Apostila slides cm ciencia dos materiais laboratorio pratica

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ENSAIO DE DUREZA
ROCKWEEL
S.J. dos Campos
Ciência dos MateriaisCiência dos Materiais
Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERIProf. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI
UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP
ENGENHARIA MECATRÔNICA , PRODUÇÃO E
AERONÁUTICA

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1 – Introdução1 – Introdução
• Por definiçãoPor definição durezadureza ruma propriedade mecânica que fornece umaruma propriedade mecânica que fornece uma medidamedida
da resistência a deformação plásticada resistência a deformação plástica de um material;de um material;
• Dureza é a relação entre uma carga aplicada e a área da deformaçãoDureza é a relação entre uma carga aplicada e a área da deformação
plástica produzida:plástica produzida:
• Muito usado na engenharia e na industria:Muito usado na engenharia e na industria:
fácil execuçãofácil execução
baixo custo de equipamentobaixo custo de equipamento
• Tem como objetivo:Tem como objetivo:
controle de qualidadecontrole de qualidade
verificação nas condições de fabrico: como tratamentos térmicos everificação nas condições de fabrico: como tratamentos térmicos e
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A
P
H =

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2 – Deformação elástica2 – Deformação elástica
 AsAs DEFORMAÇÕES ELÁSTICASDEFORMAÇÕES ELÁSTICAS nãonão são permanentessão permanentes, isto é, são, isto é, são
deformações que desaparecem quando a tensão aplicada é retirada. Dito dedeformações que desaparecem quando a tensão aplicada é retirada. Dito de
outra forma, as deformações elásticas sãooutra forma, as deformações elásticas são reversíveisreversíveis, sendo resultado da, sendo resultado da
ação de forças conservativas.ação de forças conservativas.
 Na deformação elásticaNa deformação elástica não há ruptura das ligações químicasnão há ruptura das ligações químicas ee nemnem
movimentação (deslizamento) de átomosmovimentação (deslizamento) de átomos, apenas um alongamento ou, apenas um alongamento ou
compressão dessas, pela presença de uma força adicional que se soma ascompressão dessas, pela presença de uma força adicional que se soma as
forças eletrostáticas existentes que estão em equilíbrio no materialforças eletrostáticas existentes que estão em equilíbrio no material
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3 – Deformação Plástica3 – Deformação Plástica
 As DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS As DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS são permanentessão permanentes, isto é, permanecem, isto é, permanecem
após a tensão aplicada ser retirada. Deformações plásticasapós a tensão aplicada ser retirada. Deformações plásticas sãosão
irreversíveisirreversíveis, sendo acompanhadas por deslocamentos atômicos permanentes., sendo acompanhadas por deslocamentos atômicos permanentes.
 Assim quando se aplica um esforço externo os átomos após a deformaçãoAssim quando se aplica um esforço externo os átomos após a deformação
elástica,elástica, os átomos se deslocam de suas posições iniciais e pode ocorrer oos átomos se deslocam de suas posições iniciais e pode ocorrer o
deslocamento do plano deve ocorrer por meio do movimento simultâneodeslocamento do plano deve ocorrer por meio do movimento simultâneo ee
cooperativo de todos os átomos (do plano que está deslizando) de umacooperativo de todos os átomos (do plano que está deslizando) de uma
posição atômica de equilíbrio para a posição vizinha através da tensão deposição atômica de equilíbrio para a posição vizinha através da tensão de
cisalhamento.cisalhamento.
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4. Dureza Brinell NP EM 10 003 -14. Dureza Brinell NP EM 10 003 -1
•AA dureza Brinelldureza Brinell (HB) é a relação entre a(HB) é a relação entre a carga aplicadacarga aplicada (F) e a(F) e a área daárea da
calota esférica impressacalota esférica impressa no material ensaiado (Ac).no material ensaiado (Ac).
•Seja um material, representado em verde na figura ao lado, que éSeja um material, representado em verde na figura ao lado, que é
submetido à ação de uma esfera de material duro de diâmetrosubmetido à ação de uma esfera de material duro de diâmetro DD,,
comprimida por uma forçacomprimida por uma força FF. Isso produz uma cavidade no material de. Isso produz uma cavidade no material de
diâmetrodiâmetro d (calota esférica)d (calota esférica)..
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4. Dureza Brinell4. Dureza Brinell
•AA dureza Brinelldureza Brinell (HB) do material é dada pela fórmula:(HB) do material é dada pela fórmula:
EXEMPLO: Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usouUma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou
uma esfera de 2,5 mm de diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidasuma esfera de 2,5 mm de diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas
dos diâmetros de impressão foram de 1 mm. Qual a dureza do material ensaiado?dos diâmetros de impressão foram de 1 mm. Qual a dureza do material ensaiado?
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•OO ensaio padronizadoensaio padronizado, proposto por Brinell, é realizado com, proposto por Brinell, é realizado com carga decarga de
3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de aço temperado., de aço temperado.
•Ex: condições do ensaio brinellEx: condições do ensaio brinell
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5. Dureza Vickers – Introdução5. Dureza Vickers – Introdução NBR-6672NBR-6672
• Este método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera doEste método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera do
penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além porquepenetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além porque
utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza,utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza,
incluindo desde os materiais mais duros até os mais moles;incluindo desde os materiais mais duros até os mais moles;
• É usada umaÉ usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro depirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º136º que éque é
comprimida, com umacomprimida, com uma força arbitrária Qforça arbitrária Q, contra a superfície do material;, contra a superfície do material;
• Calcula-se a áreaCalcula-se a área SS da superfície impressa pela mediçãoda superfície impressa pela medição das suas diagonaisdas suas diagonais. E a. E a
dureza Vickers HV é dada por Q/Sdureza Vickers HV é dada por Q/S;;
• A dureza Vickers (HV) do material é dada pela fórmula:A dureza Vickers (HV) do material é dada pela fórmula:
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2
8544,1
L
Q
HV =

