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Ministrio da Educao Secretaria de Educao Profissional
e Tecnolgica
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA MECNICA E MATERIAIS
CURSO TECNICO DE MECNICA
2009
Ao superduplex SAF 2507 Laboratrio de Metalografia
Professoras: Maria Dorotia Costa Sobral Dilcian Gomes Ribeiro de
Oliveira
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A apostila uma compilao de textos, alguns com pequenas
modificaes, da bibliografia recomendada, e no substitui os livros.
Bibliografia Recomendada A bibliografia denominada de bsica pode
ser encontrada na Biblioteca do IFBA. Os trs volumes do Chiaverini,
Tecnologia Mecnica [1] contm todo o assunto estudado em Tecnologia
dos Materiais, exceto a parte referente prtica de Metalografia, que
pode ser encontrada no livro de Colpaert [4]. O livro que melhor
explica os ensaios mecnicos o livro de Souza [5]. O livro de Remy
[6] foi escrito em linguagem mais simples, mas a norma utilizada a
alem (DIN) e no a que usada no Brasil (ABNT). Da lista da
bibliografia complementar, os livros mais baratos so os do
Telecurso 2000 da Editora Globo. Bsica 1. Souza, S. Augusto.
Ensaios Mecnicos de Materiais Metlicos. Editora Edgard
Blutcher Ltda. 1982.
2. Chiaverini, Vicente. Tecnologia Mecnica. Vol. I, II e III.
Ed. McGraw-Hill. 1986.
3. Chiaverini, Vicente. Aos e Ferros Fundidos. ABM. 1987.
4. Van Vlack, L. H. Princpios de Cincia e Tecnologia dos
Materiais. Ed. Campus.
1970.
5. Colpaert, Hubertus, Metalografia dos produtos siderrgicos
comuns. 1969.
6. Remy, A., Gay, M. e Gonthier, R. Materiais. Ed. Hemus.
7. Coutinho, Telmo de Azevedo. Anlise e Prtica Metalogrfica.
Ed.
8. Fazano, Carlos Alberto T. V. A Prtica Metalogrfica. Ed.
9. Catlogos Tcnicos (diversos)
10. Costa e Silva, A. L. e Mei, P. R. Aos e Ligas Especiais.
Villares Metals S. A. 1988.
Complementar
Higgins, R. A. Propriedades e Estrutura dos Materiais em
Engenharia. Editora Difel. 1982.
Coutinho, C. Bottrel. Materiais Metlicos para Engenharia. 1992.
Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos
Materiais, Editora LTC.
2000.
Telecurso 2000, Apostila. Mecnica, Ensaios. Editora Globo. 1995
Telecurso 2000, Apostila. Mecnica, Materiais. Editora Globo. 1995.
Telecurso 2000, Apostila. Tratamentos Trmicos e Tratamentos de
Superfcie. Editora
Globo. 1995
Freire, J. M. Materiais de Construo Mecnica. L. T. C. 1983.
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PORQUE ENSAIAR? Como voc se sentiria se a chave que acabou de
mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se
a jarra de vidro refratrio que a propaganda diz que pode ir do fogo
ao freezer trincasse ao ser enchida com gua fervente? Ou ainda, se
o seu guarda-chuva virasse ao contrrio em meio a um temporal? .
Hoje em dia ningum se contenta com objetos que apresentem esses
resultados. Mas por longo tempo essa foi a nica forma de avaliar a
qualidade de um produto! Nos sculos passados, como a construo dos
objetos era essencialmente artesanal, no havia um controle de
qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade
de uma lmina de ao, a dureza de um prego, a pintura de um objeto
simplesmente pelo prprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse
rpida quebra da ferramenta era o mtodo racional que qualquer um
aceitava para determinar a qualidade das peas, ou seja, a anlise da
qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto.
O acesso a novas matrias-primas e o desenvolvimento dos processos
de fabricao obrigaram a criao de mtodos padronizados de produo, em
todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e mtodos
de controle de qualidade dos produtos. Atualmente, entende-se que o
controle de qualidade precisa comear pela matria-prima e deve
ocorrer durante todo o processo de produo, incluindo a inspeo e os
ensaios finais nos produtos acabados. Nesse quadro, fcil perceber a
importncia dos ensaios de materiais: por meio deles que se verifica
se os materiais apresentam as propriedades que os tornaro adequados
ao seu uso. Que propriedades so essas, que podem ser verificadas
nos ensaios? Para que servem os ensaios? Se voc parar para observar
crianas brincando de cabo-de-guerra, ou uma dona de casa torcendo
um pano de cho, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias numa cama
elstica, ver alguns exemplos de esforos a que os materiais esto
sujeitos durante o uso. Veja a seguir a representao esquemtica de
alguns tipos de esforos que afetam os materiais.
Figura 1. Tipos de esforos a que esto submetidos os
materiais.
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evidente que os produtos tm de ser fabricados com as
caractersticas necessrias para suportar esses esforos. Mas como
saber se os materiais apresentam tais caractersticas? Realizando
ensaios mecnicos! Os ensaios mecnicos dos materiais so
procedimentos padronizados que compreendem testes, clculos, grficos
e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas
tcnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto j
fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a
situaes que simulam os esforos que eles vo sofrer nas condies reais
de uso, chegando a limites extremos de solicitao. Onde so feitos os
ensaios Os ensaios podem ser realizados na prpria oficina ou em
ambientes especialmente equipados para essa finalidade: os
laboratrios de ensaios. Os ensaios fornecem resultados gerais, que
so aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos em
qualquer local que apresente as condies adequadas. So exemplos de
ensaios que podem ser realizados na oficina: Ensaio por lima -
utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco.
Quanto mais fcil retirar o cavaco, mais mole o material. Se a
ferramenta desliza e no corta, podemos dizer que o material duro.
Ensaio pela anlise da centelha - utilizado para fazer a classificao
do teor de carbono de um ao, em funo da forma das centelhas que o
material emite ao ser atritado num esmeril. Por meio desses tipos
de ensaios no se obtm valores precisos, apenas conhecimentos de
caractersticas especficas dos materiais. As informaes servem de
comparao entre os materiais.
Corpo de prova
Extensmetro
Garras de fixao
Cabeote mvel
Base fixa
Dinammetro
Figura 2. Mquina de Ensaios Universal.
Os ensaios podem ser realizados em prottipos, no prprio produto
final ou em corpos de prova e, para serem confiveis, devem seguir
as normas tcnicas estabelecidas.
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Imagine que uma empresa resolva produzir um novo tipo de
tesoura, com lmina de ao especial. Antes de lanar comercialmente o
novo produto, o fabricante quer saber, com segurana, como ser seu
comportamento na prtica. Para isso, ele ensaia as matrias-primas,
controla o processo de fabricao e produz uma pequena quantidade
dessas tesouras, que passam a ser os prottipos. Cada uma dessas
tesouras ser submetida a uma srie de testes que procuraro
reproduzir todas as situaes de uso cotidiano. Por exemplo, o corte
da tesoura pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo
material por horas seguidas. Os resultados so analisados e servem
como base para o aperfeioamento do produto. Os ensaios de prottipos
so muito importantes, pois permitem avaliar se o produto testado
apresenta caractersticas adequadas sua funo. Os resultados obtidos
nesses testes no podem ser generalizados, mas podem servir de base
para outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes. J os
ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normas
tcnicas estabelecidas, em condies padronizadas, permitem obter
resultados de aplicao mais geral, que podem ser utilizados e
reproduzidos em qualquer lugar. Propriedades dos materiais Todos os
campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes construo de
mquinas e estruturas, esto intimamente ligados aos materiais e s
suas propriedades. Tomando como base as mudanas que ocorrem nos
materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois
grupos: fsicas; qumicas. Se colocarmos gua fervente num copo
descartvel de plstico, o plstico amolece e muda sua forma. Mesmo
mole, o plstico continua com sua composio qumica inalterada. A
propriedade de sofrer deformao sem sofrer mudana na composio qumica
uma propriedade fsica. Por outro lado, se deixarmos uma barra de
ao-carbono (ferro + carbono) exposta ao tempo, observaremos a
formao de ferrugem (xido de ferro: ferro + oxignio). O ao-carbono,
em contato com o ar, sofre corroso, com mudana na sua composio
qumica. A resistncia corroso uma propriedade qumica. Entre as
propriedades fsicas, destacam-se as propriedades mecnicas, que se
referem forma como os materiais reagem aos esforos externos,
apresentando deformao ou ruptura. Propriedades mecnicas As
propriedades mecnicas constituem as caractersticas mais importantes
dos metais para sua aplicao no campo da engenharia, visto que o
projeto e a execuo das estruturas metlicas, quer mveis, quer fixas,
assim como a confeco dos componentes mecnicos so baseados no seu
conhecimento. As propriedades mecnicas definem o comportamento de
um material quando sujeito a esforos mecnicos e correspondem s
propriedades que, num determinado material indicam a sua capacidade
de transmitir e resistir aos esforos que lhe so aplicados, sem
romper ou sem que se verifiquem deformaes incontrolveis. Esses
esforos mecnicos so os mais variados. Eles podem significar a
aplicao de uma carga de modo lento e gradual; neste caso a natureza
do esforo esttica, como trao, compresso, dobramento, toro etc. A
aplicao da carga pode ser feita de modo repentino como o choque.
Sua natureza dinmica. Finalmente os esforos podem ser repetidos, a
carga variando repetidamente, seja em valor, seja em direo, como na
fadiga. Para ter-se uma melhor viso do comportamento dos metais
quando sujeitos a esses tipos de esforos - para o que se utilizam
os chamados ensaios mecnicos necessrio definir com preciso alguns
conceitos fundamentais.
