O que acontece quando uma viga de aço se dobra ou uma coluna de concreto racha sob pressão? Compreender as propriedades mecânicas dos materiais sob cargas estáticas é fundamental para que os engenheiros projetem estruturas seguras e confiáveis. Este artigo analisa como materiais como metais e compostos se comportam quando submetidos a forças como compressão, flexão, cisalhamento e torção. Os leitores obterão insights sobre os métodos de teste essenciais, os princípios por trás desses testes e como os resultados informam o processo de engenharia para evitar falhas estruturais.
O teste de compressão é um método usado para determinar as propriedades mecânicas dos materiais sob pressão axial estática. É uma das técnicas fundamentais para avaliar as propriedades mecânicas dos materiais.
O teste é usado principalmente para medir o ponto de escoamento de metais sob compressão uniaxial em temperatura ambiente e a resistência à compressão de materiais frágeis.
A compressibilidade é definida como a capacidade de um material de resistir a deformações e danos sob tensão compressiva.
Na engenharia, muitos componentes são submetidos a cargas de compressão, como colunas em grandes estruturas, suportes de guindastes e parafusos de compressão em laminadores de aço. Por isso, as matérias-primas usadas nesses componentes devem ser submetidas a testes de compressão para garantir sua adequação.
Resistência ao escoamento compressivo: É a tensão na qual um material metálico apresenta escoamento durante um teste de compressão, caracterizado por deformação contínua sem aumento de força.
Compressão superior Resistência ao rendimento: Essa é a tensão compressiva mais alta experimentada pelo corpo de prova antes que haja uma queda na força devido ao escoamento.
Resistência ao escoamento compressivo inferior: Essa é a tensão compressiva mínima experimentada durante o período de escoamento, excluindo quaisquer efeitos instantâneos.
Resistência à tração: Para materiais frágeis, é a tensão compressiva máxima sofrida pela amostra durante a compressão até a falha.
Módulo elástico compressivo: É a relação entre a tensão de compressão axial e a deformação axial dentro da faixa em que há uma relação linear proporcional entre a tensão de compressão axial e a deformação axial durante o teste.
Equipamentos e instrumentos: Os seguintes equipamentos e instrumentos são necessários para um teste de compressão:
Os corpos de prova de compressão usados no teste geralmente têm formato cilíndrico, com seções transversais circulares ou quadradas.
Durante o teste de compressão, o atrito entre as duas extremidades do corpo de prova e o indentador da máquina de teste pode restringir a deformação lateral do corpo de prova. Quanto mais curto for o corpo de prova, maior será a influência dessa restrição. No entanto, se o corpo de prova for muito longo, ele pode facilmente resultar em flexão longitudinal e instabilidade.
Aço macio
A amostra de aço com baixo teor de carbono é montada na máquina de teste e submetida a uma força axial, F. A deformação da amostra é representada por Δl. A relação entre os dois é mostrada na figura a seguir.
O aço com baixo teor de carbono passa por três estágios durante a compressão: o estágio elástico, o estágio de escoamento e o estágio de fortalecimento. Diferentemente do teste de tração, o aço com baixo teor de carbono não fratura devido à deformação por compressão; em vez disso, ele forma um "tambor" devido à influência do atrito nas extremidades superior e inferior.
Quando o diâmetro do corpo de prova é o mesmo, os estágios elásticos das curvas de compressão e tração são praticamente idênticos, e os pontos de escoamento são semelhantes.
O aço de baixo carbono é um material plástico. Após o escoamento, a deformação plástica aumenta rapidamente e a área da seção transversal da amostra também aumenta. O aumento da área permite que a amostra suporte mais carga, de modo que somente o limite de escoamento pode ser medido, mas não o limite de resistência.
Cferro fundido
A amostra de ferro fundido é montada na máquina de teste e submetida a uma força axial, F. A deformação da amostra é representada por Δl. A relação entre os dois é mostrada na figura a seguir.
A resistência à compressão de ferro fundido cinzento é de três a quatro vezes maior que sua resistência à tração. Durante a compressão, o ferro fundido fratura sob pequena deformação, formando uma estrutura ligeiramente "em forma de tambor" com uma seção normal inclinada em um ângulo de 45 a 55 graus em relação ao eixo.
Quando os diâmetros dos corpos de prova são os mesmos, as curvas de compressão e tração do ferro fundido diferem significativamente, com a resistência à compressão sendo muito maior do que a resistência à tração.
A propriedade dos materiais sob carga de flexão é chamada de propriedade de flexão.
Um teste de flexão é realizado para avaliar o desempenho de um material quando submetido a uma carga de flexão.