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5. Dureza Vickers – metodologia5. Dureza Vickers – metodologia
• Neste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas podemNeste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas podem
ser de qualquer valor, pois as impressões são sempre proporcionais àser de qualquer valor, pois as impressões são sempre proporcionais à
carga, para um mesmo material;carga, para um mesmo material;
• Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas são: 1, 2, 3,Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas são: 1, 2, 3,
4, 5,10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf.4, 5,10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf.
a) indentação perfeita, b) e c) inperfeitaa) indentação perfeita, b) e c) inperfeita..
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5. Dureza Vickers – Vantagens5. Dureza Vickers – Vantagens
 É aplicável a todos os materiais metálicos, de qualquer dureza, especialmenteÉ aplicável a todos os materiais metálicos, de qualquer dureza, especialmente
para materiais muito duros ou muito moles, muito finos, pequenos e irregulares,para materiais muito duros ou muito moles, muito finos, pequenos e irregulares,
 É indicado para o levantamento de curvas de profundidade de tratamentosÉ indicado para o levantamento de curvas de profundidade de tratamentos
superficiais como tempera e cementação,superficiais como tempera e cementação,
 A escala de dureza é contínua,A escala de dureza é contínua,
 As impressões deixadas no material são extremamente pequenas,As impressões deixadas no material são extremamente pequenas,
 A deformação do penetrador é nula,A deformação do penetrador é nula,
 Oferece grande precisão de medidas.Oferece grande precisão de medidas.
5. Dureza Vickers – Equipamento5. Dureza Vickers – Equipamento
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VANTAGENS DO ENSAIO BRINELL:
• É usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferroÉ usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro
fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas;fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas;
• É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenhamÉ o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham
estrutura interna uniforme (materiais heterogêneos);estrutura interna uniforme (materiais heterogêneos);
• É feito em equipamento de fácil operaçãoÉ feito em equipamento de fácil operação.
DESVANTAGENS DO ENSAIO BRINELL:
• O uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas deO uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de
aço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maioresaço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores
danificariam a esfera;danificariam a esfera;
• A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressãoA recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão
não é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois denão é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de
aliviada a carga.aliviada a carga.
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6. Dureza Rockwell - introdução6. Dureza Rockwell - introdução
• E uma dasE uma das técnicas mais utilizadastécnicas mais utilizadas para se medir dureza de um material;para se medir dureza de um material;
• E simbolizado pela siglaE simbolizado pela sigla HRHR;;
•Existem variasExistem varias escalas Rockwellescalas Rockwell, dentre elas as mas utilizadas são, dentre elas as mas utilizadas são A,B eA,B e
C;C;
•ParaPara materiais durosmateriais duros, o, o objeto penetrante é um cone de diamante comobjeto penetrante é um cone de diamante com
ângulo de vértice de 120ºângulo de vértice de 120º. Esta escala é chamada. Esta escala é chamada Rockwell C ou HRCRockwell C ou HRC;;
•Com materiais semi-duros ou macios é usada umaCom materiais semi-duros ou macios é usada uma esfera de aço temperadoesfera de aço temperado
de diâmetro 1/16".de diâmetro 1/16". É a escalaÉ a escala Rockwell B ou HRBRockwell B ou HRB;;
•Em ambos os casos, é aplicada uma carga padrão definida em normas e aEm ambos os casos, é aplicada uma carga padrão definida em normas e a
dureza é dada pela profundidade de penetração.dureza é dada pela profundidade de penetração.
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6. Dureza Rockwell – Metodologia6. Dureza Rockwell – Metodologia
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6. Dureza Rockwell – Metodologia6. Dureza Rockwell – Metodologia
Existem dois métodos para o ensaio HR: normal e o superficialExistem dois métodos para o ensaio HR: normal e o superficial
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3. Dureza Rockwell – Metodologia – resumo3. Dureza Rockwell – Metodologia – resumo
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normal
superficial