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Definies Na determinao das propriedades mecnicas, aplicam-se
cargas expressas em kgf. Como resultado dessa aplicao, ocorre uma
distribuio interna de foras ou componentes de foras que pode
resultar numa mudana na forma da pea submetida carga. Define-se
tenso como a intensidade dessas foras, correspondendo, portanto,
carga dividida pela seco transversal do corpo. A tenso expressa em
kgf/mm2 ou MPa1. H trs tipos bsicos de tenses, em funo do tipo de
carga aplicada:
Plano de tenso
Trao Compresso Cisalhamento
Figura 3. Tenses em funo da carga aplicada.
- tenso de trao, na qual h uma tendncia de separao do material
em duas partes, em relao ao plano de tenso;
- tenso de compresso, que o inverso da trao; as partes do
material adjacentes ao plano de tenso tendem a comprimir-se uma
contra a outra;
- tenso de cisalhamento, em que as duas partes tendem a
escorregar uma sobre a outra.
Matematicamente, h somente dois tipos de cargas ou de tenses,
pois a compresso pode ser considerada como a verso negativa da
trao. Deformao: a mudana dimensional que se verifica no material
como resultado da carga aplicada. Exprime-se quase sempre em
porcentagem. Contudo, na toro por exemplo, a deformao est
relacionada com o ngulo de toro, expresso em radianos.
Resistncia(strength): a carga ou tenso mxima suportada pelo
material dentro de determinadas condies; por exemplo, resistncia
elstica, resistncia carga mxima, resistncia ruptura, etc.
Ductilidade: corresponde capacidade de um material poder ser
deformado apreciavelmente antes de romper. O ao de baixo carbono,
por exemplo, uma liga de grande ductilidade. Os materiais no dcteis
so chamados de frgeis, sendo a fragilidade a caracterstica
correspondente. Exemplo: ferro fundido cinzento. Dureza: ela , na
realidade, uma medida de resistncia penetrao de uma ponta (esfrica,
cnica ou piramidal constituda de material duro) oferecida pelo
material do cdp; Mdulo de elasticidade: corresponde relao entre a
tenso e deformao no regime elstico; uma medida da rigidez, pois
quanto maior for, menor ser a deformao elstica para uma dada tenso
aplicada, e assim se constitui num importante parmetro para o
projeto do produto. Tenacidade: corresponde quantidade de energia
necessria para romper um material, podendo, portanto, ser medida
pela quantidade de trabalho por unidade de volume necessrio para
levar o material ruptura sob a ao de carga esttica. A tenacidade
pode ser expressa em Joules/m3.
1 1 MPa equivale a 0,102 kgf/mm2 ou 1 kgf/mm2 corresponde a
9,807 MPa
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Fadiga: as falhas de componentes metlicos em servio, na maioria
das vezes, decorrem devido fadiga provocada por solicitaes cclicas.
A fratura apresenta caractersticas frgeis e influenciada por
diversos fatores como pontos de concentraes de tenses residuais e
outros. Resistncia ao choque: a solicitao dinmica das peas metlicas
por impacto um dos fatores que conduz a fratura tambm com
caractersticas frgeis. Os ensaios de choque so padronizados nos
ensaios Charpy e Izod. Resistncia fluncia: as solicitaes mecnicas
podem provocar, a partir de uma determinada temperatura, a deformao
plstica em funo do tempo tenso ou carga constante; essa propriedade
fundamental para o projeto de componentes de mquinas e estruturas
que devem operar em temperaturas elevadas. Coeficiente de segurana
e tenso admissvel de trabalho. Ao projetar-se uma estrutura ou um
componente mecnico, depois de conhecidas as tenses s quais as peas
esto sujeitas, lana-se mo de um fator chamado fator de segurana, ou
coeficiente de segurana pelo qual dividida a resistncia adotada
para o material escolhido. O coeficiente de segurana , portanto, um
nmero emprico pelo qual a resistncia do material dividida de modo a
obter-se uma tenso conservadora, por assim dizer. O resultado desse
quociente chamado tenso admissvel de trabalho. So inmeras as razes
pelas quais a tenso de trabalho de um membro de uma estrutura ou de
uma mquina deve corresponder a um valor inferior resistncia do
material. Em primeiro lugar, os materiais de construo, em
particular, os metais, tendem a deteriorar-se em servio, pela ao do
meio ambiente. Em segundo lugar, ocorrem freqentes variaes na
distribuio das tenses adotadas no projeto, alm de surgirem
ocasionalmente sobrecargas. Em terceiro lugar, difcil garantir-se
perfeio na fabricao de uma determinada pea metlica, alm de poderem
ser introduzidas variaes de tenses adicionais no transporte,
montagem e instalao da mquina ou da estrutura. Nessas condies, o
comportamento do material pesquisado em laboratrios de ensaios
mediante a determinao de suas propriedades em amostras pode
divergir do seu verdadeiro comportamento na prtica. Os fatores ou
coeficientes de segurana variam grandemente em funo do tipo de
carga, do tipo de material e das condies de servio. Para materiais
dcteis que se deformam antes de romper, os seus valores variam de
1,5 a 4. Para materiais frgeis quem rompem bruscamente, sem
qualquer aparente deformao prvia, os coeficientes de segurana podem
atingir valores de 5 a 8. Em resumo, os membros de mquinas e
estruturas, principalmente quando sujeitos a cargas estticas,
raramente rompem em servio graas ao coeficiente de segurana, a no
ser que fiquem repentinamente sujeitos a uma carga acidental de
considervel grandeza. No caso de partes mveis de mquinas, as falhas
ocorrem mais freqentemente pela presena de cargas dinmicas ou
cclicas.
Telecurso 2000, Ensaios. Ed. Globo, Cap. 1. Chiaverini, Vicente.
Tecnologia Mecnica. V. I, Pearson Education, 1986, pp.84-87.
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EXERCCIO 1. O que so prottipos e para que servem? 2. Porque
necessrio conhecer as propriedades mecnicas do material que ser
usado
na fabricao de componentes mecnicos? 3. Explique o que um esforo
esttico e um esforo dinmico. 4. Se o mdulo de elasticidade do
alumnio de 7000 kgf/mm2, qual o valor em MPa? 5. O que tenso? 6. No
dia a dia, aonde podemos observar um componente mecnico submetido a
um
esforo de trao? 7. Como voc definiria resistncia trao? 8.
Compare materiais dcteis com materiais frgeis em relao deformao
sofrida
quando submetidos a um esforo esttico at que se rompam. 9. O que
fadiga? 10. Porque a tenso admissvel de trabalho deve ser menor do
que resistncia do
material? Ensaio de trao O ensaio de trao consiste em submeter o
material a um esforo que tende a along-lo at a ruptura. Os esforos
ou cargas so medidos na prpria mquina de ensaio. No ensaio de trao
o corpo deformado por alongamento, at o momento em que se rompe. Os
ensaios de trao permitem conhecer como os materiais reagem aos
esforos de trao, quais os limites de trao que suportam e a partir
de que momento se rompem. Antes da ruptura, a deformao Imagine um
corpo preso numa das extremidades, submetido a uma fora, como na
ilustrao da figura 4. Quando esta fora aplicada na direo do eixo
longitudinal, dizemos que se trata de uma fora axial. Ao mesmo
tempo, a fora axial perpendicular seo transversal do corpo. Observe
novamente a figura 4. Repare que a fora axial est dirigida para
fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a fora axial est
dirigida para fora do corpo, trata-se de uma fora axial de trao. A
aplicao de uma fora axial de trao num corpo preso produz uma
deformao no corpo, isto , um aumento no seu comprimento com
diminuio da rea da seo transversal.
Figura 4. Fora de trao produz deformao no corpo
Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o
efeito do alongamento num corpo submetido a um ensaio de trao.
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Figura 5. Corpo de prova de ensaio de trao
Na norma brasileira, o alongamento representado pela letra A e
calculado subtraindo-se o comprimento inicial do comprimento final
e dividindo-se o resultado pelo comprimento inicial. De acordo com
Souza (1982) deve ser expressa em %. Em linguagem matemtica, esta
afirmao pode ser expressa pela seguinte igualdade: sendo que Lo
representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representa o
comprimento final aps o ensaio.
100xL
LLA
o
of = Suponha que voc quer saber qual o alongamento sofrido por
um corpo de 12 mm que, submetido a uma fora axial de trao, ficou
com 13,2 mm de comprimento. Aplicando a frmula anterior, voc fica
sabendo que:
100)/1,0(12
2,112
122,13 xmmmmAAL
LLA
o
of ==== A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformao de 0,1 mm
por 1 mm de dimenso do material. Para obter a deformao expressa em
porcentagem, basta multiplicar o resultado anterior por 100. No
nosso exemplo: A = 0,1 mm/mm X 100 = 10%. Tenso de trao: o que e
como medida A fora de trao atua sobre a rea da seo transversal do
material. Tem-se assim uma relao entre essa fora aplicada e a rea
do material que est sendo exigida, denominada tenso. Neste mdulo, a
tenso ser representada pela letra T ou Sigma () Em outras palavras:
Tenso (T ou ) a relao entre uma fora (F) e uma unidade de rea (S),
tenso a fora aplicada dividida pela rea da seo considerada:
SF=
Para efeito de clculo da tenso suportada por um material,
considera-se como rea til da seo deste material a soma das reas de
suas partes macias. Por exemplo: um cabo metlico para elevao de
pesos, cuja rea da seo de 132,73 mm2, composto por 42 espiras de
1,2 mm2, tem como rea til 50,4 mm2.
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A unidade de medida de fora adotada pelo Sistema Internacional
de Unidades (SI) o Newton (N). A unidade quilograma-fora (kgf)
ainda usada no Brasil porque a maioria das mquinas disponveis
possui escalas nesta unidade. Porm, aps a realizao dos ensaios, os
valores de fora devem ser convertidos para Newton (N). A unidade de
medida de rea o metro quadrado (m2). No caso da medida de tenso,
mais freqentemente usado seu submltiplo, o milmetro quadrado (mm2).
Assim, a tenso expressa matematicamente como:
2mmN=
Durante muito tempo, a tenso foi medida em kgf/mm2 ou em psi
(Pound Square Inch, que quer dizer: libra por polegada quadrada).