Muitos componentes de máquinas, como ferramentas, vigas, eixos, etc., feitos de materiais frágeis, operam sob cargas de flexão. Esse teste é usado principalmente para determinar a resistência à flexão de materiais frágeis e pouco plásticos, como o ferro fundido, aço de alto carbonoe aço ferramenta, e para indicar a deflexão do índice de plasticidade.
O teste de flexão também pode ser utilizado para verificar a qualidade da superfície do material.
O teste geralmente é realizado em temperatura ambiente e, portanto, é conhecido como teste de flexão a frio.
Deflexão: Deslocamento linear do centroide de uma seção transversal na direção perpendicular ao eixo durante uma deformação por flexão.
Tensão de flexão: A tensão gerada durante a flexão.
Deformação por flexão: Uma pequena alteração no comprimento da unidade na superfície externa do centro do vão da amostra durante a flexão.
Flexão Módulo de elasticidade: A relação entre a tensão de flexão e a deformação dentro do intervalo em que há uma relação linear proporcional entre as duas.
Resistência à flexão: A tensão máxima de flexão atingida antes ou no valor de deflexão especificado.
Em um teste de flexão, um corpo de prova com formato e tamanho específicos é colocado em suportes com um determinado comprimento de extensão (L) e uma carga concentrada é aplicada, fazendo com que o corpo de prova sofra tensão de flexão e deformação.
Há dois Tipos de flexão testes: flexão de três pontos e flexão de quatro pontos. A flexão de três pontos é o método mais amplamente utilizado.
A forma da seção transversal de um corpo de prova de teste de flexão pode ser redonda, quadrada, retangular ou poligonal, mas deve estar em conformidade com as especificações descritas nos padrões de produtos ou acordos técnicos relevantes.
Em temperatura ambiente, o corpo de prova pode ser preparado por meio de serragem, fresagem, aplainamento ou outros métodos de processamento. A parte do corpo de prova que está sendo testada não deve ter reentrâncias ou cicatrizes.
As bordas do corpo de prova devem ser alisadas com lima, e o raio não deve ser maior que 1/10 da espessura do corpo de prova.
O teste de flexão é normalmente conduzido em uma máquina universal de teste de materiais ou em uma máquina de teste de materiais. máquina de freio de prensa.
As matrizes de dobra comuns usadas no teste incluem o tipo de rolo, o tipo de molde tipo V, o tipo de torno e o tipo de placa.
A curva de flexão é uma representação gráfica da relação entre a carga de flexão obtida em um teste de flexão e a deflexão de flexão do corpo de prova.
A tensão normal máxima na superfície do lado de tração durante a flexão do corpo de prova pode ser calculada da seguinte forma: σ= M/W, em que:
M é o momento de flexão máximo e pode ser calculado da seguinte forma:
W é o coeficiente de seção de flexão e pode ser calculado da seguinte forma:
Resistência à flexão: A tensão máxima que um corpo de prova pode suportar antes de quebrar sob flexão, que é calculada usando a fórmula de tensão de flexão elástica representada pelo símbolo σbb: σbb = Mb/W (em que Mb é o momento de flexão no ponto de fratura).
Ferro fundido cinza tem uma maior resistência à flexão em comparação com sua resistência à tração.
Deflexão da fratura: Para determinar a deflexão da fratura, o corpo de prova é colocado simetricamente em um dispositivo de teste de flexão com um defletômetro instalado no ponto médio do corpo de prova. Uma constante força de flexão é aplicado até que o corpo de prova se rompa, e a deflexão no ponto médio do vão é medida no momento da fratura.
O teste de cisalhamento é realizado para avaliar o cisalhamento resistência dos materiais. Envolve a determinação da força máxima na qual o corpo de prova sofre deslocamento após a falha no cisalhamento.
As forças de cisalhamento são comuns em várias estruturas de engenharia, como parafusos, pinos, rebites etc.
A força resultante da carga que atua nos dois lados da amostra consiste em um par de forças com magnitude igual, direção oposta e linhas de ação colineares, conforme mostrado na ilustração.
Geralmente, ele é dividido em cinco categorias: teste de cisalhamento simples, teste de cisalhamento duplo, teste de perfuração, teste de cisalhamento com fenda e teste composto chapa de aço teste de cisalhamento.
Determinação do corpo de prova de cisalhamento: O corpo de prova de cisalhamento é selecionado com base no método de teste de cisalhamento e em seu acessório correspondente.
Amostra cilíndrica: O diâmetro e o comprimento da amostra são selecionados com base no acessório, sendo que os diâmetros comuns são 5, 10 ou 15 mm.