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6. Dureza Rockwell – Descrição do processo6. Dureza Rockwell – Descrição do processo
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6. Dureza Rockwell – Profundidade de penetração6. Dureza Rockwell – Profundidade de penetração
• AA profundidadeprofundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio éque o penetrador vai atingir durante o ensaio é
importante paraimportante para definir a espessura mínima do corpo de provadefinir a espessura mínima do corpo de prova;;
• De modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve serDe modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve ser 17 vezes17 vezes
a profundidade atingida pelo penetrador;a profundidade atingida pelo penetrador;
• Entretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida peloEntretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida pelo
penetrador no ensaio de dureza Rockwell;penetrador no ensaio de dureza Rockwell;
• É possível obter a medida aproximada destaÉ possível obter a medida aproximada desta profundidade (P),profundidade (P), a partira partir
do valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, utilizando asdo valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, utilizando as
fórmulas a seguir:fórmulas a seguir:
Penetrador de diamante:Penetrador de diamante:
HR normal: P = 0,002 x (100 - HR)HR normal: P = 0,002 x (100 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)
Penetrador esférico:Penetrador esférico:
HR normal: P = 0,002 x (130 - HR)HR normal: P = 0,002 x (130 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)
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6. Dureza Rockwell – Tipos de penetradores6. Dureza Rockwell – Tipos de penetradores
• Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell sãoOs penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são
do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamantedo tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante
com 120com 12000
de conicidade):de conicidade):
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7. Dureza Resumo7. Dureza Resumo
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8. Vista geral do equipamento8. Vista geral do equipamento
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9. Procedimento experimental9. Procedimento experimental
 Ensaio pelo método Rockwell Normal.Ensaio pelo método Rockwell Normal.
 Instrução, procedimento e aprendizagem do equipamento realizadaInstrução, procedimento e aprendizagem do equipamento realizada
durante a explicação do professor exposta na aula.durante a explicação do professor exposta na aula.
 Medir os corpos de provas selecionados nas escalas indicadas peloMedir os corpos de provas selecionados nas escalas indicadas pelo
professor.professor.
 Aquisição de dados retirados no equipamento e elaboração do relatório.Aquisição de dados retirados no equipamento e elaboração do relatório.
 Fazer um relatório em grupo (até 6 integrantes)Fazer um relatório em grupo (até 6 integrantes)
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9. Procedimento experimental - pratica9. Procedimento experimental - pratica
• Medir na escala Rockwell C a barra de aço carbono 1045;Medir na escala Rockwell C a barra de aço carbono 1045;
• Medir na escala Rockwell B a barra de aço carbono 1045;Medir na escala Rockwell B a barra de aço carbono 1045;
• Medir na escala Rockwell B a barra de alumínio 2024 T3;Medir na escala Rockwell B a barra de alumínio 2024 T3;
• Mediante a Tabela dada, verificar as correspondências da escala Rockwell C daMediante a Tabela dada, verificar as correspondências da escala Rockwell C da
barra de aço carbono 1045 para as durezas:barra de aço carbono 1045 para as durezas:
Preencher a tabela com os dados de dureza medidos no equipamentoPreencher a tabela com os dados de dureza medidos no equipamento
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9. Procedimento experimental -9. Procedimento experimental - Relatório:Relatório: (deve constar no relatório)(deve constar no relatório)
 TituloTitulo
 ObjetivoObjetivo
 Responder o questionário (acima)Responder o questionário (acima)
 Fazer o comentário sobre durezas Vickers e BrinellFazer o comentário sobre durezas Vickers e Brinell
 Das aquisições de dados:Das aquisições de dados:
Comparação e discussão do valor (médio) da dureza da barra de aço carbonoComparação e discussão do valor (médio) da dureza da barra de aço carbono
1045 nas escalas Rockwell C e Rockwell B, e explicar o porquê não se1045 nas escalas Rockwell C e Rockwell B, e explicar o porquê não se
deve usar o aço carbono 1045 na escala B.deve usar o aço carbono 1045 na escala B.
Comparação e discussão do valor médio da dureza do aço 1045 e a liga deComparação e discussão do valor médio da dureza do aço 1045 e a liga de
alumínio 2024 T3 na escala Rockwell B.alumínio 2024 T3 na escala Rockwell B.
Mediante a Tabela dada, verificar as correspondências da escala Rockwell CMediante a Tabela dada, verificar as correspondências da escala Rockwell C
da barra de aço carbono 1045 para as durezas:da barra de aço carbono 1045 para as durezas: vickers e brinell
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10. Tabela de conversão10. Tabela de conversão
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10. Tabela de conversão10. Tabela de conversão
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Ensaio de tração em
metais
S.J. dos Campos
Materiais AeronáuticosMateriais Aeronáuticos
Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERIProf. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI
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A determinação das propriedades mecânicas é muito importante para a escolhaA determinação das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha
do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto edo material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e
fabricação do componente;fabricação do componente;
As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quandoAs propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando
sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade dosujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do
material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e semmaterial de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem
se deformar de forma incontrolável;se deformar de forma incontrolável;
Tal comportamento é função direta de três fatores básicos ligado àsTal comportamento é função direta de três fatores básicos ligado às
características do material:características do material:
- a intensidade das ligações químicas entre átomos;- a intensidade das ligações químicas entre átomos;
- o tipo de arranjo dos átomos (estrutura cristalina);- o tipo de arranjo dos átomos (estrutura cristalina);
- a natureza e quantidade de defeitos deste arranjo.- a natureza e quantidade de defeitos deste arranjo.
Umas das características mais importantes dos materiais no estado sólido é aUmas das características mais importantes dos materiais no estado sólido é a
capacidade de resistir ou transmitircapacidade de resistir ou transmitir tensõestensões e estas características estãoe estas características estão
relacionadas diretamente com as propriedades em se deformarrelacionadas diretamente com as propriedades em se deformar elasticamenteelasticamente
e plasticamente.e plasticamente.
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A deformação elástica é resultado de uma pequena elongação ouA deformação elástica é resultado de uma pequena elongação ou
contração do retículo cristalino na direção da tensão (tração ou compressão)contração do retículo cristalino na direção da tensão (tração ou compressão)
aplicada.aplicada.
Tipo de deformação não permanente que desaparece com retiradaTipo de deformação não permanente que desaparece com retirada
do esforço mecânico;do esforço mecânico;
A resistência mecânica de um material é caracterizada pelo parâmetroA resistência mecânica de um material é caracterizada pelo parâmetro
chamadochamado tensãotensão, que é a resistência interna de um corpo a uma, que é a resistência interna de um corpo a uma forçaforça
externa aplicada sobre ele, por unidade deexterna aplicada sobre ele, por unidade de áreaárea;;
σ = F/Ao
força ou cargaforça ou carga  N ou Pa
Área inicial da seção reta transversal
espresso em cm2
ou mm2
ou m2
tensãotensão  Kgf/cm2
ou Kgf/mm2
ou N/ mm2
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Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variaçãoComo efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação
dimensional).dimensional).
A deformaçãoA deformação εε é defenida como sendo o efeito da tensão de umé defenida como sendo o efeito da tensão de um
material, relacionando-se à alteração nas dimensôes originais domaterial, relacionando-se à alteração nas dimensôes originais do
material e é expressa com a variação do comprimento inicial emmaterial e é expressa com a variação do comprimento inicial em (%)(%);;
Se o material apresenta comportamento elástico, o mesmo segue a leiSe o material apresenta comportamento elástico, o mesmo segue a lei