Com adoo do Sistema Internacional de Unidades (SI) pelo Brasil, em
1978, essas unidades foram substitudas pelo pascal (Pa). Um mltiplo
dessa unidade, o megapascal (MPa), vem sendo utilizado por um nmero
crescente de pases, inclusive o Brasil. Veja no quadro de converses
a seguir a correspondncia entre essas unidades de medida.
1 N = 0,102 kgf 1 kgf = 0,454 lb = 9,807 N 1 MPa = 1 N/mm2 =
0,102 kgf/mm2 1 kgf/mm2 = 1422,27 psi = 9,807 MPa = 9,807 N/mm2
Equipamento para o ensaio de trao O ensaio de trao geralmente
realizado na mquina universal (Figura 2), que tem este nome porque
se presta realizao de diversos tipos de ensaios. Analise
cuidadosamente a ilustrao da figura 2, que mostra os componentes
bsicos de uma mquina universal de ensaios. Fixa-se o corpo de prova
na mquina por suas extremidades, numa posio que permite ao
equipamento aplicar-lhe uma fora axial para fora, de modo a
aumentar seu comprimento. A mquina de trao hidrulica, movida pela
presso de leo, e est ligada a um dinammetro que mede a fora
aplicada ao corpo de prova. A mquina de ensaio possui um
registrador grfico que vai traando o diagrama de fora e deformao,
em papel milimetrado, medida que o ensaio realizado. Corpos de
prova O ensaio de trao feito em corpos de prova com caractersticas
especificadas de acordo com normas tcnicas. Suas dimenses devem ser
adequadas capacidade da mquina de ensaio. Normalmente utilizam-se
corpos de prova de seo circular ou de seo retangular, dependendo da
forma e tamanho do produto acabado do qual foram retirados, como
mostram as ilustraes a seguir.
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Figura 6. Corpos de prova de seo circular e de seo
retangular
A parte til do corpo de prova, identificada no desenho anterior
por Lo, a regio onde so feitas as medidas das propriedades mecnicas
do material. Entre as cabeas e a parte til h um raio de concordncia
para evitar que a ruptura ocorra fora da parte til do corpo de
prova (Lo). Segundo a ABNT, o comprimento da parte til dos corpos
de prova utilizados nos ensaios de trao deve corresponder a 5
(cinco) vezes o dimetro da seo da parte til. Por acordo
internacional, sempre que possvel um corpo de prova deve ter 10 mm
de dimetro e 50 mm de comprimento inicial. No sendo possvel a
retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo
com dimenses proporcionais a essas. Corpos de prova com seo
retangular so geralmente retirados de placas, chapas ou lminas.
Suas dimenses e tolerncias de usinagem so normalizadas pela
ISO/R377 enquanto no existir norma brasileira correspondente. A
norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos
de prova devem apresentar bom acabamento de superfcie e ausncia de
trincas. Preparao do corpo de prova para o ensaio de trao O
primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo
de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da
matria-prima ou de partes especficas do produto acabado. Depois,
deve-se medir o dimetro do corpo de prova em dois pontos no
comprimento da parte til, utilizando um micrmetro, e calcular a
mdia. Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto , traar as
divises no comprimento til. Num corpo de prova de 50 mm de
comprimento, as marcaes devem ser feitas de 5 em 5 milmetros.
Alongamento O alongamento elstico pode ser medido de forma direta
por meio de um aparelho chamado extensmetro (Figura 2), que
acoplado ao corpo de prova. J o alongamento plstico define a
ductilidade do material: quanto maior o alongamento plstico, maior
a facilidade de deformar o material. Pelo alongamento, podemos
saber
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para que tipo de processo de produo um material indicado (forja
a frio, laminao, estamparia profunda, etc.). Determinao do limite
elstico ou de proporcionalidade Para sentir a importncia desta
propriedade, imagine-se dentro de um elevador, que funciona preso
por um cabo de ao. O que aconteceria se o cabo se alongasse um
pouquinho toda vez que o elevador subisse ou descesse? O cabo de ao
iria ficar cada vez mais fino, at que a sua espessura se tornasse
tal que no suportaria mais o peso da cabine (e com voc l dentro!).
No seria nada agradvel uma queda do vigsimo andar. , mas isto
aconteceria se a solicitao ultrapassasse o limite elstico, porque
qualquer solicitao acima do limite elstico causa deformao
permanente. Portanto, o limite elstico a mxima tenso a que uma pea
pode ser submetida sem que ocorra deformao permanente. Por isso, o
conhecimento de seu valor fundamental para qualquer aplicao. A
rigor, a determinao do limite elstico deveria ser feita por
carregamentos e descarregamentos sucessivos, at que se alcanasse
uma tenso que mostrasse, com preciso, uma deformao permanente. Este
processo muito trabalhoso e no faz parte dos ensaios de rotina.
Porm, devido importncia de se conhecer o limite elstico, em 1939 um
cientista chamado Johnson props um mtodo para determinar um limite
elstico aparente, que ficou conhecido como limite Johnson. Veja
como determinar o limite Johnson na prtica, acompanhando os passos
explicados a seguir. 1. Trace uma reta perpendicular ao eixo das
tenses, fora da regio da curva tenso-deformao (F-G).
Figura 7. Passos 1 e 2 para determinar o limite Johnson.
2. Prolongue a reta da zona elstica, a partir do ponto O, at que
ela corte a reta FG no ponto E. 3. Marque o ponto D de modo que a
medida do segmento FD seja igual a uma vez e meia o segmento FE. 4.
Trace a reta OD.
G G
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Figura 8. Passos 3 e 4 para determinar o limite Johnson.
5. Trace a reta MN paralela a OD, tangenciando a curva
tenso-deformao.
Figura 9. Determinao do limite Johnson.
O limite Johnson o valor de tenso do ponto tangencial (A).
Limite de escoamento: valores convencionais O limite de escoamento
, em algumas situaes, alternativa ao limite elstico, pois tambm
delimita o incio da deformao permanente (um pouco acima). Ele
obtido verificando-se a parada do ponteiro na escala da fora
durante o ensaio e o patamar formado no grfico exibido pela mquina.
Com esse dado possvel calcular o limite de escoamento do material.
Entretanto, vrios metais no apresentam escoamento, e mesmo nas
ligas em que ocorre ele no pode ser observado, na maioria dos
casos, porque acontece muito rpido e no possvel detect-lo. Por
essas razes, foram convencionados alguns valores para determinar
este limite. O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento
percentual. Os valores de uso mais freqente so: n = 0,2%, para
metais e ligas metlicas em geral; n = 0,1%, para aos ou ligas no
ferrosas mais duras; n = 0,01%, para aos-mola. Graficamente, o
limite de escoamento dos materiais citados pode ser determinado
pelo traado de uma linha paralela ao trecho reto do diagrama
tenso-deformao, a partir do
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ponto n. Quando essa linha interceptar a curva, o limite de
escoamento estar determinado, como mostra a figura 10 abaixo
direita.
Figura 10. Limite de escoamento.
Se o grfico obtido no ensaio for expresso como Fora versus l,
faz-se necessrio encontrar o valor de l em mm que corresponda ao
alongamento recomendado ou convencional n. Por exemplo, se n=0,2%
significa que =0,002. J que =l/l0 e o valor de l0 conhecido, temos
que l=0,002xl0, valor que ser marcado no grfico para se traar a
reta paralela ao trecho reto da curva. Tenso no limite de
resistncia Este valor de tenso utilizado para a especificao dos
materiais nas normas, pois o nico resultado preciso que se pode
obter no ensaio de trao e utilizado como base de clculo de todas as
outras tenses determinadas neste ensaio. Por exemplo, um ao 1080
apresenta um limite de resistncia de aproximadamente 700 MPa. Ao
produzirmos novos lotes desse ao, devemos executar seu ensaio para
verificar se ele realmente possui esta resistncia. Ou seja, esta
especificao utilizada para comparar a resistncia de um ao produzido
com o valor referencial da norma. Conhecer o limite de resistncia
tambm til para comparar materiais. Por exemplo, um ao 1020
apresenta aproximadamente 400 MPa de resistncia trao. Este valor
nos demonstra que o ao 1080 tem uma resistncia 300 MPa maior que o
1020. Apesar de no se utilizar este valor para dimensionar
estruturas, ele servir de base para o controle de qualidade dessas
ligas. Dificuldades com a tenso de ruptura difcil determinar com
preciso o limite de ruptura, pois no h forma de parar o ponteiro da
fora no instante exato da ruptura. Alm disso, o limite de ruptura
no serve para caracterizar o material, pois quanto mais dctil ele ,
mais se deforma antes de romper-se. Calculando a estrico Aps ser
atingida a carga mxima, ocorre a estrico do material, que uma
diminuio da seo transversal do corpo de prova na regio aonde vai se
localizar a ruptura, devido a um alongamento um pouco maior numa
poro levemente mais fraca do corpo de prova. A estrico tambm uma
medida da ductilidade do material, da mesma forma que o alongamento
plstico. representada pela letra Z ou (phi), e calculada pela
seguinte frmula:
-
15
100xS
SSZ
o
fo = onde So a rea de seo transversal inicial e Sf a rea de seo
final, conhecida pela medio da regio fraturada. A reduo da rea da
seo transversal ocorre aps ter se atingido a carga mxima no ensaio
de trao. Calculando o Mdulo de Elasticidade O mdulo de elasticidade
determinado pelas foras de ligao entre os tomos de um metal. Como
estas foras so constantes para cada estrutura que apresente o
metal, o mdulo de elasticidade uma das propriedades mais constantes
dos metais, embora possa ser levemente afetado por adies de
elementos de liga, ou por variaes alotrpicas, tratamentos trmicos
ou trabalho a frio que alterem a estrutura metlica. A medida de E
feita pela tangente da reta caracterstica da zona elstica,
traando-se a curva tenso-deformao na zona elstica com a maior
preciso possvel. Poder ser calculado a partir do limite Johnson
determinado em tenso, dividido pela deformao obtida a partir do l
correspondente fora do Johnson dividido por l0.