Amostra de placa de perfuração: Quando não for possível criar uma amostra cilíndrica a partir de uma placa fina, poderá ser usada uma amostra de cisalhamento por puncionamento. A espessura da amostra de placa normalmente deve ser inferior a 5 mm.
Amostra de cisalhamento de peças reais: Peças reais, como rebites ou parafusos, também podem ser usadas como amostra de cisalhamento.
Configuração de teste:
O teste de cisalhamento em temperatura ambiente deve ser realizado em uma faixa de temperatura de 10℃ a 35℃.
Para várias amostras, selecione o aparelho adequado. Durante a instalação, ele deve estar alinhado com a linha central do indentador do equipamento de teste e não deve estar descentralizado. A velocidade do teste de cisalhamento deve ser maior ou igual a 15 mm/min, enquanto a velocidade do teste de cisalhamento em alta temperatura deve ser maior ou igual a 5 mm/min.
Para o teste de cisalhamento em alta temperatura, o tempo de aumento de temperatura não deve ser inferior a 1 hora e o tempo de retenção de calor deve estar entre 15 e 30 minutos.
Após cortar o corpo de prova, registre a força máxima de teste (F) durante o teste de cisalhamento.
Calcule a resistência ao cisalhamento (τb) em MPa usando a seguinte fórmula:
Resistência ao cisalhamento simples: τb=F/S0 (S0 - área da seção transversal original da amostra, mm2)
Resistência ao cisalhamento duplo: τb=F/2S0=2F/(πd2)(S0 - área da seção transversal original da amostra, mm2)
Resistência ao cisalhamento duplo: τb=F/(πd0t)(d0 - diâmetro de perfuração, mm2t - espessura da amostra, mm)
O teste de torção é um método usado para avaliar a resistência de um material a forças de torção ou torque. É um método fundamental para testar as propriedades mecânicas dos materiais.
O teste envolve a aplicação de um torque T a uma amostra, a medição do torque T e do ângulo de torção correspondente φ e o traçado de uma curva de torção. Em geral, a amostra é torcida até que se frature, e as propriedades mecânicas de torção da amostra são medidas. material metálico são determinados com base nos dados resultantes.
Em vários setores, como mecânica, petróleo e metalurgia, há muitos casos em que os componentes mecânicos são submetidos a cargas de torção, como eixos e molas.
Ccaracterística
O alto coeficiente de flexibilidade da tensão na torção a torna útil para medir a fragilidade dos materiais sob tensão. Por exemplo, isso pode ser aplicado ao estudo da plasticidade do aço para ferramentas temperado em baixa temperatura e temperado em baixa temperatura.
Em um teste de torção, a deformação plástica do cilindro é consistente ao longo de todo o seu comprimento, e a seção e o comprimento da bitola da peça de teste permanecem constantes sem nenhum fenômeno de estrangulamento durante a tensão estática.
O teste de torção é eficaz na diferenciação entre os modos de fratura normal e de corte em materiais. Para materiais plásticos, a superfície de fratura é perpendicular ao eixo do corpo de prova e exibe uma superfície plana com traços de deformação plástica em um padrão de redemoinho.
O teste de torção é sensível a defeitos na superfície do metal, pois revela a distribuição de tensão e deformação na seção transversal do corpo de prova. Assim, ele pode ser usado para avaliar a qualidade da superfície de peças de trabalho tratadas termicamente e os efeitos de vários processos de reforço de superfície.
No teste de torção, o corpo de prova é submetido a uma alta tensão de cisalhamento, o que o torna uma ferramenta útil para estudar a deformação plástica inicial não simultânea, como efeitos colaterais elásticos, histerese elástica e atrito interno.
O teste de torção pode ser utilizado para determinar todos os índices de propriedade mecânica relacionados à deformação por cisalhamento e à fratura de materiais plásticos e frágeis. Ele possui vantagens que não podem ser igualadas por outros métodos de teste de propriedade mecânica.
Morfologia da fratura por torção
(a - fratura de corte, b - fratura normal, c - fratura em camadas)
A superfície de fratura do material plástico é perpendicular ao eixo da peça de teste e tem uma aparência plana com traços de deformação plástica em espiral, como visto na Figura a. Esse tipo de fratura é causado por tensão de cisalhamento.
Em contraste, a superfície de fratura do material frágil é inclinada a aproximadamente 45 graus em relação ao eixo da peça de teste e tem um formato espiralado, conforme mostrado na Figura b.
Quando a resistência ao corte axial do material é mais fraca do que sua resistência ao corte transversal, podem ocorrer fraturas em camadas ou em lascas de madeira durante a fratura por torção, conforme ilustrado na Figura c.