de Hook, que estabelece que sua deformação varia linearmente comde Hook, que estabelece que sua deformação varia linearmente com
tensão aplicada.tensão aplicada.
A relação entre a tensão aplicada de deformação resultante é constanteA relação entre a tensão aplicada de deformação resultante é constante
e denominada de Módulo de Elasticidade ou Young;e denominada de Módulo de Elasticidade ou Young;
Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformaçãoEstá relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformação
elástica e está relacionado diretamente com as forças das ligaçõeselástica e está relacionado diretamente com as forças das ligações
interatômicasinteratômicas
ε = ∆L/Lo ∆L =L –Lo
Lo= comprimento inicialLo= comprimento inicial
L= comprimento finalL= comprimento final
σ = E.ε
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Quanto maior o módulo de elasticidade maisQuanto maior o módulo de elasticidade mais
rígido é o material ou menor é a suarígido é o material ou menor é a sua
deformação elástica quando aplicada umadeformação elástica quando aplicada uma
dada tensão.dada tensão.
2 – Deformação elástica: Módulo de Young2 – Deformação elástica: Módulo de Young
σ =E.ε Unidades:Unidades: psi=lb/in2
ou N/m2
=Pa ou Kgf/mm2
OBS: Os materiais não são isotrópicos em relação ao módulo de elasticidade. Por exemplo,OBS: Os materiais não são isotrópicos em relação ao módulo de elasticidade. Por exemplo,
o ferro tem um módulo de elasticidade variando de 290.000 MPa na direção [111] ao ferro tem um módulo de elasticidade variando de 290.000 MPa na direção [111] a
130.GPa na direção [100]. O conhecido valor de E=210 GPa é, na verdade, um valor130.GPa na direção [100]. O conhecido valor de E=210 GPa é, na verdade, um valor
médio, pois o material é policristalino.médio, pois o material é policristalino.
IsotrópicoIsotrópico: a propriedade especificada é igual em qualquer direção.: a propriedade especificada é igual em qualquer direção.
AnisotrópicoAnisotrópico: a propriedade especificada varia conforme a direção: a propriedade especificada varia conforme a direção
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Deformação plástica é quando a tensão não é mais proporcional àDeformação plástica é quando a tensão não é mais proporcional à
deformação ocorrendo então uma deformação não recuperável edeformação ocorrendo então uma deformação não recuperável e
permanente;permanente;
A nível atômica, a deformação plástica corresponde à quebra deA nível atômica, a deformação plástica corresponde à quebra de
ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação deligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de
novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grandenovas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grande
número de átomos ou moléculas se move em relação uns aos outros;número de átomos ou moléculas se move em relação uns aos outros;
Existem dois mecanismos de deformação plástica devido aoExistem dois mecanismos de deformação plástica devido ao
cisalhamento:cisalhamento:
-- deslizamento de planos cristalinos - maclaçãodeslizamento de planos cristalinos - maclação
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Objetivo:Objetivo:
• OO ensaio de traçãoensaio de tração tem como objetivotem como objetivo investigar a resistência à traçãoinvestigar a resistência à tração,,
como sendo uma das propriedades mais importantes dos materiais, poiscomo sendo uma das propriedades mais importantes dos materiais, pois
por intermédio de sua determinação, podem ser obtidas característicaspor intermédio de sua determinação, podem ser obtidas características
significativas do material, tantosignificativas do material, tanto no projetono projeto, quanto no, quanto no controle decontrole de
qualidadequalidade;;
• A resistência à tração, como também as outras propriedades mecânicas,A resistência à tração, como também as outras propriedades mecânicas,
depende dodepende do tipo de material, do teor de elementos de liga, das condiçõestipo de material, do teor de elementos de liga, das condições
de fabricação e tratamento, da estrutura, da temperaturade fabricação e tratamento, da estrutura, da temperatura, etc., etc.
Importância:Importância:
• Os valores obtidos nos ensaios de tração permitem ao projetista:Os valores obtidos nos ensaios de tração permitem ao projetista:
1) Conhecer as condições de resistência do material sem que sofra1) Conhecer as condições de resistência do material sem que sofra
deformação permanente;deformação permanente;
4 –4 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração - IntroduçãoIntrodução
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Importância:Importância:
2) Superada a fase elástica, conhecer até que carga o material pode2) Superada a fase elástica, conhecer até que carga o material pode
suportar, em condições excepcionais.suportar, em condições excepcionais.
• Além disto, o exame da fratura do corpo de prova, depois de realizado o ensaio,Além disto, o exame da fratura do corpo de prova, depois de realizado o ensaio,
permite verificar o comportamento dúctil ou frágil do material e a presença depermite verificar o comportamento dúctil ou frágil do material e a presença de
eventuais falhas originadas durante a sua fabricação (ex. porosidades deeventuais falhas originadas durante a sua fabricação (ex. porosidades de
fundição).fundição).
De um ensaio de tração convencional, são obtidos os seguintes dados doDe um ensaio de tração convencional, são obtidos os seguintes dados do
material:material:
Limite de resistência à tração (Limite de resistência à tração (tensile strenghttensile strenght):): valor da máxima tensão suportadavalor da máxima tensão suportada
pelo material (MPa);pelo material (MPa);
Limite de escoamento (Limite de escoamento (yield strengthyield strength):): tensão que caracteriza o início da fase plásticatensão que caracteriza o início da fase plástica
(MPa);(MPa);
Alongamento após a ruptura:Alongamento após a ruptura: valor do alongamento permanente, medido no corpo devalor do alongamento permanente, medido no corpo de
prova, após o rompimento;prova, após o rompimento;
Coeficiente de estricção:Coeficiente de estricção: redução percentual da área, medido no corpo de prova apósredução percentual da área, medido no corpo de prova após
4 –4 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração - IntroduçãoIntrodução
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Em um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforçoEm um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforço
que tende a alongá-lo ou esticá-lo até à ruptura.que tende a alongá-lo ou esticá-lo até à ruptura.
Geralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas eGeralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e
dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam serdimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser
comparados ou, se necessário, reproduzidos;comparados ou, se necessário, reproduzidos;
Este corpo de prova é fixado numa máquina de ensaios que aplicaEste corpo de prova é fixado numa máquina de ensaios que aplica
esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformaçõesesforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações
correspondentes;correspondentes;
Os esforços ou cargas são medidas na própria máquina, e, normalmente,Os esforços ou cargas são medidas na própria máquina, e, normalmente,
o ensaio ocorre até a ruptura do material;o ensaio ocorre até a ruptura do material;
O equipamento provem de:O equipamento provem de:
-- Sistema de aplicação de cargaSistema de aplicação de carga
- Dispositivo para prender o corpo de prova- Dispositivo para prender o corpo de prova
- Sensores de medir a tensão aplicada e a- Sensores de medir a tensão aplicada e a
deformação promovida (extensiômetro)deformação promovida (extensiômetro)
5 – O5 – O EnsaioEnsaio
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A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaiosA determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios
mecânicos;mecânicos;
Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa doUtiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do
material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicasmaterial) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas
não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal;não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal;
Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas eGeralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e
confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejamconfecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam
comparáveis.comparáveis.
5 –5 – O ensaioO ensaio
6 – Normas Técnicas6 – Normas Técnicas
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALSASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS
AISI – AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTEAISI – AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE
SAE – SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERSSAE – SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS
AERONÁUTICA

