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Controle de Qualidade em Metalurgia

Dureza:

Na ciência dos materiais, dureza é a propriedade característica de um material sólido, que expressa sua resistência a deformações permanentes e está diretamente relacionada com a força de ligação dos átomos.

Basicamente, a dureza pode ser avaliada a partir da capacidade de um material "riscar" o outro, como na popular escala de Mohs para os minerais, que é uma tabela arbitrada de 1 a 10 na qual figuram alguns desses em escala crescente a partir do talco ao diamante.

Outra maneira de avaliar a dureza é verificar a capacidade de um material penetrar o outro. Na engenharia e na metalurgia, utiliza-se o chamado ensaio de penetração para a medição da dureza. A partir de um referencial intermediário, a dureza pode ser expressa em diversas unidades. São comuns usar os seguintes processos:

Dureza Materiais Brinell Metais Rockwell Metais Meyer Metais Vickers Metais, Cerâmicas Knoop Metais, Cerâmicas Shore Polímeros, Elastômeros, Borrachas Barcol Alumínio, Borrachas, Couro, Resinas IRHD Borrachas

Desde que haja um referencial intermediário, é a resistência oferecida por uma determinada liga padrão à penetração de um outro material que fornecerá o índice de dureza para os metais, sendo, portanto, de particular interesse para avaliar a resistência ao desgaste, o grau de endurecimento superficial por tratamentos térmicos e a resistência mecânica em geral do material, uma vez que as características mecânicas de sua superfície associadas ao grau de transferência térmica é que responderão como um todo.

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No entanto, um fator que gera imprecisões neste tipo de ensaio é o de que os materiais tendem a deformar a impressão deixada após a remoção da carga, devido à excessiva elasticidade ou à grande aderência por plasticidade.

Estes ensaios de dureza são realizados mais freqüentemente do que outros ensaios mecânicos devido aos seguintes fatores:

• São simples e de baixo custo – não é necessário a preparação de outro material e o equipamento é relativamente pouco dispendioso;

• Os ensaios não são destrutivos (em geral) – o material não é fraturado ou excessivamente deformado, sendo deixada apenas uma pequena impressão. (Porém, um ensaio com penetrador maior, tal como o de dureza Brinell, pode ser considerado destrutivo);

• Outras propriedades mecânicas podem ser obtidas através dos ensaios de dureza, como a tensão máxima de tração, que pode ser obtida, para a maioria dos aços, através da seguinte equação:

TS(MPa) = 3,45HB (formula prática).

onde "HB" é a dureza na escala Brinell.

A facilidade de conversão da dureza em um escala para outra é algo desejável. No entanto, como a dureza não é uma propriedade do material muito bem definida e, devido às diferenças entre os vários métodos, um esquema compreensível de conversão não foi totalmente definido. As conversões entre os diversos métodos de medição devem ser aplicadas com cautela, devido a variações nos resultados, em função de possíveis hetereogeneidades da microestrutura do material. Estas heterogeneidades resultam em resultados diferentes de dureza, principalmente quando se utilizam métodos com cargas muito reduzidas ( Viickers e Knoop ). Os métodos com cargas mais elevadas ( Brinell e Rockwell ) resultam em resultados mais homogêneos, representando uma "média" da dureza de uma determinada região da peça. Assim sendo, as durezas Vickers e Knoop são consideradas durezas de laboratório, sendo utilizadas mais frequentemente, para a determinação de durezas em pontos específicos de uma determinada peça, podendo-se distinguir

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Pagina: 3 a dureza entre diferentes fases do material ou entre áreas distintas, formadas por tratamentos térmicos como a cementação ou a nitretação. Estes métodos , quase sempre, exigem a preparação de corpo de prova, com lixamento fino ou mesmo o polimento metalográfico. Outra característica destes dois métodos é a possibilidade de variação da carga aplicada, com cargas entre 10 gramas e 100 kgf. A escolha da carga é feita em função do tipo de peça ou tipo de pesquisa que se realiza. Apesar de, teoricamente, para todas as cargas as durezas obtidas encontrarem-se dentro de uma mesma escala, na realidade cargas diferentes podem resultar em durezas diferentes, devido a possível presença de heterogeneidades no material. As durezas Brinell e Rockwell, são utilizadas para a medição de peças mais brutas, em geral, não é necessário a preparação de corpos de prova, sendo apenas realizado um pequeno lixamento na superfícia a ser testada. Estes métodos são apropriados para a utilização em linhas de produção e oficinas. Informações úteis para a conversão de dureza foram obtidas de modo experimental e podem ser vistas na ASTM E140 (Standard Hardness Conversion Tables for Metals). A tabela mostrada baixo não pode ser tomada como verdadeira para cálculos de engenharia. A conversão de resultados de dureza para valores de resistência a tração não é confiável, ocorrendo grandes variações , em função do tipo de aço e do tipo de tratamento térmico ao qual o aço foi submetido. Da mesma forma, resultados de dureza não levam em consideração possíveis falhas microestruturais que, por exemplo, poderiam haver fragilizado o aço, resultando em valores totalmente fora da tabela. "USE APENAS COMO REFERÊNCIA"