Ao examinar as características da superfície da fratura, é possível determinar a causa da fratura e avaliar as forças relativas da resistência à torção e da resistência à tração (compressão) do material.
Durante o teste, à medida que o torque aumenta, as seções em ambas as extremidades do comprimento do medidor da peça de teste giram continuamente uma em relação à outra, resultando em um aumento no ângulo de torção.
O dispositivo de desenho da máquina de teste pode ser usado para criar uma curva Mn-φ (também conhecida como diagrama de torção).
Com base nas propriedades exclusivas dos materiais, a curva de torção pode ser classificada em dois tipos típicos: aço com baixo teor de carbono e ferro fundido.
O diagrama de torção é comparável à curva de tensão-deformação obtida no teste de tração, pois a forma do corpo de prova permanece inalterada durante a torção e a deformação é consistente em todo o processo.
Mesmo quando atinge o estágio de deformação plástica, o torque continua a aumentar à medida que a deformação aumenta, até que o corpo de prova eventualmente se rompe.
Curva de torção de aço doce
Fase elástica OA
No ponto D, quando a curva é atingida em uma área fraca da peça de teste (onde o material é inconsistente ou tem falhas), há um aumento significativo na deformação, uma diminuição acentuada na seção transversal efetiva e ocorre o estrangulamento.
Posteriormente, a deformação axial do corpo de prova se concentra principalmente no local do estrangulamento, e o corpo de prova acaba quebrando nesse ponto.
Quando o torque aplicado permanece dentro da faixa elástica, a deformação é elástica e a curva Mn-φ aparece como uma linha reta.
O torque correspondente, Mp, é atingido quando a tensão de cisalhamento na borda alcança o limite de rendimento de cisalhamento.
A tensão na seção é distribuída uniformemente e a tensão de cisalhamento mais alta é encontrada na superfície, ou seja, τ max = Mn/Wn.
Estágio de rendimento AB
Quando o limite elástico é excedido, o corpo de prova começa a ceder de forma gradual, começando pela superfície e se espalhando até o centro do círculo.
Como resultado, a curva Mn-φ começa a se curvar, a zona plástica na seção transversal se expande em direção ao centro do círculo e a tensão na seção transversal se torna não linear.
Quando todo o corpo de prova tiver cedido, um platô de cedência aparecerá na curva Mn-φ.
O torque de escoamento mínimo, conforme indicado pelo ponteiro ativo, é registrado nesse ponto como Ms.
Quando o torque aplicado permanece dentro do limite elástico, a deformação é elástica e a curva Mn-φ permanece uma linha reta.
Quando a tensão de cisalhamento na borda atinge o limite de rendimento de cisalhamento, o torque correspondente é Mp.
A tensão na seção é distribuída linearmente, e a tensão de cisalhamento na superfície é a maior. Ou seja, τ máximo= Mn/ Wn
resistência ao escoamento τs=(3/4)(Ms/Wn)
Estágio de fortalecimento BC
Quando o estágio de escoamento é ultrapassado, a curva φ começa a subir novamente, indicando que o material recuperou sua capacidade de resistir à deformação. Em outras palavras, o torque necessário para continuar a deformar o material deve continuar a aumentar.
O aço de baixo carbono tem um estágio de fortalecimento prolongado, mas não há necking antes de ocorrer a fratura.
Limite de resistência à torção τb=(3/4)(Mb/Wn)
Curva de torção do ferro fundido
Quando o ferro fundido é submetido a uma certa quantidade de carga, a curva Mn-φ se desvia de uma linha reta até atingir o ponto de ruptura. Isso indica que a deformação plástica do ferro fundido é mais acentuada durante a torção em comparação com a tensão.
O limite de resistência, chamado de τb, é definido como a tensão de cisalhamento máxima no ponto de fratura do ferro fundido.
τb=(3/4)(Mb/Wn)
De acordo com os padrões atuais, as amostras podem ser classificadas em dois tipos: cilíndricas e tubulares.
É recomendável usar amostras cilíndricas com um diâmetro de 10 mm, distâncias de medição de 50 mm e 10 mm e comprimentos paralelos de 70 mm e 120 mm, respectivamente.
Se forem usadas amostras de outros diâmetros, seu comprimento paralelo deverá ser igual ao comprimento do medidor mais duas vezes o diâmetro.
O comprimento paralelo dos corpos de prova tubulares deve ser igual ao comprimento do medidor mais duas vezes o diâmetro externo.
Máquina de teste de torção
Vários tipos de máquinas de teste de torção mecânicas ou eletrônicas são aceitáveis.