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7 –7 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Curva Tensão X DeformaçãoCurva Tensão X Deformação
Estricção
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7 –7 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Curva Tensão X DeformaçãoCurva Tensão X Deformação
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7 –7 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Curvas característicasCurvas características
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7 –7 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Curvas característicasCurvas características
AERONÁUTICA

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8 –8 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Tensão de escoamentoTensão de escoamento
Tensão de escoamento é aTensão de escoamento é a tensãotensão máxima que o material suporta ainda nomáxima que o material suporta ainda no
regimeregime elásticoelástico dede deformaçãodeformação, se houver algum acréscimo de tensão o material, se houver algum acréscimo de tensão o material
não segue mais anão segue mais a lei delei de HookeHooke e começa a sofrer deformação plásticae começa a sofrer deformação plástica
(deformação definitiva);(deformação definitiva);
Alguns materiais exibem um limite de escoamento bem definido (o materialAlguns materiais exibem um limite de escoamento bem definido (o material
escoa deforma-se plasticamente sem praticamente o aumento da tensão);escoa deforma-se plasticamente sem praticamente o aumento da tensão);
Materiais macios, como o aço AISI1020, por exemplo, apresentam um limiteMateriais macios, como o aço AISI1020, por exemplo, apresentam um limite
de escoamento nítido, através da formação de um patamar.de escoamento nítido, através da formação de um patamar.
limite de escoamento superiorlimite de escoamento superior
limite de escoamento inferiorlimite de escoamento inferior
AERONÁUTICA

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8 –8 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Tensão de escoamentoTensão de escoamento
Na grande maioria dos materiais ensaiados, não há a constatação de um limite deNa grande maioria dos materiais ensaiados, não há a constatação de um limite de
escoamento nítido, o que dificulta a determinação do ponto onde inicia a zona plástica;escoamento nítido, o que dificulta a determinação do ponto onde inicia a zona plástica;
As normas, então determinam uma outra técnica para obter o limite de escoamento,As normas, então determinam uma outra técnica para obter o limite de escoamento,
através do uso de um extensômetro. Com isto determina-se o limite de escoamento tendoatravés do uso de um extensômetro. Com isto determina-se o limite de escoamento tendo
ocorrido uma deformação permanente de 0,2%, também chamado 0,2%;ocorrido uma deformação permanente de 0,2%, também chamado 0,2%;
Para encontrar o ponto, levanta-se a curva s x e através de um extensômetro e éPara encontrar o ponto, levanta-se a curva s x e através de um extensômetro e é
traçada uma reta paralela à da região elástica. No ponto onde esta reta traçada encontra atraçada uma reta paralela à da região elástica. No ponto onde esta reta traçada encontra a
curva tem-se o valor de tensão que corresponde à tensão de escoamento do material.curva tem-se o valor de tensão que corresponde à tensão de escoamento do material.
AERONÁUTICA

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9 –9 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Tensão máximaTensão máxima
Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes daCorresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da
ruptura;ruptura;
É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo materialÉ calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material
pela área de seção reta inicial.pela área de seção reta inicial.
σmáx = Fmáx/Ao
Ao = π D2
/ 4
AERONÁUTICA

