A adequação do material usado para uma peça é muito importante para que a peça funcione no ambiente pretendido. Um desses materiais que determinam a adequação de um material ao projeto é a dureza do material. Determina se o seu projeto requer um material com alta dureza como o aço ou materiais mais macios.
Todos nós sabemos que o uso de materiais errados em um projeto pode ter um efeito desastroso, especialmente quando a peça produzida faz parte de um projeto maior. Portanto, avaliar a dureza do seu material antes da produção é indispensável.
Se você precisa de uma substância que resista a altas indentações ou abrasão sem deformação, você deve optar por materiais duros. No entanto, materiais com alta dureza não são necessariamente adequados para todos os projetos. Você precisa consultar uma empresa especializada em usinagem para saber qual é a mais adequada para o seu projeto.
O que é Dureza de Materiais?
A dureza do material é a capacidade de um material de resistir à força sem deformação, arranhões, penetração e indentação. Em outras palavras, é a capacidade de um material manter suas características físicas mesmo diante de uma força aplicada.
A dureza varia entre muitos materiais, com materiais como o aço tendo maior dureza em comparação com outros como o estanho. Alguns outros materiais não metálicos, como madeira e plástico, também possuem características de metal macio.
A dureza dos materiais depende de vários fatores, como sua plasticidade, rigidez elástica, ductilidade, tenacidade, deformação, resistência, viscoelasticidade e viscosidade.
Quais são os diferentes tipos de dureza do material?
Os materiais se comportam de maneira diferente em condições diferentes. Por exemplo, um material pode suportar um enorme impacto único, mas não pode suportar carregamento contínuo. Portanto, você deve executar a dureza do material para atender às necessidades do seu projeto.
Podemos categorizar a dureza do material em três. Os materiais têm valores diferentes sob esses diferentes tipos de dureza. Eles incluem:
- Dureza ao risco
- Dureza de rebote
- Dureza de indentação
Dureza de arranhão
Os maquinistas definem a dureza a arranhões como a capacidade de um material resistir a arranhões na superfície. Arranhões são linhas contínuas estreitas na superfície dos materiais. Quando um material pontiagudo e mais rígido roça na superfície de um material mais macio, ele causa arranhões na superfície desses materiais.
Os maquinistas usam testes de arranhões para materiais frágeis, como cerâmica. Alguns materiais podem não atingir a deformação plástica, mas não resistem a arranhões. Alguns designs são sensíveis a arranhões; portanto, você precisa de um material com alta dureza contra arranhões.
Por exemplo, certas partes de uma máquina podem exigir fricção. Usar um material com baixa dureza para arranhões, nesse caso, pode não ser bom o suficiente. Isso porque, com um pouco de atrito, o material pode perder sua superfície lisa e acabar afetando o funcionamento geral da máquina. Isso significa que você tem que gastar mais em reparos com frequência. Você pode evitar isso realizando um teste de resistência a arranhões para saber se o material resistirá ao atrito e não perderá sua superfície lisa.
Dureza de rebote
Um sinônimo para isso é dureza dinâmica, e é mais uma dureza elástica do que uma dureza plástica. Dureza elástica significa que um material não se deforma permanentemente. Ele só perde a forma quando há a aplicação de uma força externa. Uma vez que haja a remoção da força externa, ela automaticamente recupera sua forma original. Este não é o caso da deformação plástica, onde o material não consegue recuperar sua forma original. Assim, a dureza de rebote é mais de dureza elástica.
A dureza de rebote exige que o material absorva a energia do impacto e a retorne ao penetrador. Os maquinistas usam um penetrador para testar a dureza de rebote. O material usado como penetrador já possui uma dureza conhecida que os maquinistas comparam com a do material medido.
Você pode medir o rebote ou a dureza dinâmica de um material deixando cair um martelo com ponta de diamante sobre ele. Eles então medem o limite do martelo depois de atingir a superfície. Se o martelo retornar mais perto da altura de queda original, o material terá um alto valor de dureza de rebote. Por outro lado, se o martelo não se aproximasse da altura de queda, o material teria uma baixa dureza de rebote.
Dureza de indentação
Os maquinistas usam a dureza de indentação para determinar a dureza de um material à deformação. Requer indentar o material examinado com uma carga contínua até formar uma impressão. Os maquinistas realizam testes de dureza de indentação em escalas microscópicas e macroscópicas, dependendo do material testado e da finalidade a que serve.
Quando engenheiros e metalúrgicos falam sobre dureza de material, muitas vezes se referem à dureza de indentação. Medir o valor do recuo do material ajuda a saber quanta carga o material pode suportar antes de se deformar.
Por qual unidade a dureza do material é medida?
Alguns maquinistas costumam confundir as unidades SI de dureza com as de pressão. O primeiro tem uma unidade SI de N/mm², também chamada de unidade Pascal. O último, por outro lado, tem uma unidade SI de (N/m2, ou kg·m−1·s−2).
Cada um dos diferentes tipos de dureza discutidos anteriormente tem diferentes escalas de medição. As unidades são derivadas de cada método de medição; portanto, eles não são adequados para comparação direta. No entanto, há uma tabela de conversão que você pode usar para comparação. Dizemos “gerenciar” porque a comparação não pode ser 100% precisa, mas dá uma indicação adequada.
