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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA APLICADA ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL UNIVERSIDADE PAULISTA 1.Resumo Esta seção deve ser escrita por último! O resumo deve literalmente englobar um pouco de todas as seções subsequentes do trabalho. O leitor deve ser capaz de ler e entender o que foi feito e ser apresentado brevemente os resultados obtidos. 2.Introdução Este trabalho tem como objetivo principal o aprofundamento no assunto sobre ensaios de dureza, ligados à área de ensaios de materiais. Sabemos que existem diversas formas de estudarmos a dureza de um certo tipo de material, onde temos testes específicos, dependendo do tipo de material a ser medido. Atualmente, possuímos 5 tipos de testes de dureza, e por sua vez, esses testes estão divididos entre 3 classes de materiais, como podemos ver a seguir: Tabela 1 - Ensaios de dureza e suas siglas

Ensaio de Dureza BRINELL Metais ROCKWELL Metais e VICKERS Cerâmicas KNOOP Polímeros SHORE

Siglas HB HR HV HK -

Para este trabalho iremos nos aprofundar no ensaio do tipo Rockwell.

3.Breve revisão da literatura Rockwell, em 1922, desenvolvia um método de ensaio de dureza para

metais. Este método utilizava um sistema de pré-carga que, comparado ao Brinell, apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio. O método de Rockwell permitia avaliar a dureza de metais diversos, sendo desde os metais mais moles, como por exemplo o alumino, à até os metais mais duros, como o caso do próprio aço. Porém, também tinha limitações, o que indica que estaria longe de ser a solução técnica ideal. O ensaio Rockwell é hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido à rapidez e à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. 4.Metodologia O método de Rockwell funciona da seguinte maneira, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro devemos aplicar uma pré-carga, para dessa forma garantimos que haverá um contato firme entre o penetrador e o material que estaremos realizando análise, em seguida, devemos aplicar a carga de ensaio.

2 O ensaio pode ser realizado em 2 tipos de máquinas, ambas possuindo a mesma técnica de operação. O único ponto que difere uma da outra é apenas a precisão de seus componentes. O equipamento padrão mede a dureza Rockwell Normal e é indicada para avaliação de dureza em geral.

Figura 1 – Escala Graduada Rockwell (Mostrador)

A leitura 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.

A máquina mais precisa mede dureza Rockwell Superficial, e é indicada para avaliação de dureza em folhas finas ou lâminas, ou camadas superficiais de materiais. Na máquina normal, cada divisão da escala equivale a 0,02 mm; na máquina superficial, cada divisão equivale a 0,01 mm.

Para os penetradores utilizados nessas máquinas, possuímos 2 tipos, o esférico (Esfera de Aço Temperado) e o de tipo cônico (Cone de diamante com 120º de conicidade).

As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em função do tipo de penetrador e do valor de carga maior. Figura 2 - Tipos de ponteiras

Nos ensaios de dureza Rockwell utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf e a

3 carga maior pode ser de 60, 100, ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell Superficial a pré-carga é de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Estas escalas não têm relação entre si.

Por esse motivo, não faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaios de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala só pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma escala.

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Para entender a informação contida na coluna “Faixa de utilização”, você precisa saber como são representados os valores de dureza Rockwell. Representação da dureza Rockwell O número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo símbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada.

Veja, por exemplo, a interpretação do resultado 64HRC: ● 64 é o valor de dureza obtido no ensaio; ● HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; ● A ultima letra, no exemplo “C”, indica qual a escala empregada.

Agora iremos realizar um exemplo com a dureza Rockwell superficial; Veja, por exemplo, a interpretação do resultado 50HR15N: ● 50 é o valor de dureza obtido no ensaio. ● HR Indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell. ● 15N Indica a escala que foi realizado o teste. O número obtido no ensaio Rockwell corresponde a um valor adimensional, que somente possui significado quando comparado com outros valores da mesma escala.

5 Utilizando as escalas de dureza Rockwell Suponhamos que tenhamos que realizar um ensaio de dureza Rockwell na escala “C”. Recorrendo as tabelas apresentadas neste documento, que trazem as escalas de dureza Rockwell, é possível identificar as condições de realização do ensaio. Para isso, devemos seguir os seguintes passos: ● Uma vez que o ensaio deve ser feito na escala “C”, já sabemos que se trata de um ensaio de dureza Rockwell normal. ● O ensaio é de dureza Rockwell normal, logo a máquina a ser utilizada é a padrão. ● O penetrador para esta escala é o cônico de diamante. ● O penetrador deve ter 120º de conicidade. ● A carga maior do ensaio é de 150 kgf. ● A leitura do resultado é feita na escala preta do relógio. Agora suponhamos que tenhamos recebido um material com a seguinte especificação: 70HR15T. Nesse caso, podemos concluir que o teste ocorreu seguindo o seguinte padrão: ● Uma vez que o ensaio possui o sufixo “15T”, já sabemos que se trata de um ensaio de dureza Rockwell Superficial. ● O ensaio é de dureza Rockwell superficial, logo, a máquina deve ser a mais precisa, diferente da Rockwell padrão. ● O penetrador será uma esfera de aço.