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10 –10 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Tensão de RupturaTensão de Ruptura
Corresponde à tensão que promove a ruptura do material;Corresponde à tensão que promove a ruptura do material;
O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistênciaO limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência
em virtude de que a área da seção reta para um material dúctilem virtude de que a área da seção reta para um material dúctil
reduz-se antes da rupturareduz-se antes da ruptura
AERONÁUTICA

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11 –11 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Ductilidade em termos de alongamentoDuctilidade em termos de alongamento
Ductilidade é uma medida da extensão da deformação que ocorre noDuctilidade é uma medida da extensão da deformação que ocorre no
alongamento total do material de vido à deformação plásticaalongamento total do material de vido à deformação plástica até a fratura;até a fratura;
O alongamento não é uniforme quando carregado além da estricção;O alongamento não é uniforme quando carregado além da estricção;
O percentual de alongamento é dado em função de um comprimento padrão;O percentual de alongamento é dado em função de um comprimento padrão;
Pelo alongamento, podemos saber para que tipo de processo de produção umPelo alongamento, podemos saber para que tipo de processo de produção um
material é indicado (forja a frio, laminação, estamparia profunda, etc.).material é indicado (forja a frio, laminação, estamparia profunda, etc.).
%EL = [Lf – Lo /Lo ]X 100
LLff = alongamento até a fratura= alongamento até a fratura
LL00 = comprimento do corpo de prova inicial= comprimento do corpo de prova inicial
ductilidadeductilidade
AERONÁUTICA

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11 –11 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: TenacidadeTenacidade
Tenacidade é a capacidade que o material possui de absorverTenacidade é a capacidade que o material possui de absorver
energia mecânica até a fratura;energia mecânica até a fratura;
A tenacidade está bastante associada com a resistência aoA tenacidade está bastante associada com a resistência ao
impacto;impacto;
Pode ser definida pela área total abaixo da curca tensão-Pode ser definida pela área total abaixo da curca tensão-
deformação num teste de tensão até a limite de ruptura.deformação num teste de tensão até a limite de ruptura.
AERONÁUTICA

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12 –12 – Ensaio de traçãoEnsaio de tração: Ductilidade em termos de estricçãoDuctilidade em termos de estricção
Corresponde à redução na área da seção reta do corpo,Corresponde à redução na área da seção reta do corpo,
imediatamente antes da ruptura;imediatamente antes da ruptura;
Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção retaOs materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta
antes da rupturaantes da ruptura
%RA= [Ao – Af /Ao ]X 100
AAff = Menor área no ponto da estricção= Menor área no ponto da estricção
AA00 = Seção transversal original do corpo de prova= Seção transversal original do corpo de prova
%RD= [D2
o – D2
f /D2
o] X 100
DDff = Menor diâmetro no ponto da estricção= Menor diâmetro no ponto da estricção
DD00 = Seção do diâmetro transversal original do corpo de prova= Seção do diâmetro transversal original do corpo de prova
AERONÁUTICA

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13 –13 – O equipamentoO equipamento
Foto do equipamento de ensaio de tração do Laboratório de ciência dos materiaisFoto do equipamento de ensaio de tração do Laboratório de ciência dos materiais
AERONÁUTICA

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Foto do conjunto corpo de prova, garra superior e inferior e sensor de deformaçãoFoto do conjunto corpo de prova, garra superior e inferior e sensor de deformação
AERONÁUTICA

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Foto do extensômetro eletrônico (Strain Gauge) acoplado ao corpo de provaFoto do extensômetro eletrônico (Strain Gauge) acoplado ao corpo de prova
AERONÁUTICA

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Extensometro eletrônicoExtensometro eletrônico
•Aparelho com finalidade de medir deformação em materiais de pequenosAparelho com finalidade de medir deformação em materiais de pequenos
alongamentos, como por exemplo, o aço.alongamentos, como por exemplo, o aço.
•Dotado de sensores eletrônicos, localizados no seu núcleo, que embora suporteDotado de sensores eletrônicos, localizados no seu núcleo, que embora suporte
impactos durante o ensaio e’ extremamente sensível a quedas, por esse motivo deveimpactos durante o ensaio e’ extremamente sensível a quedas, por esse motivo deve
ser manuseado com o Maximo de cuidado.ser manuseado com o Maximo de cuidado.
AERONÁUTICA

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ExtensometroExtensometro é acoplado a um cabo e conectado a um softwareé acoplado a um cabo e conectado a um software
AERONÁUTICA

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14 –14 – O corpo de provaO corpo de prova
Padronização do corpo de provaPadronização do corpo de prova
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALSASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS
AISI – AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTEAISI – AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE
SAE – SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERSSAE – SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS
AERONÁUTICA

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15 –15 – GráficoGráfico
AERONÁUTICA

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15 –15 – Video sobre o ensaio de traçãoVideo sobre o ensaio de tração
AERONÁUTICA

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15 –15 – RelatórioRelatório
Procedimento experimentalProcedimento experimental
• Caracterização da curva tensão-deformação e seus parâmetros significativosCaracterização da curva tensão-deformação e seus parâmetros significativos
• Ensaio de tração de uma barra de aço SAE 1045Ensaio de tração de uma barra de aço SAE 1045
• Descrever sucintamente os procedimentos dos ensaios de tração e o processo de deformaçãoDescrever sucintamente os procedimentos dos ensaios de tração e o processo de deformação
desde seu inicio ate a ruptura;desde seu inicio ate a ruptura;
• Com os ensaios de tração realizados, identificar no gráfico:Com os ensaios de tração realizados, identificar no gráfico:
Modulo de elasticidadeModulo de elasticidade
Tensão de escoamento, considerando o método de 0.2% deTensão de escoamento, considerando o método de 0.2% de
defasagemdefasagem
Tensão máximaTensão máxima
Tensão de rupturaTensão de ruptura
Ductilidade
AERONÁUTICA