O erro relativo da indicação de torque da máquina de teste não deve exceder ±1%, e isso deve ser verificado regularmente pelo departamento de metrologia.
Durante o teste, um dos dois mandris da máquina de teste deve ser capaz de se mover livremente ao longo do eixo sem aplicar força axial adicional na amostra, e ambos os mandris devem permanecer coaxiais.
A máquina de teste deve ser capaz de aplicar continuamente o torque à amostra sem qualquer impacto ou vibração, e manter um torque constante por 30 segundos.
Medidor de torção
Diferentes tipos de medidores de torção, incluindo o tipo espelho, o tipo mostrador e o tipo eletrônico, são permitidos para medir o ângulo de torção.
Sugere-se o uso de medidores de torção do tipo eletrônico.
1-Amostra; 2 - Bloco de fixação fixo; 3 - Porca de ajuste; 4 - Bloco de fixação rotativo; 5 - Régua de comprimento do medidor; 6 - Mostrador digital
Condições do teste: O teste deve ser realizado em temperatura ambiente, entre 10 e 35 ℃.
Velocidade de torção: a velocidade deve variar de 3° a 30° por minuto antes de ceder e não deve exceder 720° por minuto depois de ceder.
A alteração na velocidade não deve ter nenhum efeito.
(1) Determinação do módulo de cisalhamento
Método gráfico:
A curva de ângulo de torque deve ser registrada usando um método de registro automático.
O incremento de torque e o incremento de ângulo devem ser lidos a partir do segmento linear elástico da curva.
Método de carregamento passo a passo:
Dentro da faixa da seção reta elástica, a amostra deve ser carregada com um mínimo de cinco torques iguais.
O torque e o ângulo de torção correspondente em cada estágio devem ser registrados. O incremento médio do ângulo de torção para cada estágio deve ser calculado, e o módulo de cisalhamento (G) deve ser calculado usando a fórmula do método gráfico.
(2) Determinação da resistência à torção não proporcional especificada
A curva de ângulo de torque-torção é registrada usando um método de registro automático.
O eixo do ângulo de torção transversal do segmento de linha reta elástica na curva é estendido até o ponto O. O segmento OC é interceptado e uma linha paralela CA é desenhada a partir do segmento de linha reta elástica passando pelo ponto C até o ponto A. O torque correspondente ao ponto A é Tp.
Resistência à torção não proporcional especificada: τb=Tp/W
(3) Determinação da força de rendimento superior e inferior
A medição deve ser realizada usando o método do diagrama ou o método do ponteiro.
Durante o teste, o método de registro automático será usado para registrar a curva de torção ou o ponteiro do mostrador de torque da máquina de teste será observado diretamente.
O torque de escoamento superior é definido como o torque máximo antes da primeira queda, e o torque de escoamento inferior é definido como o torque mínimo no estágio de escoamento, excluindo o efeito instantâneo inicial.
Resistência ao escoamento superior: τeH=TeH/W
Menor resistência ao escoamento: τeL=TeL/W
(4) Determinação da resistência à torção
Aplique torque contínuo à amostra até que ela se quebre.
Registre o torque máximo da amostra antes que ela se torça, seja a partir da curva de torção registrada ou do mostrador de torque da máquina de teste e, em seguida, calcule a resistência à torção usando a fórmula apropriada.
A resistência à torção é calculada da seguinte forma:
τm = Tm / W
Onde:
Isso demonstra que a fratura é resultado de tensão de cisalhamento.
A evidência de deformação plástica convoluta pode ser observada na seção, o que é uma característica de uma fratura dúctil.
O limite de resistência no ponto de fratura é chamado de τb.
É indicado que a fratura é causada pela tensão máxima de tração.
No entanto, a tensão máxima de tração se rompe antes que a tensão máxima de cisalhamento atinja seu limite de resistência, o que sugere que o ferro fundido tem uma resistência à tração mais fraca em comparação com sua resistência ao cisalhamento.
Durante a torção pura, a superfície do corpo de prova redondo sofre tensão de cisalhamento pura, e duas tensões principais, σ1 e σ3, são aplicadas à superfície da espiral em ângulos de ± 45º em relação ao eixo da haste e são iguais ao valor absoluto da tensão de cisalhamento máxima τmáximo.
Portanto, o ângulo de fratura da amostra revela se o material está sofrendo tensão de tração ou cisalhamento e a força da resistência à tração e ao cisalhamento do próprio material.
A superfície do corpo de prova redondo está no estado de tensão de cisalhamento puro durante a torção pura
A dureza refere-se à capacidade dos materiais sólidos de resistir à deformação local, incluindo deformação plástica, indentação e arranhões, indicando a resistência do material a essas ações.