Ou alidadeproporcion
alidadeproporcionE =
N/mm2, que pode ser calculado por
0//
llSF
Ealidadeproporcion
oalidadeproporcion
= N/mm2 conforme figura 11.
Figura 11. Determinao da fora de proporcionalidade e o
correspondente valor de l usados respectivamente para calcular a
tenso limite de proporcionalidade e a
deformao de proporcionalidade.
Fprop
lprop
F (N).
l (mm).
-
16
Calculando o Mdulo de Resilincia A resilincia corresponde
capacidade do material de absorver energia quando este deformado
elasticamente e a propriedade associada a ela dada pelo mdulo de
resilincia (Ur).
EU escoamentoR 2
2= N.mm/mm3
Figura 12. Mdulo de resilincia
Calculando o Mdulo de Tenacidade A tenacidade de um metal a sua
capacidade de absorver energia na zona plstica. A tenacidade medida
atravs do mdulo de tenacidade, que a quantidade de energia
absorvida por unidade de volume no ensaio de trao at a fratura.
Para materiais dcteis podem ser usadas
totalresesc
T xU 2+= N.mm/mm3 ou totalresT xU = N.mm/mm3
E para materiais frgeis
totalresT xU 32= N.mm/mm3
Telecurso 2000. Mecnica. Ensaios e Souza(Adaptados)
EXERCCIO Uma barra de ao foi submetida a um ensaio de trao
convencional, apresentando os resultados da tabela abaixo. Dados:
Dimetro do corpo de prova: 19,0 mm. Comprimento de referncia
(inicial): lo= 198 mm. Comprimento final = 218 mm. Dimetro da seo
estrita= 15,7 mm. Carga mxima suportada pelo corpo de prova: 195000
N. Faa o grfico em papel milimetrado e determine:
-
17
a) Alongamento plstico (A em %) e estrico (Z em %) b) Limite de
resistncia trao c) Limite de escoamento para n=0,2% d) Limite de
proporcionalidade pelo mtodo de Johnson e) Mdulo de Elasticidade f)
Mdulo de Resilincia g) Mdulo de Tenacidade
l (mm) Carga(N)
0,05 149000,1 30000
0,15 442000,2 59200
0,25 745000,3 89000
0,35 1035000,4 119000
0,45 1280000,5 137500
0,55 1440000,6 150000
0,65 1536000,7 157000
0,75 1610000,8 162400
0,85 1650000,9 166000
0,95 1670001 168000
1,05 1682001,1 168500
1,15 1690001,2 170500
-
18
Dureza Brinell Ao escrever a lpis ou lapiseira, voc sente com
facilidade a diferena entre uma grafite macia, que desliza
suavemente sobre o papel, e uma grafite dura, que deixa o papel
marcado. Entretanto, a dureza de um material um conceito
relativamente complexo de definir, originando diversas
interpretaes. Num bom dicionrio, voc encontra que dureza :
qualidade ou estado de duro, rijeza. Duro, por sua vez, definido
como .difcil de penetrar ou de riscar, consistente, slido. Essas
definies no caracterizam o que dureza para todas as situaes, pois
ela assume um significado diferente conforme o contexto em que
empregada: Na rea da metalurgia, considera-se dureza como a
resistncia deformao plstica permanente. Isso porque uma grande
parte da metalurgia consiste em deformar plasticamente os metais.
Na rea da mecnica, a resistncia penetrao de um material duro no
outro, pois esta uma caracterstica que pode ser facilmente medida.
Para um projetista, uma base de medida, que serve para conhecer a
resistncia mecnica e o efeito do tratamento trmico ou mecnico em um
metal. Alm disso, permite avaliar a resistncia do material ao
desgaste. Para um tcnico em usinagem, a resistncia ao corte do
metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior
ou menor dificuldade de usinar um metal caracterizada como maior ou
menor dureza. Para um mineralogista a resistncia ao risco que um
material pode produzir em outro. E esse um dos critrios usados para
classificar minerais. Ou seja, a dureza no uma propriedade
absoluta. S tem sentido falar em dureza quando se comparam
materiais, isto , s existe um material duro se houver outro mole.
importante destacar que, apesar das diversas definies, um material
com grande resistncia deformao plstica permanente tambm ter alta
resistncia ao desgaste, alta resistncia ao corte e ser difcil de
ser riscado, ou seja, ser duro em qualquer uma dessas situaes.
Ensaio de dureza Brinell Em 1900, J. A. Brinell divulgou este
ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido
relao existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados
de resistncia trao. O ensaio de dureza Brinell consiste em
comprimir lentamente uma esfera de ao temperado, de dimetro D,
sobre uma superfcie plana, polida e limpa de um metal, por meio de
uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esfrica de
dimetro d. A dureza Brinell representada pelas letras HB. Esta
representao vem do ingls Hardness Brinell, que quer dizer .dureza
Brinell. A dureza Brinell (HB) a relao entre a carga aplicada (F) e
a rea da calota esfrica impressa no material ensaiado (Ac). Em
linguagem matemtica
cAFHB =
A rea da calota esfrica dada pela frmula: Dp, onde p a
profundidade da calota. Substituindo Ac pela frmula para clculo da
rea da calota, temos:
-
19
DpFHB =
A localizao de uma impresso Brinell deve ser tal que mantenha um
afastamento das bordas do corpo de prova de no mnimo duas vezes e
meia o dimetro, d, obtido. A espessura do corpo de prova, para ser
ensaiado dureza Brinell, deve ser no mnimo igual a dez vezes o
dimetro, d obtido, para evitar, em ambos os casos, degeneraes
laterais e de profundidade, falseando o resultado. A distncia entre
duas impresses Brinell deve ser no mnimo igual a 5d.
Figura 13. Ensaio de dureza Brinell.
Devido dificuldade tcnica de medio da profundidade (p), que um
valor muito pequeno, utiliza-se uma relao matemtica entre a
profundidade (p) e o dimetro da calota (d) para chegar frmula
matemtica que permite o clculo da dureza HB, representada a
seguir:
)(2
22 dDDDFHB =
A unidade kgf/mm2, que deveria ser sempre colocada aps o valor
de HB, omitida, uma vez que a dureza Brinell no um conceito fsico
satisfatrio, pois a fora aplicada no material tem valores
diferentes em cada ponto da calota. Os clculos anteriores so
dispensveis, se voc dispuser de uma tabela apropriada. Veja a
seguir um exemplo de tabela que fornece os valores de dureza
Brinell normal, em funo de um dimetro de impresso d. Exerccio:
Tente localizar na tabela da pgina seguinte o valor de dureza para
um material que deixou um dimetro de impresso de 3,55 mm.
-
20
Escolha das condies de ensaio O ensaio padronizado, proposto por
Brinell, realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de
dimetro, de ao temperado. Porm, usando cargas e esferas diferentes,
possvel chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem
algumas condies: A carga ser determinada de tal modo que o dimetro
de impresso d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do dimetro da
esfera D. A impresso ser considerada ideal se o valor de d ficar na
mdia entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375 mm. Para
obter um dimetro de impresso dentro do intervalo citado no item
anterior, deve-se manter constante a relao entre a carga (F) e o
dimetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a
relao:
2DF
igual a uma constante chamada fator de carga.
-
21
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 indicaes.
O dimetro da esfera determinado em funo da espessura do corpo de
prova ensaiado. A espessura mnima indicada em normas tcnicas de
mtodo de ensaio. No caso da norma brasileira, a espessura mnima do
material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota. O
quadro a seguir mostra os dimetros de esfera mais usados e os
valores de carga para cada caso, em funo do fator de carga
escolhido.
Observe que, no quadro anterior, os valores de carga foram
determinados a partir das relaes entre F e D2 indicadas no primeiro
quadro. Exemplificando:
22 3030 DFD
F == Verificando o entendimento Uma empresa comprou um lote de
chapas de ao carbono com a seguinte especificao: - espessura: 4 mm
- dureza Brinell (HB): 180 Essas chapas devem ser submetidas ao
ensaio de dureza Brinell para confirmar se esto de acordo com as
especificaes. Nosso problema consiste em saber se essas chapas
podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm. Para resolver esse
problema, precisamos das informaes contidas nos dois quadros
anteriores. Observando o primeiro quadro, voc fica sabendo que a
relao F/D2 para este material (ao carbono) igual a 30. O segundo
quadro mostra que, para uma esfera de 10 mm e um fator de carga
igual a 30, a carga de ensaio de 3.000 kgf. Com esses dados,
possvel calcular a profundidade de impresso da calota, aplicando a
frmula: HB=F/Dp. Isolando p, temos:
-
22
53,056523000
1801014,33000 ==== pp
xxp
DHBFp
Portanto, a profundidade da impresso de 0,53 mm. Sabemos que a
espessura do material ensaiado deve ser, no mnimo, 17 vezes a
profundidade da calota. Multiplicando a profundidade da impresso
por 17, obtemos: 9,01 mm. Concluso: as chapas de 4 mm no podem ser
ensaiadas com a esfera de 10 mm. Devem ser usadas esferas menores.