59S.J. dos Campos - DutraS.J. dos Campos - Dutra
Prof. Dr. Fernando Cruz BarbieriProf. Dr. Fernando Cruz Barbieri
ENGENHARIA MECATRÔNICA, PRODUÇÃO E
AERONÁUTICA
Ensaio metalográficoEnsaio metalográfico
Ciência dos MateriaisCiência dos Materiais

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1.1. INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
 Ramo da metalurgia físicaRamo da metalurgia física
• Estuda as estruturas e as propriedades dos materiais;Estuda as estruturas e as propriedades dos materiais;
• Macroscopia;Macroscopia;
• Microscopia.Microscopia.
 RelacionaRelaciona
• Composição química;Composição química;
• Estrutura metalurgica;Estrutura metalurgica;
• Propriedades físicas e mecânicasPropriedades físicas e mecânicas
1. Metalografia1. Metalografia
AERONÁUTICA

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2. APLICAÇÃO2. APLICAÇÃO
 Caracterização de materiaisCaracterização de materiais
• Identificação;Identificação;
• Constatação;Constatação;
• Controle.Controle.
 Peritagem jurídicaPeritagem jurídica
1. Metalografia1. Metalografia
AERONÁUTICA
Estrutura
do aço
SAE 1045

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1. INTRODUÇÃO1. INTRODUÇÃO
 Interpretação da aparência (ou textura) da superfície de umaInterpretação da aparência (ou textura) da superfície de uma
peça metálica olho nu ou com auxilio de uma lupa;peça metálica olho nu ou com auxilio de uma lupa;
 A superfície deve estarA superfície deve estar::
• plana;plana;
• Polida;Polida;
• atacada com reagente químico adequado.atacada com reagente químico adequado.
2. Macrografia2. Macrografia
AERONÁUTICA

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2. OBJETIVO2. OBJETIVO
 Destacar possíveis defeitos existentes nos materiais:Destacar possíveis defeitos existentes nos materiais:
• heterogeneidades;heterogeneidades;
• composição química;composição química;
• homogeneidades;homogeneidades;
• processos de fabricação;processos de fabricação;
2. Macrografia2. Macrografia
AERONÁUTICA

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1. INTRODUÇÃO1. INTRODUÇÃO
 Interpretação dos microconstituintes dos materiais com auxilioInterpretação dos microconstituintes dos materiais com auxilio
de um microscópio:de um microscópio:
 A superfície deve estarA superfície deve estar::
• plana;plana;
• polida;polida;
• atacada com reagente químico adequado.atacada com reagente químico adequado.
3. Micrografia3. Micrografia
AERONÁUTICA

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2. OBJETIVO2. OBJETIVO
 Destacar os possíveis defeitos existentes nos materiais:Destacar os possíveis defeitos existentes nos materiais:
• heterogeneidades;heterogeneidades;
• composição química;composição química;
• homogeneidades;homogeneidades;
• processos de fabricação;processos de fabricação;
• efetivação de tratamentos térmicos.efetivação de tratamentos térmicos.
3. Micrografia3. Micrografia
AERONÁUTICA

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1.1. SEQUÊNCIASEQUÊNCIA
4. Preparação de amostra4. Preparação de amostra
AERONÁUTICA

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2. IDENTIDICÃO2. IDENTIDICÃO
 MarcaçãoMarcação
• amostra;amostra;
• corpo de prova.corpo de prova.
 MeiosMeios
• mecânicos;mecânicos;
• químicos;químicos;
• eletroquímicos.eletroquímicos.
4. Preparação de amostra4. Preparação de amostra
AERONÁUTICA

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 Cut-offCut-off
5. Equipamento se seccionamento5. Equipamento se seccionamento
AERONÁUTICA

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1.1. Secção em estudo: LongitudinalSecção em estudo: Longitudinal
 Recomendado para verificar-se:Recomendado para verificar-se:
• Trabalho mecânico (laminação, forjamento e fundição);Trabalho mecânico (laminação, forjamento e fundição);
• Extensão de tratamentos térmicos;Extensão de tratamentos térmicos;
• Detalhes de soldas.Detalhes de soldas.
2. Secção em estudo: transversal2. Secção em estudo: transversal
 Recomendado para verificar-se:Recomendado para verificar-se:
• Natureza;Natureza;
• Homogeneidade;Homogeneidade;
• Existência de segregação;Existência de segregação;
• Formas e dimensões de bolhas;Formas e dimensões de bolhas;
• Profundidades de tratamentos térmicos;Profundidades de tratamentos térmicos;
• Detalhes de soldas.Detalhes de soldas.
AERONÁUTICA

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3.3. SecçionamentoSecçionamento
 Não deve influenciarNão deve influenciar
• Nas características dos materiais;Nas características dos materiais;
• Nos resultados de quaisquer tratamentos térmicos;Nos resultados de quaisquer tratamentos térmicos;
 Deve ser realizadoDeve ser realizado
• Em equipamentos próprios;Em equipamentos próprios;
• Procedimento apropriado;Procedimento apropriado;
• Mão de obra treinada.Mão de obra treinada.
 Efeitos de cortes em direções distintasEfeitos de cortes em direções distintas
AERONÁUTICA

