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O teste de dureza é um teste simples e relativamente barato. Mais rápido e menos destrutivo do que os testes de tração, é considerado um dos testes mecânicos mais universalmente valiosos disponíveis para os engenheiros.
Os valores dos testes de dureza são empíricos e, no entanto, os resultados fornecem uma correlação muito boa com a resistência do material em uma ampla gama de materiais. Quando uma força conhecida é aplicada em um teste de dureza, a quantidade de deformação plástica que o material sofre determina o valor da dureza.
Nos testes do tipo Rockwell, indentadores carregados de vários tamanhos e formas medem a dureza. Para este experimento, mediremos e compararemos a dureza do aço não tratado e tratado termicamente usando o teste de dureza Rockwell.
Vários métodos comuns para medir a dureza dos metais incluem Brinell, Vickers, Knoop e dureza Rockwell BNC. Cada um desses métodos utiliza um penetrador, seja na forma de uma esfera, um cone ou uma pirâmide de diamantes.
Um recuo é feito na superfície de um metal e uma leitura de dureza é exibida. Desta lista, o teste de dureza Rockwell é o mais popular para aços estruturais. Um testador Rockwell manual padrão consiste em um sistema de alavanca para aplicar a carga e uma leitura analógica mostrando o número de dureza.
No teste típico de Rockwell, um ponto zero é estabelecido para levar em conta as variações da superfície, aplicando uma carga preliminar e medindo uma profundidade de penetração inicial. Em seguida, a carga principal é aplicada ao penetrador. Finalmente, a carga é removida e a profundidade de penetração final é medida. O medidor de discagem na parte superior da máquina usa a diferença entre esses dois valores para exibir um valor de dureza Rockwell. Quanto mais duro for o material, menos o penetrador penetrará, resultando em um valor de dureza Rockwell mais alto. Assim, os valores de dureza Rockwell B e Rockwell C são baseados na profundidade da penetração e, portanto, as máquinas de teste são calibradas frequentemente usando blocos de teste de calibração para faixas de dureza específicas.
O teste de dureza Rockwell pode ser usado para avaliar como a resistência de um material é alterada por meio de processos como tratamento térmico ou laminação a frio. A laminação a frio tende a resultar em materiais mais fortes e duros. O tratamento térmico pode resultar em materiais mais macios por meio do aquecimento, mas estruturas mais duras por meio da têmpera.
Por exemplo, no Jominy End Quench Test, uma amostra cilíndrica é aquecida uniformemente. Uma extremidade é então temperada com um jato de água. Mudanças ao longo do comprimento da amostra da extremidade temperada para a extremidade não exveniente podem ser vistas nos valores de dureza, que são representativos de mudanças na microestrutura.
Na próxima seção, mediremos a dureza ao longo do comprimento de uma amostra de teste de têmpera Jominy End de aço para observar a transição de aço não tratado para aço tratado termicamente usando o teste de dureza Rockwell.
Antes de começar, familiarize-se com a máquina de teste. A bigorna, que pode ser levantada ou abaixada pelo volante cabrestante, suporta uma amostra embaixo do penetrador intercambiável.
Uma carga de teste é escolhida usando o seletor na lateral da máquina e é aplicada girando a alavanca de carga da posição de descarga para a posição de carga. O pré-carregamento correto e as medições finais são determinados usando o mostrador na parte superior da máquina.
Antes de inserir sua amostra de teste, confirme se o penetrador de cone de diamante Rockwell C está instalado e a carga de teste está definida para 150 kg. Prenda a amostra na máquina com a superfície plana contra a bigorna. Para esta demonstração, usaremos uma amostra Jominy End Quenched que passou por um tratamento de resfriamento a água.
Mova a alavanca de carga para a posição de descarga e, em seguida, levante a bigorna para aproximar a amostra do penetrador. Ajuste a posição da amostra para que o penetrador fique a um décimo sexto de polegada da extremidade. Quando a posição estiver correta, prenda novamente a amostra para que ela não se mova durante o teste. Agora, levante a amostra mais uma vez até que a agulha no mostrador frontal comece a se mover ligeiramente, indicando que o contato com o penetrador foi estabelecido.
Aplique a pré-carga continuando a levantar lentamente a amostra até que a agulha no mostrador tenha completado três voltas completas. Pare quando a agulha tiver completado a terceira volta. Ajuste o anel externo do relógio comparador para que a leitura inicial seja zero. Em seguida, mova a alavanca de carga para a posição de carregamento para aplicar a carga de teste. A agulha se acomodará em um novo valor à medida que a carga for aplicada. Aguarde até que pare de se mover e, em seguida, mova a alavanca de carga de volta para a posição de descarga.
Registre a dureza Rockwell C do mostrador e, em seguida, abaixe a bigorna para afastar a amostra do penetrador. Repetir este ensaio ao longo do comprimento da amostra. As diretrizes ASTM-A255 especificam que as leituras devem ser feitas em intervalos de um décimo sexto de polegada para a primeira meia polegada e em intervalos de um oitavo de polegada para a próxima meia polegada.
Plote a dureza Rockwell da amostra em função da posição ao longo da amostra. A dureza diminui claramente à medida que a distância da extremidade temperada aumenta.
O teste de dureza Rockwell foi usado para mostrar que, devido à taxa de resfriamento, a mudança na estrutura interna do material afetou a dureza do material, o que, por sua vez, indica a resistência do material.
Agora que você aprecia o teste de dureza por sua facilidade de uso, vamos dar uma olhada em como ele é aplicado para garantir a qualidade dos produtos do dia a dia.
Os valores de dureza podem ser facilmente convertidos em valores de resistência usando gráficos derivados de equações empíricas. Como esperado, materiais mais macios têm valores de resistência mais baixos e materiais mais duros têm valores de resistência mais altos. Por causa disso, os valores de dureza podem ser usados no lugar de testes de tração mais caros para prever a resistência das coisas que usamos todos os dias.
Basta olhar em volta para um churrasco no quintal, você verá muitos produtos considerados seguros devido aos testes de dureza. Cadeiras de jardim de metal, grelhas na grelha em uma ampla faixa de temperaturas, facas de aço temperado e escada de piscina de metal em condições aquáticas. Todos provavelmente foram testados quanto à dureza para garantir a segurança do consumidor.
Você acabou de assistir à introdução da JoVE ao teste de dureza Rockwell. Agora você deve entender por que o teste de dureza é comumente usado, como realizar testes de dureza e como analisar os resultados obtidos.
Obrigado por assistir!