A esfera de 10 mm produz grandes calotas na pea. Por isso a mais
adequada para medir materiais que tm a estrutura formada por duas
ou mais fases de dureza muito discrepantes. Em casos assim, a
dureza determinada pela mdia entre as fases, como acontece com os
ferros fundidos, bronzes etc. A utilizao de esferas diferentes de
10 mm s vlida para materiais homogneos. Esferas de dimetros menores
produziriam calotas menores e, no caso de materiais heterogneos,
poderia ocorrer de se estar medindo a dureza de apenas uma das
fases. Com isso, o valor de dureza seria diferente do esperado para
o material. Representao dos resultados obtidos O nmero de dureza
Brinell deve ser seguido pelo smbolo HB, sem qualquer sufixo,
sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicao da carga
durante 15 segundos. Em outras condies, o smbolo HB recebe um
sufixo formado por nmeros que indicam as condies especficas do
teste, na seguinte ordem: dimetro da esfera, carga e tempo de
aplicao da carga. Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85,
medido com uma esfera de 10 mm de dimetro e uma carga de 1.000 kgf,
aplicada por 30 segundos, representado da seguinte forma: 85HB
10/1000/30. O tempo de aplicao da carga varia de 15 a 60 segundos:
de 15 segundos para metais com dureza Brinell maior que 300; de 60
segundos para metais moles, como o chumbo, estanho, metais-patente
etc., e de 30 segundos para os demais casos. A medida do dimetro da
calota (d) deve ser obtida pela mdia de duas leituras obtidas a 90
uma da outra, e de maneira geral no pode haver diferena maior que
0,06 mm entre as duas leituras, para esferas de 10 mm. DUREZA
ROCKWELL Em 1922, Rockwell desenvolveu um mtodo de ensaio de dureza
que utilizava um sistema de pr-carga. Este mtodo apresenta algumas
vantagens em relao ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza
de metais diversos, desde os mais moles at os mais duros.
Entretanto, tambm tem limitaes, o que indica que est longe de ser a
soluo tcnica ideal. O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu
criador, hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido
rapidez e facilidade de execuo, iseno de erros humanos, facilidade
em detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho da
impresso. Todas essas razes justificam dedicar uma aula ao estudo
deste mtodo de ensaio. No final, voc ficar sabendo como feito o
ensaio Rockwell, qual o equipamento empregado e como utilizar as
diferentes escalas de dureza Rockwell. Neste mtodo, a carga do
ensaio aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma
pr-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o
material ensaiado, e depois se aplica a carga do ensaio
propriamente dita.
-
23
A leitura do grau de dureza feita diretamente num mostrador
acoplado mquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada,
adequada faixa de dureza do material. Os penetradores utilizados na
mquina de ensaio de dureza Rockwell so do tipo esfrico (esfera de
ao temperado) ou cnico (cone de diamante com 120 de conicidade).
DESCRIO DO PROCESSO
Figura 14. Etapas da determinao da dureza Rockwell.
Quando se utiliza o penetrador cnico de diamante, deve-se fazer
a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor
preta. Ao se usar o penetrador esfrico, faz-se a leitura do
resultado na escala vermelha. Nos equipamentos com mostrador
digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor dado
diretamente na escala determinada. O valor indicado na escala do
mostrador o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde
profundidade alcanada pelo penetrador, subtradas a recuperao
elstica do material, aps a retirada da carga maior, e a
profundidade decorrente da aplicao da pr-carga. Em outras palavras:
a profundidade da impresso produzida pela carga maior a base de
medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representao esquemtica
da profundidade produzida por um penetrador cnico de diamante.
-
24
Figura 15. Penetrador de diamante no ensaio Rockwell na aplicao
da carga.
Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de
mquinas, ambas com a mesma tcnica de operao, que diferem apenas
pela preciso de seus componentes. A mquina padro mede a dureza
Rockwell normal e indicada para avaliao de dureza em geral. A
mquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial, e indicada
para avaliao de dureza em folhas finas ou lminas, ou camadas
superficiais de materiais. Na mquina Rockwell normal, cada diviso
da escala equivale a 0,02 mm; na mquina Rockwell superficial, cada
diviso equivale a 0,01 mm. As escalas de dureza Rockwell foram
determinadas em funo do tipo de penetrador e do valor da carga
maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma
pr-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf.
Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pr-carga de 3 kgf e a
carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Estas escalas no tm relao
entre si. Por isso, no faz sentido comparar a dureza de materiais
submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas
diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala s pode ser
comparado a outro material ensaiado na mesma escala. E por falar em
escalas, analise os quadros a seguir, que mostram as escalas mais
utilizadas nos processos industriais.
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25
Telecurso 2000, Ensaios.
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Representao da dureza Rockwell O nmero de dureza Rockwell deve
ser seguido pelo smbolo HR, com um sufixo que indique a escala
utilizada. Veja, por exemplo, a interpretao do resultado 64HRC: 64
o valor de dureza obtido no ensaio; HR indica que se trata de
ensaio de dureza Rockwell; a ltima letra, no exemplo C, indica qual
a escala empregada. Profundidade de penetrao A profundidade que o
penetrador vai atingir durante o ensaio importante para definir a
espessura mnima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mnima
do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo
penetrador. Entretanto, no h meios de medir a profundidade exata
atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell. possvel
obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do valor
de dureza indicado na escala da mquina de ensaio, utilizando as
frmulas a seguir: Penetrador de diamante: HR normal: P = 0,002 (100
- HR) HR superficial: P = 0,001 (100 - HR) Penetrador esfrico: HR
normal: P = 0,002 (130 - HR) HR superficial: P = 0,001 (100 - HR)
Por exemplo, a profundidade aproximada de penetrao que ser atingida
ao ensaiar um material com dureza estimada de 40HRC de 0,12 mm.
-
27
Como se chegou a este resultado? Consultando as tabelas com as
escalas de dureza Rockwell, ficamos sabendo que a escala C se
refere dureza Rockwell normal e que esta escala utiliza penetrador
de diamante. O passo seguinte foi escolher a frmula: P = 0,002 (100
- HR) e fazer as contas. Exerccio Qual deve ser a espessura mnima
de uma chapa que ser submetida ao ensaio de dureza Rockwell para um
material com dureza esperada de 80HRB? A primeira coisa a ser feita
descobrir a profundidade aproximada atingida pelo penetrador. Para
isso, deve ter ido ao quadro com a escala B (dureza Rockwell
normal), e constatado que esta escala usa penetrador esfrico. Com
essas informaes, deve ter escolhido a frmula: P = 0,002 (130 - 80)
para encontrar o valor da profundidade aproximada. Feitos os
clculos, deve ter concludo que esta profundidade de aproximadamente
0,1 mm. Uma vez que a espessura do corpo de prova equivale, em
geral, a pelo menos 17 vezes a medida da profundidade, a espessura
mnima da chapa deve ser de 1,7 mm. Como voc viu, o ensaio de dureza
Rockwell tornou possvel avaliar a dureza de materiais que no
poderiam ser submetidos ao ensaio Brinell. Mesmo assim, h situaes
em que nem o ensaio Brinell nem o Rockwell so recomendveis. Por
isso, a prxima aula ser dedicada a outro tipo de ensaio de dureza,
o ensaio Vickers. Ensaios de Dureza Vickers e Knoop
Figura 16. Penetradores para ensaio Vickers e Knoop.
-
28
OUTROS ENSAIOS Ensaio de Compresso - a aplicao de carga
compressiva uniaxial em um corpo-de-prova. A deformao linear obtida
pela medida da distncia entre as placas que comprimem o corpo
versus a carga de compresso consiste na resposta desse tipo de
ensaio, basicamente utilizado nas indstrias de construo civil e de
materiais cermicos. Alm disso, fornece resultados de anlise
estatstica, permitindo quantificar o comportamento mecnico do
concreto, da madeira, dos compsitos e de materiais de baixa
ductilidade (frgeis). Os resultados numricos obtidos no ensaio de
compresso so similares aos obtidos no ensaio de trao.
Figura 17. Ensaio de Compresso
Ensaio de Toro Consiste na aplicao de carga rotativa em um
corpo-de-prova geralmente de geometria cilndrica. Mede-se o ngulo
de deformao () como funo do momento torsor aplicado (Mt). Esse
ensaio amplamente utilizado na indstria de componentes mecnicos,
como motores de arranque, turbinas, motores de mquinas pesadas e
outros, principalmente por ter a vantagem de fornecer dados
quantitativos das caractersticas mecnicas dos materiais que compem
o eixo, particularmente as tenses de cisalhamento. Entre os
principais resultados do ensaio, destacam-se: limite de escoamento
toro, mdulo de ruptura toro e mdulo de elasticidade transversal
(G).
-
29
Figura 18. Eixo de transmisso de caminhes e esquema do ensaio de
toro.
Ensaio de Impacto O comportamento dctil-frgil dos materiais pode
ser mais amplamente caracterizado por estes ensaios. A carga
aplicada na forma de esforos por choque (dinmicos), sendo o impacto
obtido por meio da queda de um martelete ou pndulo, de uma altura
determinada, sobre a pea a examinar. As massas utilizadas no ensaio
so intercambiveis, possuem diferentes pesos e podem cair de alturas
variveis. Os ensaios mais conhecidos so denominados Charpy e Izod,
dependendo da configurao geomtrica do entalhe e do modo de fixao do
corpo-de-prova na mquina. Como resultado do ensaio, obtm-se a
energia absorvida pelo material at a fratura. A principal aplicao
desse ensaio refere-se caracterizao do comportamento dos materiais,
na transio da propriedade dctil para a frgil como funo da
temperatura, possibilitando a determinao da faixa de temperaturas
na qual um material muda de dctil para frgil. O ensaio de impacto
largamente utilizado nas indstrias naval e blico, e em particular,
nas construes que devero suportar baixas temperaturas.
Figura 19. Equipamento para ensaio de impacto.
Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos
Materiais, Editora LTC. 2000, Telecurso, Ensaio de Impacto.
-
30
SIDERURGIA Para poder fabricar o ao e o ferro fundido,
precisa-se do ferro gusa. um material duro e quebradio, formado por
uma liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma grande
quantidade de carbono e um pouco de silcio (Si), mangans (Mn),
fsforo (P) e enxofre (S). O grande problema tecnolgico que envolve
a fabricao do gusa a obteno das altas temperaturas que favoream a
absoro do carbono.A histria da metalurgia nos conta que os fornos
primitivos eram:
- Tipo poo fechado - Tipo de forja catal, sendo que ambos usavam
carvo vegetal como
combustvel.
Figura 20 Fornos primitivos usados na reduo do minrio de ferro,
pelo emprego de
carvo vegetal como combustvel.