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 DispositivoDispositivo
 EquipamentoEquipamento
6. Embutimento6. Embutimento
AERONÁUTICA

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1.1. EquipamentoEquipamento
 Lixamento manualLixamento manual
 semi-automáticosemi-automático
7. Lixamento7. Lixamento
AERONÁUTICA

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2. Lixamento de desbaste grosseira2. Lixamento de desbaste grosseira
 Lixamento de desbasteLixamento de desbaste
• Gerar superfície plana;Gerar superfície plana;
• Eliminar oxidação;Eliminar oxidação;
• Eliminar contaminantes;Eliminar contaminantes;
• Não deve influenciar não características físicas e mecânicas.Não deve influenciar não características físicas e mecânicas.
 GranulometriaGranulometria
• 120;120;
• 220;220;
• 320.320.
AERONÁUTICA

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3. Lixamento de desbaste fina3. Lixamento de desbaste fina
 Lixamento de desbasteLixamento de desbaste
• A superfície é lixada com granulometrias cada vez menores;A superfície é lixada com granulometrias cada vez menores;
• Não deve influenciar não características físicas e mecânicas.Não deve influenciar não características físicas e mecânicas.
 GranulometriaGranulometria
• 400;400;
• 600;600;
• 1200.1200.
AERONÁUTICA

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4. Metodologia4. Metodologia
 RefrigeraçãoRefrigeração
• Constante;Constante;
• Abundante na lixa grosseira.Abundante na lixa grosseira.
 DireçãoDireção
• Mudança a cada lixa de menor granulometria.Mudança a cada lixa de menor granulometria.
 SentidoSentido
• Ambos os sentido no lixamento de desbasteAmbos os sentido no lixamento de desbaste
 Pressão sobre a amostraPressão sobre a amostra
• Mínima possívelMínima possível
AERONÁUTICA

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 LimpezaLimpeza
• Sempre na mudança da lixa, evitando-se contaminação;Sempre na mudança da lixa, evitando-se contaminação;
• Em água corrente;Em água corrente;
• Com álcool e secagem ao ar quente no lixamento de acabamento.Com álcool e secagem ao ar quente no lixamento de acabamento.
 Mudança de lixaMudança de lixa
• Não haja vestígio da lixa anteriorNão haja vestígio da lixa anterior
 Terminado o processoTerminado o processo
• Estará livre de riscos, manchas e imperfeições que possam marcar aEstará livre de riscos, manchas e imperfeições que possam marcar a
superfície e mascarar resultados;superfície e mascarar resultados;
• Reterá inclusões não metálicas;Reterá inclusões não metálicas;
• Revelarás evidências de trincas e fissurasRevelarás evidências de trincas e fissuras..
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 Evolução no acabamentoEvolução no acabamento
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1. Equipamento1. Equipamento
 MecânicoMecânico
• Manual;Manual;
• Semi-automático;Semi-automático;
• Automático.Automático.
 EletrolíticoEletrolítico
8. Polimento8. Polimento
AERONÁUTICA

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 PanosPanos
• O pano de polimento deve ser tal que retenha o abrasivo contra aO pano de polimento deve ser tal que retenha o abrasivo contra a
amostra;amostra;
• Os panos de polimento podem ser divididos em quatro categorias:Os panos de polimento podem ser divididos em quatro categorias:
papel, filtro, lã e panos com pêlos.papel, filtro, lã e panos com pêlos.
AERONÁUTICA

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 AbrasivosAbrasivos
• Pasta diamantada ou alumina de varias granulometria (1,3,6Pasta diamantada ou alumina de varias granulometria (1,3,6 µµm);m);
• Granulometria conhecida.Granulometria conhecida.
 LimpezaLimpeza
AERONÁUTICA

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 SecagemSecagem
• Sob ar quenteSob ar quente
(A) Secagem correta(A) Secagem correta
(B) Secagem incorreta(B) Secagem incorreta
 ImportanteImportante
• Limpeza;Limpeza;
• Organização;Organização;
• Atenção.Atenção.
AERONÁUTICA

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 Aspecto finalAspecto final
(A) Bem polida(A) Bem polida
(B) Riscos(B) Riscos
(C) Secagem(C) Secagem
(D) Manchas(D) Manchas
AERONÁUTICA
C D
BA

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 DestacarDestacar
 IdentificarIdentificar
 MicroestruturasMicroestruturas
• FerritaFerrita
• PerlitaPerlita
• MartensitaMartensita
9. Ataque químico9. Ataque químico
AERONÁUTICA

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 Imersão ou aplicação de ácidosImersão ou aplicação de ácidos
• açosaços
nital (ácido nítrico + álcool etílico)nital (ácido nítrico + álcool etílico)
picral (ácido pícrico + álcool etílico)picral (ácido pícrico + álcool etílico)
• OutrosOutros
Ácido fluorídrico (diluído em água)Ácido fluorídrico (diluído em água)
Ácido nítrico (diluído em água)Ácido nítrico (diluído em água)
9. Ataque químico9. Ataque químico
AERONÁUTICA

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 CuidadosCuidados
• Lentes (objetivas e oculares)Lentes (objetivas e oculares)
• PlatinaPlatina
• LâmpadasLâmpadas
• FiltrosFiltros
10. Microscopia10. Microscopia
AERONÁUTICA

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 Dissecadores a vácuo e dispositivos de aramzenamentosDissecadores a vácuo e dispositivos de aramzenamentos
11. Armazenamento11. Armazenamento
AERONÁUTICA

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AERONÁUTICA

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AERONÁUTICA

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