consegue reproduzir a fratura frágil nas temperaturas e tensões observadas em serviço. O Drop-Weight test foi criado para simular uma trinca real. Interessante em projeto de engenharia para temperaturas sub-ambientes

278 ENSAIOS MECÂNICOS ENSAIO DE QUEDA LIVRE DE PESO Tem o objetivo de determinar a temperatura de transição de ductilidade nula (temperatura NDT) aplicável a aços ferríticos com espessura 15,9mm Temperatura NDT é a temperatura máxima em que uma fratura frágil pode iniciar a partir de um defeito. Aplicado somente em materiais que apresentam a transição dúctil para frágil em baixas temperaturas.

279 ENSAIO DE QUEDA LIVRE DE PESO Deposito de uma solda em condições frágeis > Entalhe Metalúrgico

280 ENSAIO DE QUEDA LIVRE DE PESO Máquina de Ensaio Drop-Weith Um peso é lançado de uma altura pré-estabelecida em queda livre sobre a amostra

281 Avaliação dos resultados - DROP-WEIGHT TEST Quebrado Não quebra O resultado é qualitativo > quebra ou não quebra (alternativamente, deforma ou não deforma, trinca ou não trinca,...)

282 APLICAÇÃO DO DROP-WEIGHT TEST

283 AGUARDE O PRÓXIMO ENSAIO ESTAMOS PENSANDO EM COMO MELHOR SERVIR!

284 QUALIDADE ESTRUTURAL NAVAL SHIPBUILDING STRUCTURAL QUALITY Aplicadas em estruturas de navios, são chapas de aço especificadas pelo American Bureau of Shipping, Bureau Veritas, Lloyd s Register, Germanisgher Lloyd e Det Norke Veritas. ESPECIFICAÇÃO FAIXA DE PROPRIEDADESMECÂNICAS / MECHANICAL PROPERTIES SPECIFICATION ESPESSURA AL Elongation Dobramento (F) THICKNESS LE LR Valor Bend Test RANGE Yield Tensile Espessura Medida Min. (mm) Strenght Strenght Thickness Gauge Value Diâmetro (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) (mm) Length (%) A ,0 < E < 5,0 > 34O > 450 E < 2, E (T) E > 2,46 22

285 ESCLERÔMETRO PARA TESTES EM CONCRETO 285

286 Níveis de Blindagem

287 Níveis de Blindagem (Portaria do Exército) Nível I II-A II III-A Munição Energia Cinética (Joules).22 LRHV Chumbo 133 (cento e trinta e três).38 Special RN Chumbo 342 (trezentos e quarenta e dois) 9 FMJ 441 (quatrocentos e quarenta e um).357 Magnum JSP 740 (setecentos e quarenta) 9 FMJ 513 (Quinhentos e treze).357 Magnum JSP 921 (novecentos e vinte e um) 9 FMJ 726 (setecentos e vinte e seis).44 Magnum SWC Chumbo III 7,62 FMJ (.308 Winchester) 1411 (um mil quatrocentos e onze) 3406 (três mil quatrocentos e seis) IV AP 4068 (quatro mil e sessenta e oito) Grau de Restrição Uso permitido Uso restrito

288 Outros medidores de dureza portáteis Além do método Brinell, Rckwell e Vickers foram desenvolvidos outros métodos de medição de dureza baseados em outros princípios físicos. Por exemplo, o método de dureza denominado Leeb, conhecido comercialmente pelo nome de Equotip, é um método de medição de dureza dinâmico que usa um instrumento calibrado que impele, pela ação de uma mola, uma esfera de carboneto de tungstênio ou diamante de 3mm ou 5mm de diâmetro (dependendo do tipo de dispositivo de impacto) com uma velocidade fixa sobre a superfície do material ensaiado. A relação entre a velocidade de rebote e a velocidade de impacto da esfera é tomada como base para calcular o valor da dureza do material ensaiado. Quanto maior for a diferença entre as velocidades antes e após o impacto maior é a energia absorvida pela peça e conseqüentemente menor será a dureza da peça. Materiais moles absorvem bastante energia no impacto e materiais duros absorvem pouca energia. 288

289 ENSAIO DE IMPACTO CHARPY

290 ENSAIO DE IMPACTO CHARPY Corpos de prova com medidas reduzidas esp.< 11mm

291 ENSAIO DE IMPACTO CHARPY

292 ENSAIO DE IMPACTO IZOD

293 Ensaio Macrográfico O reativo consiste de uma solução química, cuja finalidade é reagir, com a superfície preparada revelando detalhes da macro-estrutura do material. Ex.: Nital a 10% Composição: 10% Ácido Nítrico concentrado 90% Álcool Etílico Aplicação: Em macroscopia para camadas cementadas, medir a profundidade de endurecimento.