Estes dois tipos de fornos usavam o processo de reduo direta
(ferro no era obtido
no estado lquido): C + O2 CO2 CO2 + C CO CO + FeXOY Fe + CO2
Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (lquido de alta
viscosidade), misturado com as impurezas do minrio.
O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente
dctil, mole, malevel e podia ser trabalhado por martelamento a
temperaturas relativamente elevadas. Aps ser retirado do forno (uma
bola de ferro), o ferro era martelado para a remoo das impurezas. O
resultado final era uma barra ou lupa, posteriormente reaquecida e
trabalhada por martelamento (ferro pudlado).
-
31
Nos fornos primitivos tinha-se a possibilidade de absoro de
certa quantidade de carbono (at 1%), o que por rpido resfriamento
poderia elevar drasticamente a dureza do material (tmpera). Na
Europa, no comeo do sculo XIV, os fornos usados tinham se tornado
to altos e as condies de insuflao de oxignio to aperfeioadas, que a
temperatura de combusto aumentou muito. Isso permitiu que o ferro
absorvesse carbono e, finalmente, sasse lquido do forno. Esse
produto, embora duro e quebradio, podia ser novamente derretido com
mais facilidade e ser vazado em moldes. Surgiram o alto forno e a
fundio. Na Inglaterra, no sculo XVIII, descobriu-se que o coque, um
produto slido da destilao do carvo mineral, servia como combustvel
para produzir o ferro-gusa.
Fornos chamin: Carga introduzida pelo topo Ar soprado pela parte
inferior 1500 Inglaterra Alto forno mais prximo aos modernos 1619
Inglaterra Introduo do coque 1800 Inglaterra Aquecimento do ar
Hoje, um alto forno pode ter at 35 metros de altura. Fica dentro
de um complexo industrial chamado usina siderrgica e o principal
equipamento usado na metalurgia do ferro.
As matrias-primas bsicas da indstria siderrgica so as seguintes:
- Minrio de ferro
- Carvo
- Calcreo
Minrio de Ferro
O minrio de ferro a principal matria-prima do alto-forno, pois
dele que se extrai o ferro. Os minerais que contm ferro em
quantidade aprecivel so os xidos, carbonatos, sulfetos e silicatos.
Os mais importantes para a indstria siderrgica so os xidos, sendo
eles:
- Magnetita (xido ferroso-frrico) Fe3O4 (72,4% Fe). - Hematita
(xido frrico) Fe2O3 (69,9% Fe). - Limonita (xido hidratado de
ferro) 2FeO3.3H2O (48,3% Fe).
Obs.: O Brasil possui grandes reservas de minrio de ferro de
alta qualidade (alto teor de ferro).
O minrio de ferro composto por trs partes a saber:
- til parte que contm o ferro - Ganga impurezas sem valor direto
- Estril rocha onde o minrio encontrado.
O minrio de ferro pode ser classificado como Rico (60 a 70% de
Fe), Mdio (50-60% de Fe) e Pobre (
-
32
operaes so britamento, peneiramento, mistura, moagem,
concentrao, classificao e aglomerao (principal). A aglomerao visa
melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzir o consumo
de carvo e acelerar o processo de reduo. Os processos mais
importantes de aglomerao so a sinterizao e a pelotizao.
A sinterizao consiste em aglomerar-se finos de minrio de ferro
numa mistura com aproximadamente 5% de um carvo finamente dividido
ou coque. A carga aquecida por intermdio de queimadores e com o
auxlio de fluxo de ar. A temperatura que se desenvolve durante o
processo atinge 1.300 a 1500oC, suficiente para promover a ligao
das partculas finas do minrio, resultando num produto uniforme e
poroso chamado snter.
A pelotizao o mais novo processo de aglomerao e talvez o de
maior xito. Neste processo, produzem-se inicialmente bolas ou
pelotas cruas de finos de minrio de alto teor ou de minrio
concentrado. Adiciona-se cerca de 10% de gua e, geralmente, um
aglomerante de natureza inorgnica. Uma vez obtidas as pelotas
cruas, estas so secas, pr-aquecidas e ento queimadas.
Carvo O combustvel utilizado no alto-forno o carvo, coque ou de
madeira, cuja ao se
faz sentir em trs sentidos: - fornecedor de calor para a
combusto; - fornecedor do carbono para a reduo de xido de ferro; -
indiretamente, fornecedor de carbono como principal elemento de
liga do ferro
gusa. -
O coque obtido pelo processo de coqueificao, que consiste, em
princpio, no aquecimento a altas temperaturas, em cmaras
hermeticamente (exceto para sada de gases) fechadas, do carvo
mineral. No aquecimento s temperaturas de coqueificao e na ausncia
de ar, as molculas orgnicas complexas que constituem o carvo
mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgnicos slidos e
lquidos de baixo peso molecular e um resduo carbonceo relativamente
no voltil. Este resduo resultante o coque, que se apresenta como
uma substncia porosa, celular, heterognea, sob os pontos de vista
qumico e fsico. A qualidade do coque depende muito do carvo mineral
do qual se origina, principalmente do seu teor de impurezas.
O carvo vegetal ou de madeira fabricado mediante pirlise da
madeira, isto ,
quebra das molculas complexas que constituem a madeira, em
molculas mais simples, mediante calor. O aquecimento para a
carbonizao da madeira feito em fornos de certo modo rudimentares e
pouco eficientes, sobretudo no Brasil, pois os subprodutos gasosos
e lquidos so perdidos durante o processo. O calor aplicado madeira,
com ausncia de oxignio, resultando em gases (CO2, CO, H2, etc.),
lquidos (alcatres, cido actico, lcool metlico) e o resduo slido que
o carvo vegetal.
Fundente A funo do fundente combinar-se com as impurezas (ganga)
do minrio e com as
cinzas do carvo, formando as chamadas escrias. O principal
fundente o calcrio, de frmula CaCo3.
Outras matrias-primas da indstria siderrgica Entre elas, a mais
importante o minrio de mangans. Outras matrias-primas
incluem as ferro-ligas de silcio, cromo, vandio, molibdnio,
nquel, tungstnio, titnio, etc. Finalmente, deve-se ainda mencionar
como importante matria-prima a sucata de ao, ou seja, subprodutos
da fabricao de ao e itens ou componentes de ao desgastados,
quebrados ou descartados.
-
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Alto Forno O alto forno construdo de tijolos e envolvido por uma
carcaa protetora de ao. Todas as suas partes internas, sujeitas a
altas temperaturas, so revestidas com tijolos chamados refratrios
porque suportam altas temperaturas sem derreter. Trs zonas
fundamentais caracterizam o alto-forno: o fundo chamado de cadinho,
a segunda chamada de rampa e a seo superior chamada de cuba. O
cadinho o lugar onde o gusa lquido depositado. A escria flutua
sobre o ferro, que mais pesado. No cadinho h dois furos: o furo de
corrida, aberto de tempos em tempos para que o ferro lquido escoe,
e o furo para escoamento da escria. Como a escria flutua, o furo
para seu escoamento fica acima do furo decorrida. Assim, sobra
espao para que uma quantidade razovel de ferro seja acumulada entre
as corridas. Na rampa acontecem a combusto e a fuso. Para facilitar
esses processos, entre o cadinho e a rampa ficam as ventaneiras,
que so furos distribudos uniformemente por onde o ar pr-aquecido
soprado sob presso. A cuba ocupa mais ou menos dois teros da altura
total do alto-forno. nela que colocada, alternadamente e em camadas
sucessivas, a carga, composta de minrio de ferro, carvo e os
fundentes (cal, calcreo). O que acontece dentro do alto-forno?
Quando o minrio de ferro. O coque e os fundentes so introduzidos na
parte superior da rampa, algumas coisas acontecem: - os xidos de
ferro sofrem reduo, ou seja, o oxignio eliminado do minrio de
ferro;
Reaes qumicas de reduo do minrio de ferro:
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
ou
Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO - a ganga se funde, ou seja, as impurezas
do minrio se derretem; - o gusa se funde, quer dizer, o carbono
incorporado ao ferro lquido; - certos elementos da ganga so
parcialmente reduzidos, ou seja, algumas impurezas so incorporadas
ao gusa. Ao sair do alto-forno, o gusa, com teor de carbono entre
3,0 e 4,5%, pode seguir um,entre dois caminhos: pode ir para a
fundio, para ser usado na fabricao de peas de ferro fundido, ou
pode ir para aciaria, onde pode ser misturado com sucata de ao ou,
eventualmente, com outros metais, para se transformar em ao, ou
seja uma liga ferrosa com um teor de carbono de menos de 2%.
O principal produto do alto-forno o ferro gusa. O ferro gusa uma
liga ferro-carbono de alto teor de carbono e teores variveis de
silcio, mangans, fsforo e enxofre. De um modo geral, a maioria dos
ferro gusas possveis de serem obtidos em alto-forno est
compreendida na seguinte faixa de composies:
Carbono - 3 a 4,4% Silcio - 0,5 a 4,0% Mangans - 0,5 a 2,5%
Fsforo - 0,05 a 2,0% Enxofre - 0,20% mx.
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Figura 21. Esquema do alto forno
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FABRICAO DO AO A produo do ao lquido se d atravs da oxidao
controlada das impurezas presentes no gusa lquido e na sucata. Este
processo denominado refino do ao e realizado em uma instalao
conhecida como aciaria. O refino do ao normalmente realizado em
batelada pelos seguintes processos: - Aciaria a oxignio Conversor
LD (carga predominantemente lquida). - Aciaria eltrica Forno
eltrico a arco FEA (carga predominantemente slida). O conversor LD
(Linz-Donawitz) usa o princpio de injeo de oxignio, neste caso ele
soprado sob presso na superfcie do gusa lquido. Essa injeo feita
pela parte de cima do conversor. Este tipo de forno constitudo de
uma carcaa cilndrica de ao resistente ao calor, revestido
internamente por materiais refratrios de dolomita ou magnesita. A
injeo de oxignio feita por meio de uma lana metlica composta de
vrios tubos de ao. O jato de oxignio dirigido para a superfcie do
gusa lquido e essa regio de contato chamada de zona de impacto. Na
zona de impacto, a reao de oxidao muito intensa e a temperatura
chega a atingir entre 2500 e 3000C. Isso provoca uma grande agitao
do banho, o que acelera as reaes de oxidao no gusa lquido. Nesse
conversor, a contaminao do ao por nitrognio muito pequena porque se
usa oxignio puro. Isso um fator importante para os aos que passaro
por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminao
causa defeitos na solda.