●

O penetrador será uma esfera de aço com 1,5875 mm de diâmetro. ● Será aplicada uma pré-carga de 3 kgf. ● A carga maior será de 15 kgf. ● A leitura do resultado é feita na escala vermelha do relógio. Profundidade de Penetração A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio é importante para definir a espessura mínima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador. Entretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell. É possível obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, utilizando as fórmulas a seguir: ● Penetrador de diamante: HR normal: P= 0,002*(100 - HR) HR superficial: P= 0,001*(100HR) ● Penetrador esférico: HR normal: P= 0,002*(130 - HR) HR superficial: P= 0,001*(100 HR) Por exemplo, a profundidade aproximada de penetração que será atingida ao ensaiar um material com dureza estimada de 40 HRC é de 0,12 mm.

6 Como se chegou a este resultado? Consultando as tabelas com as escalas de dureza Rockwell, ficamos sabendo que a escala C se refere à dureza Rockwell normal e que esta escala utiliza penetrador de diamante. O passo seguinte foi escolher a fórmula: P= 0,002*(100 - HR) e fazer as contas.

2º Passo: Submeter o corpo de prova a uma pré-carga (carga menor).

Descrição do Processo 1º Passo: Aproximar a superficie do corpo de prova do penetrador.

Figura 5 - 2º Passo do teste de dureza Rockwell

Figura 4 - 1º Passo do teste de dureza Rockwell

7 3º Passo: Aplicar a carga maior até o ponteiro parar.

4º Passo: Retirar a carga maior e fazer a leitura do valor indicado no mostrador na escala apropriada.

Figura 6 - 3º Passo do teste de dureza Rockwell Figura 7 - 4º Passo do teste de dureza Rockwell

8 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.

Este valor corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, subtraídas a recuperação elástica do material, após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga.

Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor é dado diretamente na escala determinada.

Em outras palavras: a profundidade da impressão produzida pela carga maior é a base de medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representação esquemática da profundidade produzida por um penetrador cônico de diamante.

O valor indicado na escala do mostrador é o valor da dureza Rockwell.

9 5.Resultados

6.Conclusões

Ao seguir corretamente o modo de usar a máquina e o modo de interpretar as tabelas, sabendo diferenciar o tipo de teste ideal para cada tipo de peça, sempre iremos obter uma leitura rápida e precisa do material que estamos analisando.

Após a realização da pesquisa e com base no que foi estudado, podemos concluir que o teste de dureza Rockwell é um teste muito importante para o estudo de resistência dos materiais, sendo um teste que é utilizado até hoje apesar de suas limitações.

Seguindo corretamente os passos acima, será possível até mesmo realizar uma leitura reversa, onde através do resultado obtido, é possível estimar o tipo de item que foi medido e até mesmo sua espessura mínima. O ensaio de dureza Rockwell tornou possível avaliar a dureza de materiais que não poderiam ser submetidos ao ensaio Brinell. Mesmo assim, há situações em que nem o ensaio Brinell nem o Rockwell são recomendáveis. Para esses casos específicos devemos aplicar o ensaio do tipo Vickers. Notamos também que uma das principais vantagens do teste Rockwell é permitir avaliar a dureza de metais endurecidos e também permitir a leitura do resultado do ensaio na própria máquina.

Teste 1 – Dureza Rockwell escala “C”: ● ● ● ● ● ● ●

Dureza Rockwell Padrão Máquina padrão; Máquina de simples manuseio; Dureza obtida direta no ensaio; Penetrador cônico de diamante; Conicidade de 120º; Carga maior do ensaio de 150 kgf; ● Leitura realizada na escala preta do relógio. Teste 2 – Dureza Rockwell 70HR15T: ● ● ● ● ● ●

Dureza Rockwell Superficial; Máquina precisa; Máquina de simples manuseio; Dureza obtida direto no ensaio; Penetrador esférico de aço; Esfera de 1,5875 mm de diâmetro; ● Pré-carga de 3 kgf; ● Carga maior de 15 kgf; ● Leitura realizada na escala vermelha do relógio. As Vantagens do teste Rockwell incluem a medida direta do valor da dureza e a rapidez do teste. Além disto o teste é não destrutivo, isto é, em geral a peça pode ser utilizada depois da medida. Entre as desvantagens estão a multiplicidade de escalas não relacionadas e os possíveis efeitos da mesa usada para suporte do corpo de prova (experimente colocar uma folha de

10 papel fino sob um bloco de teste e observe o efeito na medição da dureza). Os testes de Vickers e Brinell não são sensíveis a este efeito.

Referências SENAI “Luiz Scavone” Ensaio de materiais Telecurso 2000 Módulo 12 – Dureza Rockwell CIMM Teste de Dureza Rockwell ABNT NBR ISO 6508-1 Materiais metálicos – Ensaios de dureza Rockwell - 2019...