Para responder esta questão, vamos fazer um breve resumo sobre os ENSAIOS DE DUREZA.
A DUREZA é uma propriedade mecânica cujo conceito se refere à resistência que um material, quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados, apresenta ao risco ou à formação de uma marca permanente.
O ensaio de dureza consiste na impressão de uma pequena marca feita na superfície da peça pela aplicação de pressão com uma ponta de penetração. A medida da dureza do material é dada como função das características da marca de impressão e da carga aplicada em cada tipo de ensaio de dureza realizado.
Os métodos mais aplicados em engenharia utilizam penetradores com formato padronizado e que são pressionados na superfície do material sob condições específicas de pré-carga e carga, causando inicialmente deformação elástica e em seguida deformação plástica. A área da marca superficial formada ou a sua profundidade são medida e correlacionadas com um valor numérico que representa a dureza do material. Além dos ensaios por Penetração, existem os ensaios de dureza por risco e de dureza por rebote.
Ensaio de dureza por risco (MOHS) é um ensaio pouco utilizado nos materiais metálicos, sua maior aplicação é no campo da mineralogia. A dureza Mohs é a mais conhecida nesse tipo de ensaio, sua escala consiste em uma escala de 10 minerais padrões organizados de tal forma que o mais duro (diamante, dureza ao risco 10) risca todos os outros. A maioria dos metais localiza-se entre os pontos 4 e 8 de dureza Mohs.
Outro método de dureza por risco é a microdureza Bierbaum, esta consiste na aplicação de uma força de 3 gf por um diamante padronizado, com formato igual a um canto de cubo com ângulo de contato de 35º, sobre uma superfície previamente preparada por polimento e ataque químico. Por meio de um microscópio mede-se a largura do risco ( [ ]), e o valor numérico da dureza Bierbaum (K) será:
Por sua vez, a dureza por rebote (SHORE) é um ensaio dinâmico cuja impressão na superfície do material é causada pela queda livre de um êmbolo com uma ponta padronizada de diamante. Nesses ensaios, o valor da dureza é proporcional à energia de deformação consumida para formar a marca no corpo de prova e é representada pela altura alcançada no rebote do êmbolo. Nessas condições, um material dúctil, por exempli, irá consumir mais energia na deformação do corpo de prova e o êmbolo alcançará uma altura menor no retorno, indicando uma dureza mais baixa. O método Shore é o mais conhecido, ele utiliza uma barra de aço de 0,250 kgf, com uma ponta arredondada de diamante colocado dentro de um tubo de vidro com uma escala graduada de 0 a 140. Essa barra é liberada de uma altura padrão (256 mm), e a altura do rebote é considerada a dureza do material.
As principais vantagens do método Shore consistem em: o equipamento ser leve e portátil, adequado à determinação de dureza de peças grandes e ensaios em campo; ser indicado no levantamento da dureza de peças acabadas, visto que a marca deixa é pequena; ser possível a realização do ensaio em condições adversas, como altas temperaturas.
As precauções a serem tomadas no ensaio Shore são:
· a superfície do material deve estar limpa e lisa; e
· o tubo de queda deve estar em posição vertical e perpendicular à superfície.
Figura: Esboço do equipamento do ensaio de dureza por rebote Shore
Dos métodos de dureza por penetração, os mais conhecidos são: Dureza Brinell, Vickers e Rockwell. Existem três classes de aplicação para os metais duros e são separadas de acordo com o tipo de materiais a serem usinados.
Dureza BRINELL foi o primeiro ensaio de penetração padronizado e reconhecido industrialmente. Ele consiste em comprimir uma esfera de aço temperado ou de carboneto de tungstênio na superfície do material ensaiado, gerando uma calota esférica. A dureza Brinell é o quociente da carga aplicada pela área da calota esférica.
Em que: Dureza é expressa em termos de tensão (Pa); P é a carga de impressão (N); e S á a área da calota esférica impressa ( A dureza corresponde a uma tensão, o que permite estabelecer relações entre dureza e outras propriedades mecânicas dos materiais.
Em que: D é o diâmetro do penetrador (mm); d é o diâmetro da impressão.
Nesse ensaio, tanto a carga quanto o diâmetro da esfera dependem do material, devendo tais parâmetros serem adequados ao tamanho, è espessura e à estrutura interna do corpo de prova. Na prática é comum usar esferas com diâmetros de 10 mm. O diâmetro da impressão formada deve ser medido por meio de microscópio ou lupa graduada e por duas leituras, uma a 90 º da outra, a fim de minimizar leituras errôneas e resultados imprecisos.
O ensaio Brinell, devido ao tamanho da impressão formada, pode ser considerado destrutivo. Esse ensaio é o único indicado para materiais com estrutura interna não-uniforme, como o ferro fundido cinzento. O grande tamanho da impressão pode impedir o uso desse ensaio em peças pequenas, dessa maneira, não é adequado para caracterizar peças que tenham sofrido tratamentos superficiais (cementação, por exemplo).
Por sua vez, o Ensaio de DUREZA ROCKWELL utiliza a profundidade de impressão causada por um penetrador sob ação de uma carga como indicador da medida de dureza. Não há relação com a área da impressão. O penetrador utilizado no ensaio Rockwell pode ser um diamante esferocônico com ângulo de 120 º e ponta ligeiramente arredondada (r=0,2 mm) ou uma esfera de aço endurecido.
A aplicação da pré-carga “pe” necessária para eliminar a ação de eventuais defeitos superficiais e ajudar na fixação do corpo de prova no suporte, além de causa pequena deformação permanente, eliminando erros causados pela deformação elástica.