A dureza não é uma propriedade física simples, mas sim um indicador abrangente das propriedades mecânicas de um material, como elasticidade, plasticidade, resistência e tenacidade.
Por exemplo, o teste de dureza por arranhões mede a resistência do metal a rachaduras, enquanto o teste de dureza por indentação avalia sua resistência à deformação.
Há uma correlação entre os dados de dureza e outras propriedades mecânicas, como a resistência à tração, já que ambas dureza e resistência à tração estão relacionados à deformação plástica que ocorre durante a tensão.
O teste de dureza é o teste de propriedade mecânica mais comumente usado, que pode ser dividido em duas categorias com base no tipo de tensão aplicada: indentação e arranhão.
No método de indentação, há duas subcategorias baseadas na velocidade de aplicação da força: teste de força estática e teste de força dinâmica.
O amplamente utilizado Dureza BrinellOs testes de dureza Shore, dureza Rockwell e dureza Vickers são exemplos de testes de força estática, enquanto os testes de dureza Shore, dureza Leeb e dureza Brinell por martelamento são exemplos de testes de força dinâmica.
Escopo de aplicação dos métodos de medição de dureza
| Método de medição de dureza | Escopo de aplicação |
| Teste de dureza Brinell | As peças com grãos grossos e estrutura irregular não devem ser usadas para produtos acabados. No teste de dureza de peças de ferro e aço, os indentadores de esferas de carboneto cimentado têm sido gradualmente usados para medir a dureza de peças recozidas e normalizadas, temperado e revenido peças, fundidos e forjados. |
| Teste de dureza Rockwell | Inspeção da dureza do lote, dos produtos acabados e dos produtos semiacabados. Peças com grãos grossos e estrutura irregular não devem ser usadas. Ele é dividido em três tipos: A, B e C. |
| Teste de dureza Rockwell da superfície | Teste a dureza de peças finas, peças pequenas e a dureza da superfície de peças com camada de endurecimento de espessura fina ou média. A escala N é geralmente usada no teste de dureza de peças de aço. |
| Teste de dureza Vickers | Ele é usado principalmente para medir a dureza de peças pequenas e finas, bem como a dureza da superfície de peças com camada de endurecimento de espessura rasa ou média. |
| Teste de dureza Vickers sob carga pequena | Teste a dureza de peças pequenas e finas, bem como a dureza da superfície de peças com uma camada de endurecimento superficial. Meça o gradiente de dureza da superfície ou a profundidade da caixa endurecida das peças endurecidas. |
| Teste de dureza Micro Vickers | Teste a dureza de micropeças, peças ou microestruturas extremamente finas e a dureza da superfície de peças com camadas de endurecimento extremas ou extremamente duras. |
| Teste de dureza Shore | É usado principalmente para inspeção de dureza no local de peças grandes, como rolos, superfícies de máquinas-ferramenta, construção pesada, etc. |
| Teste de dureza de limas de aço | Inspeção de dureza no local para peças com formato complexo e peças grandes. Inspeção de dureza 100% de peças em lote. A dureza da superfície inspecionada não deve ser inferior a 40HRC. |
| Teste de dureza Knoop | Teste a dureza de micropeças, peças ou microestruturas extremamente finas e a dureza da superfície de peças com camadas de endurecimento extremamente finas ou extremamente duras. |
| Teste de dureza Leeb | Inspeção de dureza no local para peças grandes, peças de montagem, peças com formato complexo, etc. |
| Teste de dureza ultrassônico | Inspeção de dureza no local para peças grandes, peças de montagem, peças com formato complexo, peças finas, peças nitretadas, etc. |
| Teste de dureza Brinell com golpe de martelo | Inspeção de dureza no local de peças grandes e matérias-primas normalizadas, recozidas ou temperadas e revenidas. |
A dureza Shore também é conhecida como método de rebote e pode ser dividida em três categorias: indentação, rebote elástico e arranhão.
Os valores de dureza do mesmo tipo podem ser convertidos, mas somente para o mesmo material, ao comparar valores de dureza obtidos por métodos diferentes.
Características do teste de dureza
O método experimental é simples e não exige o processamento de amostras.
O dano causado à superfície é mínimo e se enquadra na categoria de detecção "não destrutiva" ou de microdanos.
Há uma correlação entre a dureza e outros índices de desempenho mecânico sob carga estática. Por exemplo, o valor da resistência pode ser estimado a partir da medição da dureza.
A faixa de medição pode variar de vários grãos a um único grão ou até mesmo vários átomos usando um NanoIndenter.