Figura 22. Fabricao do ao pelo processo Conversor LD.
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nos fornos eltricos que se transforma sucata em ao. Por esse
processo, transforma-se energia eltrica em energia trmica, por meio
da qual ocorre a fuso do gusa e da sucata, sob condies controladas
de temperatura e de oxidao do metal lquido. um processo que
permite, tambm, a adio de elementos de liga que melhoram as
propriedades do ao e lhe do caractersticas excepcionais. Por causa
disso, esse o melhor processo para a produo de aos de qualidade. Os
fornos eltricos so basicamente de dois tipos: a arco eltrico e de
induo. O forno a arco eltrico constitudo de uma carcaa de ao feita
de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um
recipiente cilndrico com fundo abaulado. Essa carcaa revestida na
parte inferior (chamada soleira) por materiais refratrios, de
natureza bsica (dolomita ou magnesita) ou cida (slica), dependendo
da carga que o forno vai processar. O restante do forno revestido
com tijolos refratrios silicosos. Os eletrodos responsveis,
juntamente com a carga metlica, pela formao do arco eltrico esto
colocados na abbada (parte superior) do forno. A carga de um forno
a arco constituda, basicamente, de sucata e fundente (cal). Nos
fornos de revestimento cido, a carga deve ter mnimas quantidades de
fsforo e enxofre. Nos fornos de revestimento bsico, a carga deve
ter quantidades bem pequenas de silcio. Durante o processo, algumas
reaes qumicas acontecem: a oxidao, na qual se oxidam as impurezas e
o carbono, a desoxidao, ou retirada dos xidos com a ajuda de
agentes desoxidantes, e a dessulfurao, quando o enxofre retirado.
um processo que permite o controle preciso das quantidades de
carbono presentes no ao.
Figura 23. Forno eltrico a arco de produo de ao.
Outro forno que usa a energia eltrica para a produo de ao o
forno de induo, que tambm processa sucata. O conjunto que compe
esse forno formado de um gerador com motor de acionamento, uma
bateria de condensadores e uma cmara de aquecimento. Essa cmara
basculante e tem, na parte externa, a bobina de induo. O cadinho
feito de massa refratria socada dentro dessa cmara, onde a sucata
se funde por meio de calor produzido dentro da prpria carga.
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Para a produo do ao, liga-se o forno, e os pedaos de sucata que
devem ser de boa qualidade vo sendo colocadas dentro do forno,
medida que a carga vai sendo fundida. Depois que a fuso se completa
e que a temperatura desejada atingida, adiciona-se clcio, silcio ou
alumnio, que so elementos desoxidantes e tm a funo de retirar os
xidos do metal.
Figura 24. Forno de induo de produo de ao.
Curiosidade: Porque o nome dado ao processo de fabricao de
metais ferrosos chamado de Siderurgia?
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METALOGRAFIA Introduo
O controle de qualidade dos metais e ligas metlicas pode ser
desenvolvido por
trs mtodos diferentes que so:
Ensaios fsicos e mecnicos Anlise qumica Exame metalogrfico
Os ensaios fsicos e mecnicos visam determinar valores numricos
que
caracterizam as propriedades fsicas e mecnicas do material.
A anlise qumica determina quais so os elementos e em que proporo
esto
presentes no material em anlise.
O exame metalogrfico enfoca o metal ou liga metlica do ponto de
vista de sua
estrutura procurando relacion-la s propriedades fsicas composio,
ao processo de
fabricao etc., de modo a poder prever-se o seu comportamento num
determinado
emprego.
METALOGRAFIA
Como vimos, a metalografia enfoca o metal ou liga do ponto de
vista de sua
estrutura e textura. Para isso esse exame desenvolvido em seces
do material,
polidas e normalmente atacadas com um reativo qumico
apropriado.
A metalografia subdividida em dois campos:
a) Macrografia
b) Micrografia
Faz-se o exame metalogrfico vista desarmada (olho nu) ou
utilizando-se em
aumento de at dez vezes (10X) lanando-se mo de uma lupa, este
exame dito
MACROGRFICO. Tem-se, assim, a MACROGRAFIA.
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Esses so feitos em uma seco do material devidamente plana e
polida e, em
regra, atacada por um reativo qumico apropriado.
Por meio do exame macrogrfico obtm-se informaes sobre a
homogeneidade
do material da pea, determinao da natureza e da qualidade de
certas impurezas os
processos de fabricao da pea etc.
Atravs do exame microgrfico pode-se observar o tamanho do gro do
material,
a distribuio e forma dos constituintes da estrutura do material,
tipos de constituintes etc.
Em resumo, podemos dizer que o exame metalogrfico fornece dados
sobre como
o material ou a pea foram obtidos e tambm sobre sua
homogeneidade.
MACROGRAFIA
Consiste no exame do aspecto de uma superfcie plana secionada de
uma pea
ou amostra metlica, devidamente polida e atacada por um reagente
adequado.
Os exames macrogrficos visam:
a) Verificar o processo de obteno (fundido, forjado ou
laminado)
b) Constatar a existncia de porosidades e segregaes
c) Existncia de solda
d) Zonas de solda, caracterstica da solda
PREPARAO DO CORPO DE PROVA - CDP
Verificar qual a finalidade do exame, isto , qual o tipo de
estrutura procurada, descontinuidade esperada, etc.
Proceder ao exame visual da pea antes do corte, procurando
identificar por aquecimento, mossas, trincas, porosidades etc.
Regio da pea onde deve se localizar o corte e qual a posio de
corte. Fotografar ou desenhar a pea antes do corte.
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Os cuidados expostos acima tm como objetivo garantir que:
Foram obtidas todas as informaes sobre o material a ser
ensaiado. Foram verificadas as condies de acabamento antes de se
determinar a retirada
dos corpos de prova.
Se tenha em documento (fotografia ou desenho), da pea original,
para nele assinalar os pontos que se tenha de fazer referncia mais
tarde.
Se facilite a correta interpretao dos resultados.
MATERIAIS E MTODOS DE PREPARAO
A tcnica de preparo de um corpo de prova de macrografia abrange
as seguintes
fases:
a) Escolher a localizao da seco a ser estudada
b) Lixamento
c) Ataque da superfcie por um reagente qumico adequado
A) Escolha e a localizao a ser estudada: feita baseando-se em
critrios para se determinar certos tipos de estrutura do
material. A intervm o critrio do operador, que ser guiado em sua
escolha pela forma
da pea, pelos dados que ele quer colher e por outras
consideraes.
O corte do material pode ser feito segundo uma seco transversal
ou seo
longitudinal.
O corte transversal feito se o objetivo verificar: Se a seco
inteiramente homognea ou no A natureza do material (ao, ferro
fundido, etc.) A existncia de vazio A profundidade de tmpera ou
cementao Determinao de um tubo com ou sem costura A posio, forma e
dimenses das bolhas
Um corte longitudinal ser prefervel quando se quer verificar,
por exemplo: O mtodo de fabricao de uma pea (fundida, laminada ou
forjada) Se a pea foi estampada ou torneada A solda de barras A
extenso de tratamentos trmicos superficiais
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O Corte feito com uma serra ou um cortador de disco abrasivo.
Esta operao deve ser
feita com cautela para evitar no s o encruamento em locais
excessivos, como o
aquecimento.
LIXAMENTO
O lixamento executado para meio de uma srie de lixas de
graduao
decrescente, com indicaes que variam com os fabricantes sendo
comum as seguintes:
80 100 120 150 180 220 320 400 600
O lixamento pode ser realizado mecanicamente ou manualmente.
MANUALMENTE
Apia-se a lixa grossa numa superfcie plana e atrita-se com leve
presso o CDP
sobre a lixa. Quando o sentido dos riscos estiver uniforme
muda-se para a lixa seguinte
no sentido contrrio aos riscos deixados pela lixa anterior at
que os mesmos
desapaream completamente e a cada mudana de lixa, limpa-se a
superfcie com um
pano ou algodo. Deve evitar o acabamento espelhado que
dificultar o ataque e a
fotografia.
MECANICAMENTE
O CDP aplicado por dispositivo apropriado contra a lixa, fixada
em discos
giratrios e conservados numa posio mais ou menos fixas,
passando-se manualmente
para a lixa seguinte quando os riscos deixados pela anterior
tiverem desaparecidos.
Normalmente, no se exige para a macrografia polimento muito
elevado o que
facilita sobre maneira a execuo deste ensaio.
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ATAQUE DA SUPERFCIE POR UM REAGENTE QUMICO ADEQUADO
O contato do CDP com o reativo pode ser obtido:
Imerso: Mergulhando a superfcie no reativo colocado num
recipiente. Deve-se agitar o reagente para homogeneizar o reativo
e, principalmente, para destruir as bolhas
arrastadas mecanicamente ou formada pelas reaes qumicas, por
estas impedirem o
ataque.
Aplicao: Aplicando-se uma camada de reativo sobre a superfcie
com um chumao de algodo fixado num basto de vidro.
Conforme sua durao e profundidade, os ataques so classificados
em lentos ou
profundos e rpidos ou superfcies. Estes ltimos so os mais
empregados.
Os ataques lentos visam obter uma corroso profunda do metal, com
relevo
acentuado. Empregam-se em alguns casos em que o reativo rpido no
d contraste
suficiente como em certas estruturas fibrosas.
O ataque, de acordo com o tempo de durao, dito rpido, conforme
sua
durao seja de segundos ou poucos minutos e lento, quando durar
minutos, horas ou
dias.