294 Lista de exercícios Ensaios Macrográficos 1)Definir os tipos de heterogeneidades presentes numa macroestrutura.

295 Resposta: Heterogeneidades cristalinas: Granulação grosseira, profundidade de têmpera e Zona Afetada Térmicamente. Heterogeneidades Químicas: Profundidade de carbonetação, zonas descarbonetadas, segregação, inclusões não metálicas especialmente as de sulfeto. Heterogeneidades Mecânicas: Regiões encruadas.

296 Ensaios Macrográficos

297 Ensaios Macrográficos

298 Ensaios Macrográficos (X) Reativo de persulfato de amônio

299 Ensaios Macrográficos

300 Ensaios Macrográficos (X)

301 Ensaios Macrográficos

302

303 TREINAMENTO & CERTIFICAÇÃO Certificação Internacional Inspeção de Equipamentos Soldadores Materiais Avançados TWI World Centre for Materials Joining Technology Engenharia de Soldagem Junção de Materiais Ensaios Não Destrutivos Pintura & Revestimento 16/12/

304 304

305 Propriedades Mecânicas (revisão) Resistência: representada por tensões, definidas em condições particulares; Elasticidade: deformação desaparece quando a tensão é retirada; Plasticidade: capacidade de deformar permanente sem se romper; Resiliência: capacidade de absorver deformação no regime elástico; Tenacidade: energia total necessária para provocar a fratura do material. 305

306 Cálculo do alongamento Fig. 1 Suponha que você quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de12 mm que, submetido a uma força axial de tração, ficou com 13,2 mm de comprimento. A = L f - L o = 13,2mm 12mm = 0,1 mm/mm Lo 12mm A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformação de 0,1 mm por 1 mm de dimensão do material. Pode-se também indicar a deformação de maneira percentual. Para obter a deformação expressa em porcentagem, basta multiplicar o resultado anterior por 100. No nosso exemplo: A = 0,1 mm/mm x100 = 10%. 306

307 CENPES E LABSOLDA da UFSC Soldagem molhada com arame tubular aprovado nos ensaios de tração (566MPa) e impacto Charpy a oºc (43,1J) e reprovado no ensaio de dobramento de raiz (fratura a 30 ) A polaridade CC - gerou menos porosidade que CC + e mais produtividade. Resultados em geral bons para a condição subaquática molhada. Os bons resultados dos dois primeiros testes foram atribuídos ao refinamento do cordão de solda devidos aos sucessivo passes. Lâmina d áqua de 0,1m, num banco de ensaios automatizado que controla e adquire dados do processo. Junta de 25,4mm API X70/E71T-1 307

308 Crash test 48 km/h contra um conâiner de 70 toneladas, o que equivale a uma batida a 100 km/l em outro veículo. O modelo alemão suportou bem ao impacto: o habitáculo e os bonecos (dummies) continuaram intactos. 308

309 Bibliografia

310 Tração : Cisalhamento: Compressão: Torção: Flexão: Tubo resistente a Flambagem F Quais os esforços que não dependem do Momento de Inércia? Barra Colapso da Barra

311 Flambagem de uma coluna devido a um carregamento axial de compressão P Flambagem da coluna em torno do eixo com menor momento de inércia 311

312 MOMENTO DE INÉRCIA S = área y 2 x 2 Menor momento de inércia Maior flexão Para a mesma área o tubo tem muito mais momento de inércia, portanto maior resistência á compressão, flexão e torção Maior momento de inércia Menor flexão Momento de Inércia: J x = x 2 ds J y = y 2 ds 312

313 Aplicação do Momento de inércia Estrutura metálica em alumínio, encaixe e parafuso Segurança: estrutura com aterramento elétrico. Empresa: 313

314 PROCESSO SIDERÚRGICO USINA INTEGRADA Calcáreo Sínter Ar Coque Gusa Líquido (Forno Elétrico) Queima do excesso de carbono com Injeção de oxigênio Lingotamento Contínuo Alto-Forno (Conversor) 314

315 DESVANTAGENS DO ENSAIO BRINELL: O uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de aço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera. A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão não é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto é mais sensível quanto mais duro for o metal, Fig. 1. O ensaio não deve ser realizado em superfícies cilíndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o diâmetro da esfera, pode haver escoamento lateral do material e a dureza medida será menor que a real, Fig. 2. Figura 1 Recuperação elástica Figura 2 Escoamento lateral (r < 5.D) 315