Tensão Máxima de Tração Brinell Rockwell Vickers Shore

MPa m HB HRC HRB HV D - - - 68 - 940 105

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Tensão Máxima de Tração Brinell Rockwell Vickers Shore

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Tensão Máxima de Tração Brinell Rockwell Vickers Shore

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Tensão Máxima de Tração Brinell Rockwell Vickers Shore

Existem diversos fatores que influenciam a dureza dos metais, principalmente:

• Soluções Sólidas e Elementos de Liga; • Tamanho de Grão e Direções Cristalográficas;

• Trabalho a Frio.

Para efeito de nossa matéria somente iremos estudar as durezas mais usadas, tais como Brinell (HB), Rockwel (HRC e HRB), Vickers (HV) e Shore (D).

A história da determinação de dureza

Ao escrever a lápis ou lapiseira, você sente com facilidade a diferença entre uma grafite macia, que desliza suavemente sobre o papel, e uma grafite duro, que deixa o papel marcado. Entretanto, a dureza de um material é um conceito relativamente complexo de definir, originando diversas interpretações. Num bom dicionário, você encontra que dureza é qualidade ou estado de duro, rijeza. Duro, por sua vez, é definido como difícil de penetrar ou de riscar, consistente, sólido. Essas definições não caracterizam o que é dureza para todas as situações, pois ela assume um significado diferente conforme o contexto em que é empregada:

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• Na área da metalurgia, considera-se dureza como a resistência à deformação plástica permanente. Isso porque uma grande parte da metalurgia consiste em deformar plasticamente os metais.

• Na área da mecânica, é a resistência à penetração de um material duro no outro, pois esta é uma característica que pode ser facilmente medida.

• Para um projetista, é uma base de medida, que serve para conhecer a resistência mecânica e o efeito do tratamento térmico ou mecânico em um metal. Além disso, permite avaliar a resistência do material ao desgaste.

• Para um técnico em usinagem, é a resistência ao corte do metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior ou menor dificuldade de usinar um metal é caracterizada como maior ou menor dureza.

• Para um mineralogista é a resistência ao risco que um material pode produzir em outro. E esse é um dos critérios usados para classificarem minerais. Ou seja, a dureza não é uma propriedade absoluta. Só tem sentido falar em dureza quando se comparam materiais, isto é, só existe um material duro se houver outro mole. Introdução É importante destacar que, apesar das diversas definições, um material com grande resistência à deformação plástica permanente também terá alta resistência ao desgaste, alta resistência ao corte e será difícil de ser riscado, ou seja, será duro em qualquer uma dessas situações. Vamos então, conhecer um dos métodos de ensaio de dureza mais amplamente utilizados: o ensaio de dureza Brinell. Saberão quais são suas vantagens e limitações e como é calculada a dureza de um material a partir deste tipo de ensaio. Vai ser duro? Nem tanto! Estude com atenção e faça os exercícios sugeridos.

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Avaliação da dureza: como tudo começou

Há registros de que no século XVII já se avaliava a dureza de pedras preciosas, esfregando-as com uma lima. No século XVIII desenvolveu-se um método para determinar a dureza do aço, riscando-o com minerais diferentes. Mas o primeiro método padronizado de ensaio de dureza do qual se tem notícia, baseado no processo de riscagem, foi desenvolvido por Mohs, em 1822. Este método deu origem à escala de dureza Mohs, que apresenta dez minériospadrões, ordenados numa escala crescente do grau 1 ao 10, de acordo com sua capacidade de riscar ou ser riscado. Esta escala não é conveniente para os metais, porque a maioria deles apresenta durezas Mohs 4 e 8, e pequenas diferenças de dureza não são acusadas por este método. Por exemplo, um aço dúctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma dureza Mohs de um aço temperado. As limitações da escala Mohs levaram ao desenvolvimento de outros métodos de determinação de dureza, mais condizentes com o controle do aço e de outros metais. Um deles é o ensaio de dureza Brinell, que você vai estudar a seguir.

Curiosidade

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