Dureza Brinell (HB): Uma unidade de medida da resistência de um material à deformação por indentação permanente causada pela aplicação de uma força de teste por meio de um carboneto cimentado indentador esférico.
Dureza Knoop (HK): Uma unidade de medida da resistência de um material à deformação por indentação permanente causada pela aplicação de uma força de teste por meio de um indentador de cone de diamante.
Dureza Shore (HS): Refere-se à dureza expressa como a altura de recuo medida de um pino de impacto (um pequeno cone com uma ponta de broca de diamante) quando ele cai na superfície do material testado a partir de uma altura definida usando o método de rebote elástico.
Dureza Rockwell (HR): Uma unidade de medida da resistência de um material à deformação por indentação permanente causada pela aplicação de uma força de teste por meio de um indentador cimentado de carboneto ou cone de diamante, correspondente a uma escala específica.
Dureza Vickers (HV): Uma unidade de medida da resistência de um material à deformação por indentação permanente causada pela aplicação de uma força de teste por meio de um indentador de pirâmide de diamante.
Dureza Leeb (HL): Refere-se ao valor de dureza calculado como a razão entre a velocidade de rebote e a velocidade de impacto de um punção a 1 mm da superfície da amostra quando um corpo de impacto de qualidade especificada impacta a superfície da amostra em uma velocidade definida sob força elástica.
Bloco padrão: Usado para inspeção indireta de testadores de dureza por indentação, possui materiais de bloco padrão com valores de indentação qualificados.
A dureza de um metal é proporcional à sua resistência à tração, conforme expresso pela equação: σb = kHB, em que k é o coeficiente proporcional. Os valores de k para diferentes materiais metálicos variam.
Depois de passar por um tratamento térmico, a dureza e a resistência de um metal podem mudar, mas seu valor k permanece praticamente inalterado. Entretanto, o valor de k não é mais constante depois que um metal é submetido à deformação a frio.
O Valor k para aço é de aproximadamente 3,3. É importante obter dados precisos de resistência por meio de medição direta.
Princípio: A dureza de um material é determinada pelo uso de um indentador com um diâmetro específico para aplicar uma força de teste na superfície a ser medida. O diâmetro da indentação na superfície do material é então medido após a descarga por um período de tempo especificado, e o valor da dureza é calculado.
Indentador: O indentador usado para essa medição é uma esfera de aço endurecido ou uma esfera de aço duro. liga de aço bola.
O teste de dureza Brinell consiste em três elementos: carga, diâmetro do indentador e tempo de retenção.
A representação da dureza Brinell é feita da seguinte forma: 120HBS10/1000/30.
O valor da dureza Brinell é em quilograma força/mm2 (N/mm2);
O valor máximo possível para a dureza Brinell é HB650, e qualquer valor superior a esse não é considerado válido.
Vantagens:
Desvantagens:
Princípio: A superfície do material é testada quanto à dureza pressionando-se um cone de diamante ou um indentador de esfera de aço temperado sob uma pressão de teste F.
Depois de ser mantida por um tempo especificado, a força de teste principal é removida e a força de teste inicial é mantida. O valor da dureza é então calculado usando o incremento de profundidade de indentação residual.
Na medição real, o valor da dureza Rockwell pode ser facilmente lido no mostrador da máquina de teste.
Observação: o teste de dureza Rockwell requer uma carga grande, portanto não é adequado para medir amostras extremamente finas ou camadas endurecidas na superfície. Para esses casos, recomenda-se a medição da dureza Rockwell da superfície.
Vantagens:
Desvantagens:
Indentador: O teste usa um cone de diamante com um ângulo de vértice de 120° ou uma esfera de aço temperado com um diâmetro de 1,588 mm.
1-1: A posição do indentador com a carga inicial aplicada.
2-2: A posição do indentador após a adição da carga inicial e da carga principal.
3-3: A posição do aríete após a remoção da carga principal.
he: A recuperação elástica do material após a remoção da carga principal.
Escalas de dureza
| Escala | Indentador | Carga (kg) | Finalidade |
| A | diamante | 60 | HRA: menos pressão e danos no teste de dureza de ligas superduras e chapas finas de aço que penetram na camada de superfície rígida |
| B | Bola de 1/16 pés | 100 | HRB: aço inoxidável macio, metais não ferrosos |
| C | diamante | 150 | HRC: carboneto de tungstênio e aço endurecido pelo tempo |
| D | diamante | 100 | HRD: Peças endurecidas na superfície |
| E | Esfera de 1/8 de polegada | 100 | HRE: ferro fundido, liga de alumínio, liga de magnésio, rolamento e ouro |
| F | Esfera de 1/16 polegada | 60 | HRF: Presente frio chapa metálica aço, aço recozido, latão |
| G | Esfera de 1/16 polegada | 150 | HRG: bronze fosforoso, revestimento de cobre, liga de duralumínio |
| H | Esfera de 1/8 de polegada | 60 | HRH: alumínio, zinco, chumbo |
| K | Esfera de 1/8 de polegada | 150 | HRK: Rolamento e ouro |
Representação da dureza Rockwell: 70HR30TW
Equipamento de teste de dureza Rockwell
Princípio: o indentador é pressionado contra a superfície da amostra sob uma força de teste estático. Após mantê-lo pressionado por um tempo especificado, a força de teste é removida, deixando uma indentação quadrada e cônica na superfície da amostra.
