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SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA - SOCIESC
INSTITUTO SUPERIOR TUPY - IST
DENIS MARIO DALLABONA
GUILHERME HENNINGS
RENAN CARLON PAZIO
ENSAIO DE DUREZA E METALOGRAFIA
Joinville
2009/2
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ENSAIO DE DUREZA E METALOGRAFIA, Exercícios de Metrologia
ENSAIO DE DUREZA E METALOGRAFIA
Tipologia: Exercícios
2025
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SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA - SOCIESC
INSTITUTO SUPERIOR TUPY - IST
DENIS MARIO DALLABONA
GUILHERME HENNINGS
RENAN CARLON PAZIO
ENSAIO DE DUREZA E METALOGRAFIA
Joinville 2009/
DENIS MARIO DALLABONA
GUILHERME HENNINGS
RENAN CARLON PAZIO
ENSAIO DE DUREZA E METALOGRAFIA
Relatório do ensaio de dureza e metalografia, da disciplina de Comportamento Mecânico dos Materiais do curso de Engenharia Mecânica. Professor: DANIELE DA SILVA RAMOS Joinville 2009/
SUMÁRIO
- 1 INTRODUÇÃO
- 2 DUREZA
- 2.1 DUREZA BRINELL
- 2.2 DUREZA ROCKWELL
- 3 FERRO FUNDIDO
- 3.1 FERRO FUNDIDO NODULAR
- 4 METALOGRAFIA
- 4.1 LIXAMENTO
- 4.2 POLIMENTO
- 4.3 ATAQUE QUÍMICO
- 4.4 MICROSCÓPIO...............................................................................................
- 5 RESULTADOS OBTIDOS
- 5.1 DUREZA BRINELL
- 5.2 DUREZA ROCKWELL.........................................................................................
- 5.3 METALOGRAFIA
1 INTRODUÇÃO
A determinação das propriedades mecânicas dos materiais metálico é realizada por inúmeros ensaios. Quase sempre esses ensaios são destrutivos, pois promovem a ruptura ou a inutilização dos materiais. Com isso existem os ensaios não destrutivos usados para determinar algumas propriedades físicas dos metais, alem de detectar falhas internas dos mesmos. A dureza consiste numa medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada. Para determinar a dureza, há várias técnicas sendo que nestas técnicas um pequeno penetrador é forçado contra uma superfície do material a ser testado. A partir desse resultado, mede-se a profundidade ou o tamanho da impressão relacionando a um número, índice de dureza. Assim, quanto mais macio for o material, maior e mais profunda será a impressão e menor será o índice. Os valores da dureza são relativos, dependendo, assim, do tipo de técnica utilizada. Os ensaios de dureza são realizados freqüentemente, porque são simples e baratos, não destrutivos (o corpo de prova não é fraturado e nem deformado drasticamente) e permitem determinar outras propriedades do material. Os ensaios metalográficos procuram relacionar a estrutura íntima do material com as suas propriedades físicas, com o processo de fabricação, com o desempenho de suas funções e outros.
Os cálculos anteriores são dispensáveis, se você dispuser de uma tabela apropriada. Veja a seguir um exemplo de tabela que fornece os valores de dureza Brinell normal, em função de um diâmetro de impressão d. Tabela 1 – Dureza Brinell em função do diâmetro da impressão Para encontrar o valor de HB solicitado você deve ter procurado na primeira coluna da tabela a linha correspondente ao valor de diâmetro de impressão 3,
mm. Este valor está associado à dureza HB 293, que aparece na mesma linha, na segunda coluna. O ensaio padronizado, proposto por Brinell, é realizado com carga de 3. kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de aço temperado. Porém, usando cargas e esferas diferentes, é possível chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condições:
- A carga será determinada de tal modo que o diâmetro de impressão d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do diâmetro da esfera D. A impressão será considerada ideal se o valor de d ficar na média entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375 mm.
- Para obter um diâmetro de impressão dentro do intervalo citado no item anterior, deve-se manter constante a relação entre a carga (F) e o diâmetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a relação F/D2 é igual a uma constante chamada fator de carga. Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com a faixa de dureza e o tipo de material. O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações. Tabela 2 – Fatores de carga utilizada O diâmetro da esfera é determinado em função da espessura do corpo de prova ensaiado. A espessura mínima é indicada em normas técnicas de método de ensaio. No caso da norma brasileira, a espessura mínima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota. O quadro a seguir mostra os diâmetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido.