A profundidade de penetração é correlacionada pela máquina de ensaio a um número arbitrário, cuja leitura é feita diretamente na escala da máquina, após a retirada da carga toral, mantendo-se, entretanto, a carga inicial. O número de dureza Rockwell é sempre citado com o símbolo HR, seguido da escala utilizada e ocasionalmente da carga de ensaio. O teste de dureza Rockwell é bastante versátil e confiável. Contudo deve-se observar que:
· não deve ocorrer impacto na aplicação da carga;
· na realização do ensaio, recomenda-se que a espessura do corpo de prova seja no mínimo 10 vezes maior que a profundidade da impressão.
Já o método de DUREZA VICKERS, também conhecido como teste de dureza de pirâmide de diamante, é um método semelhante ao de dureza Brinell pois também correlaciona a carga aplicada com a área superficial da impressão. O penetrador padronizado é uma pirâmide de diamante de base quadrada e com um ângulo de 136 º entre as faces opostas.
Esse ensaio é aplicável a todos os materiais metálicos com quaisquer durezas, especialmente materiais muito duros ou corpo de prova muito finos, pequenos e irregulares. A forma da impressão é a de um losango regular, cujas diagonais devem ser medidas por um microscópio acoplado à máquina de teste, a média dessas duas medidas é utilizada para a determinação da dureza Vickers, que é dada pela seguinte expressão:
Em que: P é a carga em (N); d é o comprimento da diagonal da impressão (mm); e
As cargas são escolhidas de tal forma que a impressão gerada no ensaio seja suficientemente nítida para permitir uma boa leitura das diagonais. Como o penetrador é indeformável, a dureza obtida independe da carga utilizada, devendo, se o material for homogêneo, apresentar o mesmo número representativo de dureza. A designação da dureza é formada pelo valor da dureza seguido pelo símbolo HV.
O ensaio Vickers gera impressões extremamente pequenas, sendo aplicado a qualquer espessura de corpo de prova desde que não haja deformação no lado oposto. Além do que, é aplicado a um amplo espectro de materiais.
Dos ensaios acima mencionados, nenhum é possível de ser utilizado na determinação da dureza de pequenas áreas de corpo de prova. Entende-se por pequenas áreas aquelas necessárias à mensuração do gradiente de dureza que se verifica em superfícies cementadas e na determinação da dureza individual de microconstituintes de uma estrutura metalográfica.
Para tal, utiliza-se os ensaios de microdureza. Os métodos conhecidos de microdureza são a Vickers e Knoop Eles produzem uma impressão microscópica e utiliza penetradores de diamante e cargas menores que 1 kgf.
A MICRODUREZA VICKERS utiliza o mesmo procedimento descrito para a dureza Vickers comum. Já a MICRODUREZA KNOOP utiliza um penetrador de diamante na forma de uma pirâmide alongada, que provoca uma impressão no local onde a diagonal maior e a diagonal menor apresentam uma relação de 7:1. A profundidade da impressão é carca de 1/30 da diagonal maior. A microdureza Knoop é calculada por:
Em que: P é a carga aplicada (gf); S_p é a área projetada da impressão (mm²); l é o comprimento da diagonal maior (μm); e c é a constante do penetrador para relacionar S_p com l.
O valor indicado para dureza deve ser multiplicado por 10³ para compatibilizá-lo com a grandeza das demais durezas que se baseiam em uma relação carga/área. A área da impressão obtida no ensaio Knoop é cerca de 15% da área correspondente no ensaio de microdureza Vickers, enquanto a profundidade da impressão é menor que a metade. O ensaio Knoop permite a determinação da dureza de materiais frágeis como o vidro e de camadas finas como películas de tinta ou camadas eletrodepositadas. Os ensaios de microdureza requerem uma preparação cuidadosa do corpo de prova, e são recomendáveis o polimento eletrolítico da superfície de análise e o embutimento da amostra em baquelite.
As figuras abaixo ilustram as marcas deixadas por um ensaio de microdureza Knoop e Vickers, respectivamente:
Figura: marca superficial deixada pelo ensaio de microdureza Knoop.
Após relembrar os ensaios de dureza, vamos finalmente para as alternativas da questão. O enunciado trouxe a seguinte informação: “Técnicas de microdureza são importantes, por exemplo, para determinação de profundidades de superfícies carbonetadas, temperadas, além de servir para determinação da dureza de constituintes individuais de uma microestrutura, de materiais frágeis, de peças pequenas ou extremamente frágeis”.
As técnicas de microdureza conhecidas são denominadas _________________ e _________________.
(A) Shore / Brinell. ERRADO
Vimos que o ensaio de Shore é um ensaio de rebote. O ensaio Brinell, por sua vez, deixa um grande tamanho da impressão, impossibilitando o uso desse ensaio em peças pequenas.
(B) Meyer / KnoopClasse. ERRADO
Os ensaios de microdureza de penetração conhecidos são os de Knoop e Vickers.
(C) Knoop / Vickers. CORRETO
Exato, os ensaios conhecidos de microdureza por penetração são o Knoop e Vickers Eles produzem uma impressão microscópica e utiliza penetradores de diamante e cargas menores que 1 kgf.São capazes de ensaiar pequenas áreas tais como: aquelas necessárias à mensuração do gradiente de dureza que se verifica em superfícies cementadas; e as utilizadas na determinação da dureza individual de microconstituintes de uma estrutura metalográfica.
(D) Rockwell / Vickers. ERRADO
Apesar de Rockwell e Vickers serem ensaios de dureza reconhecidos, não é possível utilizá-los na determinação da dureza de pequenas áreas de corpo de prova. Note que aqui estamos nos referindo ao ensaio Vickers convencional. Afinal, existe o ensaio de microdureza Vickers. No entanto, a alternativa é errada porque ensaio de Rockwell não é um ensaio de microdureza.
Resposta: C