Cálculo da área de indentação: A dureza Vickers é calculada dividindo-se a força de teste pela área da superfície de indentação.
Indenter - material de diamante, pirâmide quadrada, ângulo de face de 136°
O método de teste de dureza Vickers oferece a vantagem de poder selecionar a força de teste arbitrariamente para materiais com dureza uniforme, pois o valor da dureza permanece inalterado. Um cone com um ângulo de face de 136° é escolhido para fins de consistência em comparação com as indicações de dureza Brinell.
Método de representação: O valor da dureza é representado pelo número na frente de "HV", e o valor da força de teste é representado pelo número após "HV".
O tempo de espera padrão para o teste é de 10 a 15 segundos. Se o tempo de espera se desviar desse intervalo, ele deverá ser marcado.
Por exemplo, "600HV30" indica que o valor de dureza obtido usando uma força de teste de 30 kgf e mantendo-a por 10 a 15 segundos é 600.
"600HV30/20" indica que o valor de dureza obtido usando uma força de teste de 30 kgf e mantendo-a por 20 segundos é 600.
Escopo de aplicação: Os testes de dureza Vickers podem ser aplicados para medir a dureza dos metaisincluindo testes de dureza Vickers de baixa carga e testes de dureza micro Vickers, dependendo do tamanho da força de teste.
Teste de dureza Vickers: Esse teste é capaz de medir a dureza de todos os metais, excluindo amostras com camadas muito pequenas e finas.
Teste de dureza Vickers de baixa carga: Esse teste é ideal para medir a dureza da superfície de camadas de reforço de superfície de aço, camadas de superfície de tratamento térmico químico, camadas de infiltração, camadas de transição, etc.
Teste de dureza Micro Vickers: além de testar a dureza dos produtos, esse método de teste é amplamente utilizado em metalografia e pesquisa de materiais.
Vantagens:
Desvantagens:
Os testes de microdureza envolvem a aplicação de uma carga inferior a 0,2 kgf e são divididos em testes de dureza Micro Vickers e Micro Knoop.
Esses testes podem medir com precisão a dureza de materiais frágeis, como cerâmica, vidro e ágata, com alta sensibilidade, e são ideais para avaliar o grau de endurecimento por trabalho de fios finos.
Indentação do indentador Vickers (esquerda), indentação do indentador Knoop (direita)
Aplicação de microdureza
(1) Pesquisa sobre Materiais metálicos e metalografia:
Materiais metálicos A pesquisa em metalografia e metalografia utiliza testes de microdureza para determinar a dureza de diferentes fases em metais e ligas, analisar seu impacto nas propriedades da liga e fornecer uma base para o projeto adequado da liga.
(2) Estudo das propriedades da camada de superfície metálica:
São realizados estudos das propriedades das camadas de difusão, como camadas cementadas, camadas nitretadas e camadas de difusão de metal, bem como pesquisas sobre as propriedades das camadas de superfície endurecida. Por exemplo, a superfície do metal é influenciada pelo processamento mecânico e térmico.
(3) Estudo da falta de homogeneidade dos grãos:
Também são realizadas pesquisas sobre a não homogeneidade dos grãos.
(4) Medição da dureza de produtos metálicos muito finos:
Por fim, o teste de microdureza é usado para medir a dureza de produtos metálicos extremamente finos.
No método de teste de dureza Shore, um punção de diamante com um formato específico é lançado de uma altura fixa h0 na superfície da amostra. O punção então salta até uma determinada altura h.
O valor da dureza Shore é calculado com base na proporção de h para h0pois a dureza do material é proporcional à altura do rebote.
Observe que a dureza Shore é um método de teste de força dinâmica, diferente dos três métodos de indentação estática anteriores.
Requisitos de amostragem:
Para que a amostra seja testada, os seguintes requisitos devem ser atendidos:
Método de representação:
O valor da dureza é representado da seguinte forma:
Vantagens:
Desvantagens:
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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