Normalmente, durante o ataque superfcie observada constantemente
at
obter-se uma textura ntida e com detalhes para o exato resultado
do ensaio.
O tempo de ataque, estando subordinado a temperatura e a
composio do
material e do reativo, deve ser encarado com muito cuidado, pois
tempo insuficiente
proporcionar textura fraca, pouco visvel e sem detalhes e em
excesso, dar textura
ofuscada e at deturpada.
Deve-se utilizar a capela quando os vapores emanados dos
reativos forem
corrosivos ou txicos.
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Lavagem: Interrompe-se o ataque por meio de um jato de gua sobre
a superfcie, tendo-se
o cuidado de remover qualquer depsito formado durante o
ataque.
Secagem: Consiste em aplicar lcool ou algodo embebido em lcool
sobre a superfcie e
em seguida jato de ar, de preferncia quente.
REATIVOS OU SOLUES DE ATAQUE So geralmente, solues cidas,
alcalinas, ou substncias complexas dissolvidas
num solvente adequado, principalmente lcool e gua.
O reativo para revelar uma ntida textura deve ser escolhido de
acordo com a
natureza do material e dos detalhes que se quer verificar. Deve
possuir determinadas
caractersticas como simplicidade de composio, estabilidade, no
ser txico e nem
venenoso.
Numerosos so os reativos aplicados nos ensaios macrogrficos,
sendo que os
mais aplicados a aos carbono e aos de baixa liga.
Os reativos mais concorrentes so:
REATIVO DE CIDO CLORDRICO
Aplicao: O CDP deve ser imerso na soluo por um perodo de tempo
suficiente para revelar a macroestrutura.
Composio: cido clordrico (conc.) 50ml
gua - 50ml
Revelao: Identificar trincas, porosidades, depsito de soldas,
segregao, profundidade de
tmpera etc.
REATIVO DE IODO
Aplicao: A soluo deve ser utilizada temperatura ambiental
imergindo ou aplicando com
uma mecha de algodo a soluo na superfcie a ser atacada, at que
se tenha uma
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clara definio dos contornos da macro-estrutura. O corpo de prova
deve ser imerso na
soluo por um perodo de tempo suficiente para revelar a
macroestrutura.
Composio qumica: Iodo sublimado 10g
Iodeto de potssio 20g
gua 100g
Revelao: a) Imagens que s aparecem com um simples ataque da
superfcie, e que
desaparecem quase por complemento com um leve repolimento
subseqente: alteraes locais ou parciais de origem trmica
como
tmperas, zonas alteradas pelo calor da solda, partes cementadas
etc.
b) Imagens que s revelam ou s aparecem aps um leve repolimento
da
superfcie atacada com as imagens adquirindo maior contraste se
o
repolimento for seguido de um ataque de muita curta durao:
segregao, bolhas, textura fibrosa etc.
NORMALIZAO DO MTODO
Os mtodos para a determinao da macroestrutura de aos e de
materiais
diferentes esto normalizados pelo mtodo ASTM que tambm fornece
os reativos mais
adequados para os vrios tipos de metais.
A avaliao do resultado do ensaio depende da finalidade a que o
mesmo destina,
ou seja, se o ensaio foi aplicado com a inteno de pesquisa ou de
avaliar o aspecto da
macro-estrutura segundo uma norma ou especificao.
O registro dos resultados dos ensaios macrogrficos pode ser
feito:
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Proteo da face ensaiada do corpo de prova com uma camada de
verniz transparente.
Fotografia em tamanho natural dos resultados do ensaio, seguido
de laudo ou relatrio.
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TCNICA MICROGRFICA
Escolha de localizao da seco a ser estudada Realizao de uma
superfcie plana e polida Ataque Observao atravs do microscpio
Escolha e localizao da seco a ser estudada:
A localizao do corpo ou dos corpos de prova para a micrografia
em peas
grandes , freqentemente, feita aps o exame macrogrfico, porque
se o aspecto for
homogneo, a localizao do corpo de prova e em geral indiferente;
se, porm, no for e
revelar anomalias ou heterogeneidades, o observador poder
localizar corpos de prova
em vrios pontos, caso julgue de interesse em exame mais
detalhado dessas regies.
Quando se trata de uma pea pequena ela diretamente
secionada.
O corte da amostra deve ser efetuado de tal maneira que no
complique as precaues.
Os discos de corte so os mais utilizados na micrografia. Durante
a operao de corte,
deve-se tomar o mximo de cuidado para no danificar a estrutura
do material.
CORTADEIRA DE AMOSTRAS METALOGRFICAS MESOTOM: Cortadeira de
amostras para laboratrios metalogrficos e petrogrficos. De construo
slida, isenta de vibraes mecnicas, permite o corte a mido por
imerso completa com discos abrasivos. Durante o corte a amostra e o
disco abrasivo so devidamente refrigerados para evitar qualquer
deformao da estrutura interna do material atravs de dois bicos
atomizadores ajustveis os quais so alimentados por um sistema de
circulao de gua, circuito fechado.
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PRENSA HIDRULICA SEMI-AUTOMTICA PARA EMBUTIMENTO DE AMOSTRAS
METALOGRFICAS
Processo moderno de fixao de pequenas peas
EMBUTIMENTO:
A montagem da amostra para o ensaio metalogrfico de grande
importncia,
pois facilita o manuseio de peas pequenas. A montagem feita com
resinas
termoplsticas, atravs de prensa hidrulica.
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REALIZAO DE UMA SUPERFCIE PLANA E POLIDA NO LUGAR ESCOLHIDO
Tudo que foi dito na tcnica e preparao do CDP para a macrografia
aplica-se
tambm a da micrografia, acrescido evidentemente de alguns
cuidados especiais, pois
neste caso a superfcie se destina a ser examinada ao
microscpio.
A tcnica de lixamento consiste em se lixar a amostra
sucessivamente com lixas
granulometria cada vez menor, mudando a direo (90) em cada lixa
subseqente at
desaparecerem os traos da lixa anterior.
A prtica indica que a seqncia mais adequada para o trabalho
metalogrfico
220, 320, 400 e 600, sendo o tempo de lixamento o dobro para
cada estgio at que
todos os riscos desapaream. Podendo usar lixadeiras manuais e
eltricas.
MANUAL
Lixadeira manual por via mida de amostras metalogrficas cermicas
ou petrogrficos. Fornecida com rea de lixamento em forma de 4
pistas de 245x45 mm, permitindo a rpida intercambialidade das lixas
nas granas 220, 320, 400 e 600. Sistema de asperso de gua corrente,
dreno e molas de fixao das lixas. MOTORIZADO
Lixadeira-politriz motorizada: pode ser transformada em
lixadeira com a adaptao do disco de lixamento propriamente dito e o
anel de proteo do rebordo da lixa.
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Este sistema emprega o famoso princpio de lixamento a mido Knuth
desenvolvido pela Struers, o qual usa a prpria centrifugao da gua
para a correta fixao da lixa ao disco, eliminando a necessidade de
qualquer outro mtodo de fixao e facilitando a sua intercambialidade
na sucesso das granas 220,320,200 e 600.
Polimento:
Consiste na obteno de uma superfcie isenta de riscos, de modo a
se obter uma
imagem clara e perfeita ao microscpio, da estrutura em
observao.
O polimento feito em politrizes sobre um disco giratrio de
feltro sobre o qual se
aplica um agente polidor (alumina ou diamante).
Para verificar se o polimento j est suficientemente bom,
examina-se a superfcie
ao microscpio, depois de lav-la em gua e sec-la imediatamente
passando-se na
superfcie um pouco de algodo com lcool. Esta ltima fase de
secagem pode ser
substituda por um jato de ar, de preferncia quente, o que sem
dvida melhor, porque
evita manchas s vezes provocadas pelo lcool.
Quando a superfcie tiver um aspecto especular e praticamente sem
riscos
perceptveis com aumento de umas 100 ou 200 vezes, estar em
condies de ser
examinada ao microscpio para a observao das incluses, escrias,
trincas ou outras
ocorrncias visveis sem ataque. Mas somente depois do ataque que
se pode ter
certeza de que o polimento foi bem conduzido.
A alumina para o polimento metalogrfico, conhecida como um
agente polidor
convencional, fornecida em forma de pasta ou suspenso.
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Agentes polidores: pasta de diamante e alumina
Reativos mais usuais:
NITAL Soluo de cido ntrico a 1% em lcool etlico.
Aplicao: Pode ser empregada para todos os produtos siderrgicos
comuns. No ataca a
ferrita nem a cementita, mas delineia os seus contornos e colore
de escuro a perlita.
PICRAL Soluo de cido pcrico a 4% em lcool etlico.
Mesmas indicaes anteriores.
ATAQUE
O ataque feito agitando o corpo de prova com a superfcie polida
mergulhada no
reativo ou aplicando o reativo com um chumao de algodo.
A durao do ataque depende de concentrao do reativo e da natureza
e textura
do material examinado.
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Terminando o ataque, lava-se imediatamente a superfcie com
lcool. Em
seguida, procede-se a secagem, passando um pequeno chumao de
algodo umedecido
com lcool e submetendo o corpo de prova a um jato de ar
quente.
Um operador experimentado, observando de vez em quando a
superfcie polida
enquanto est atacando pode acompanhar a ao do reativo e
reconhecer quando deve
interromper o ataque.
Estrutura:
Maneira caracterstica em que se apresenta um metal ou uma fase
de um liga
metlica com referncia ao reticulado cristalino. Por extenso
empregado para designar
os agregados de uma liga metlica.
Exemplo: estrutura ferrtica, estrutura perltica, etc.
Textura:
Termo usado para exprimir o aspecto em que se apresenta em seo
plana uma
liga metlica, seja quanto a sua disposio de seus constituintes,
quanto forma que
assumem seus constituintes, quanto ao estgio do processo de
fabricao.
Exemplo: Textura alinhada, textura bruta de fuso, textura
acicular, etc.