3.1 Ferro fundido nodular Ferro fundido é o termo geral aplicado ao grupo de ligas de base ferrosa contendo acima de 2% de carbono, bem como outros elementos de liga como o silício, manganês, níquel e cromo. As propriedades mecânicas, bem como as magnéticas, dos materiais de ferro são sensíveis aos seus teores de carbono, tipo de liga de fundição, bem como, tratamento térmico, corrosão ou propriedades físicas, como resistência elétrica. O ferro fundido nodular é conhecido por sua ductilidade, mas a vantagem mais importante tem sido seu alto módulo de elasticidade e resistência mecânica, em combinação com resistência a corrosão, fácil fundição e usinabilidade. Esse material apresenta uma microestrutura típica caracterizada por nódulos ou esferas de grafita. A matriz metálica, que envolve estas partículas, pode ser ferrítica ou perlítica, ou ainda uma mistura destes dois, dependendo do tratamento térmico dado. 4 METALOGRAFIA Este procedimento prescreve os conceitos gerais aplicados na preparação do corpo de prova para análise microscópica. Aplica-se a todos os materiais e produtos metálicos ferrosos. As técnicas metalográficas dos não-ferrosos são, em princípio, semelhantes às utilizadas nas ligas ferrosas, por exemplo, aços e ferros fundidos, exigindo, entretanto, preparação mais meticulosa, alicerçadas na total atenção, paciência e imaginação do preparador. Parte do material ou produto com forma e dimensões especifica da superfície a ser analisada podendo está ser embutida ou não. 4.1 Lixamento No caso de quando se recebe a peça já cortada e não necessita de embutimento, passa-se para etapa do lixamento da peça. Devido ao grau de perfeição requerida no acabamento de uma amostra metalografica idealmente preparada, é essencial que cada etapa da preparação seja executada cautelosamente Operação que tem por objetivo eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície dando um acabamento a esta superfície, preparando-a para
o polimento. Existem dois processos de lixamento: manual (úmido ou seco) e automático. A técnica de lixamento manual consiste em se lixar a amostra sucessivamente com lixas de granulometria cada vez menor, mudando-se de direção (90°) em cada lixa subseqüente até desaparecerem os traços da lixa anterior. A seqüência mais adequada de lixas para o trabalho metalográfico com aços é 100, 220, 320, 400, 600 e 1200. Para se conseguir um lixamento eficaz é necessário o uso adequado da técnica de lixamento, pois de acordo com a natureza da amostra, a pressão de trabalho e a velocidade de lixamento, surgem deformações plásticas em toda a superfície por amassamento e aumento de temperatura. Esses fatores podem dar uma imagem falseada da amostra, por isso devem-se ter os seguintes cuidados:
- Escolha adequada do material de lixamento em relação à amostra e ao tipo de exame final;
- A superfície deve estar rigorosamente limpa, isenta de líquidos e graxas que possam provocar reações químicas na superfície;
- Riscos profundos que surgirem durante o lixamento deve ser eliminado por novo lixamento;
- Metais diferentes não devem ser lixados com a utilização da mesma lixa.
- Além do lixamento como preparo da amostra para posterior polimento, existe o esmerilhamento ou “Lapping”, que faz uso de grãos abrasivos soltos rolando livremente entre o seu suporte e a superfície da amostra. 4.2 Polimento Operação pós lixamento que visa um acabamento superficial polido isento de marcas, utiliza para este fim pasta de diamante ou alumina. Antes de realizar o polimento deve-se fazer uma limpeza na superfície da amostra, de modo a deixá-la isentam de traços abrasivos, solventes, poeiras e outros. A operação de limpeza pode ser feita simplesmente por lavagem com água, porém, aconselha-se usar líquidos de baixo ponto de ebulição (álcool etílico, freon líquido, etc.) para que a secagem seja rápida.
Resultados: 1ª Leitura: 3,5 => Dureza: 302 HB; 2ª Leitura: 3,6 => Dureza: 285 HB; 3ª Leitura: 3,5 => Dureza: 302 HB. 5.2 Dureza Rockwell Dados do ensaio: Material: Ferro fundido nodular – temperado e revenido; Penetrado de diamante. Resultados: 1ª Medição: 52 HRC (Pré-carga: 150,0 kgf) 2ª Medição: 52 HRC (Pré-carga: 150,0 kgf); 3ª Medição: 52,5 HRC (Pré-carga: 150,0 kgf); Dados do ensaio: Material: Ferro fundido nodular – temperado; Penetrado de diamante. Resultados: 1ª Medição: 55 HRC (Pré-carga: 150,0 kgf) 2ª Medição: 55 HRC (Pré-carga: 150,0 kgf); 3ª Medição: 56 HRC (Pré-carga: 150,0 kgf); 5.3 Metalografia As imagens mostram as microestruturas do ferro fundido em suas diferentes condições de tratamento térmico. Após todo preparo das três amostras, foram então levadas ao microscópio para análise. A primeira análise realizada foi com a amostra após o polimento, ou seja, sem ataque químico com Nital. Nesta etapa foi caracterizada apenas 1 amostra, já que a imagem obtida é igual para todas, pois só é possível visualizar as grafitas.
Em seguida foi realizado o ataque químico com Nital 3% onde foi possível revelar a matriz do material, evidenciando o tratamento térmico, conforme pode ser visto nas figuras de 02 a 04. Figura 1: distribuição das grafitas (fase escura) em forma nodular. Aumento 100x. Sem ataque químico. Figura 02 - Sem tratamento térmico - Matriz perlítica/ferrítica em proporção aproximada de 90 para 10. Aumento: 400x. Ataque: Nital 3%