Algumas unidades comuns para medição de dureza incluem número de dureza Brinell (HB), número de dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC, etc.), valor de dureza Leeb (HLD, HLS, HLE, etc.) e número de dureza Vickers (HV). Fizemos uma comparação dos métodos de medição na tabela abaixo.
Como testar a dureza do material
Cada tipo de dureza de material é medido de forma diferente. Abaixo estão como testar para cada tipo de dureza:
O teste de Brinnel
Este é um teste de dureza comum que os maquinistas utilizam. Primeiro, os maquinistas se familiarizam com a máquina de teste. Ele faz todas as configurações necessárias no monitor antes de realizar o teste.
O princípio aqui envolve o uso de uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro para criar uma impressão na peça de teste. A impressão é então calculada para saber o número de dureza Brinnel do material.
A máquina abaixa a bola sobre o material para formar uma reentrância e a deixa por cerca de 30 segundos. O maquinista então aplica uma força na bola. O tipo de metal em teste determina a força aplicada.
Alguns metais podem exigir uma carga de 500 Kg, enquanto outros podem exigir até 3000 Kg, que é a carga padrão. Se o penetrador for removido, o engenheiro mede seu tamanho observando com um microscópio de baixa potência. Ele recorta outras áreas e calcula a média das medidas em ângulos retos.
Depois de concluir o teste, os maquinistas calculam o número de dureza usando a fórmula de cálculo de dureza Brinell.
Onde,
F - força, N
D - diâmetro do penetrador, mm
d - diâmetro de indentação, mm
Teste de Dureza Rockwell
Este é outro tipo comum de teste de dureza. O tipo de material testado determina o tipo de escala usada.
Existem 30 escalas diferentes para escolher; portanto, você pode selecionar qualquer um adequado para o seu material. No entanto, as escalas mais usadas são “B” e “C”.
O testador aplica uma carga menor antes de aplicar a carga de teste. A carga menor ajuda a fixar adequadamente o penetrador na amostra de teste e a eliminar qualquer forma de irregularidade da superfície para um resultado mais preciso.
Ele então abaixa o penetrador no material para criar uma impressão aplicando a carga principal. Ele mede a impressão para determinar a dureza. O testador então determina a dimensão aumentada do recuo calculando o valor da dureza.
A fórmula da dureza Rockwell é:
Onde,
N – fator de escala dependendo da escala usada
s – fator de escala dependendo da escala usada
d - a profundidade da indentação permanente em comparação com a carga menor, mm
Teste de Dureza Vickers
Este é outro método de medir a dureza. É mais adequado para materiais macios que requerem cargas menores. Portanto, se você precisa de melhor precisão para seus materiais macios, o teste Vickers é o melhor para você.
Vickers usa um único penetrador de diamante para todos os materiais, facilitando seus cálculos.
O testador primeiro precisa estar familiarizado com a máquina antes de começar. A peça é então colocada na máquina para encontrar uma altura adequada usando o microscópio. Você pode determinar o local correto verificando as imagens na tela. Quando você tem uma imagem mais focada, ela está bem definida.
O penetrador de diamante é abaixado até a peça e pode permanecer por um período especificado.
Levante o penetrador e meça o valor do recuo usando a fórmula abaixo:
Onde,
F - Força, N
d - diagonal de recuo, mm
Teste de dureza de Mohs
Se você deseja medir a dureza do risco, este é um método adequado que você pode adotar. Tradicionalmente, este teste é realizado raspando o material contra um material de referência com dureza conhecida. O teste de dureza Mohs usa dez materiais de referência com diferentes durezas. O tipo de material sob teste determina o tipo de referência a ser usado. O resultado é então obtido atribuindo um valor numérico de dureza ao material de teste.
Talk é o material mais macio usado, com valor 1. Já o material mais duro é o diamante com valor 10.
Um penetrador de diamante Rockwell é usado para o moderno teste de dureza de Mohs. O princípio de funcionamento da máquina é semelhante ao do método tradicional. Envolve arranhar a peça de teste por um período especificado por uma carga adequada.
teste de escleroscópio
Você pode usar o Escleroscópio para determinar a dureza de rebote dos materiais. Você pode realizar este teste conectando um tubo de vidro vertical oco a um suporte. Em seguida, você soltará um martelo de diamante através do tubo na peça de teste. O martelo vai saltar, e a altura do salto é o que você medirá e registrará. Materiais com maior dureza terão maior ressalto, enquanto materiais macios terão limite baixo.
Tabela de dureza do material
Um gráfico de dureza do material é uma das maneiras mais fáceis de determinar a dureza de alguns tipos populares de materiais. A tabela fornece o valor de dureza desses vários materiais usando vários métodos de medição. Por exemplo, o gráfico acima mostra os valores de dureza de metais como alumínio e titânio usando métodos de medição como a escala de Brinell. Dessa forma, você não precisa avaliar a dureza da sua matéria-prima se estiver usando alguém fora da lista.
No entanto, você deve certificar-se de que o gráfico usado seja avaliado em condições padrão.
Conclusão
É essencial fazer um teste de dureza do material adequado se você deseja escolher um material adequado para o seu projeto. Existem várias maneiras de testar a dureza do seu material. Consulte uma empresa especializada em aconselhamento profissional sobre a dureza do seu material.
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