Teste de dureza Vickers - Vickers hardness test

Um testador de dureza Vickers

O teste de dureza Vickers foi desenvolvido em 1921 por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza de materiais. O teste Vickers é geralmente mais fácil de usar do que outros testes de dureza, pois os cálculos necessários são independentes do tamanho do penetrador, e o penetrador pode ser usado para todos os materiais, independentemente da dureza. O princípio básico, como acontece com todas as medidas comuns de dureza, é observar a capacidade de um material de resistir à deformação plástica de uma fonte padrão. O teste Vickers pode ser usado para todos os metais e tem uma das escalas mais amplas entre os testes de dureza. A unidade de dureza dada pelo teste é conhecida como Número da Pirâmide de Vickers ( HV ) ou Dureza da Pirâmide de Diamante ( DPH ). O número da dureza pode ser convertido em unidades de pascais , mas não deve ser confundido com a pressão, que usa as mesmas unidades. O número de dureza é determinado pela carga sobre a área da superfície da indentação e não pela área normal à força e, portanto, não é pressão.

Implementação

Esquema de teste Vickers
O penetrador de diamante piramidal de um testador de dureza Vickers
Uma indentação deixada no aço cementado após um teste de dureza Vickers. A diferença de comprimento de ambas as diagonais e o gradiente de iluminação são indicações clássicas de uma amostra fora do nível. Este não é um bom recuo.
Este é um bom recuo.

Foi decidido que a forma do indentador deveria ser capaz de produzir impressões geometricamente semelhantes, independentemente do tamanho; a impressão deve ter pontos de medição bem definidos; e o penetrador deve ter alta resistência à autodeformação. Um diamante na forma de uma pirâmide quadrada satisfazia essas condições. Foi estabelecido que o tamanho ideal de uma impressão Brinell era 38 do diâmetro da esfera. Como duas tangentes ao círculo nas extremidades de uma corda de 3 d / 8 de comprimento se cruzam em 136 °, foi decidido usar isso como o ângulo incluído entre as faces planas da ponta do indentador. Isso dá um ângulo de cada face normal ao plano horizontal normal de 22 ° em cada lado. O ângulo foi variado experimentalmente e constatou-se que o valor de dureza obtido em uma peça homogênea de material permaneceu constante, independente da carga. Consequentemente, cargas de várias magnitudes são aplicadas a uma superfície plana, dependendo da dureza do material a ser medido. O número HV é então determinado pela razão F / A , onde F é a força aplicada ao diamante em quilogramas-força e A é a área de superfície do recuo resultante em milímetros quadrados. A pode ser determinado pela fórmula.

que pode ser aproximado avaliando o termo seno a dar,

onde d é o comprimento médio da diagonal deixada pelo indentador em milímetros. Portanto,

,

onde F está em kgf e d está em milímetros.

A unidade correspondente de HV é então o quilograma-força por milímetro quadrado (kgf / mm²) ou número HV. Na equação acima, F poderia estar em N e d em mm, dando HV na unidade SI de MPa. Para calcular o número de dureza Vickers (VHN) usando unidades SI, é necessário converter a força aplicada de newtons para quilograma-força dividindo por 9,806 65 ( gravidade padrão ). Isso leva à seguinte equação:

onde F está em N e d está em milímetros. Um erro comum é que a fórmula acima para calcular o número HV não resulta em um número com a unidade Newton por milímetro quadrado (N / mm²), mas resulta diretamente no número de dureza Vickers (geralmente dado sem unidades), que está em fato, um quilograma-força por milímetro quadrado (1 kgf / mm²).

Os números de dureza Vickers são relatados como xxxHVyy , por exemplo, 440HV30 , ou xxxHVyy / zz se a duração da força difere de 10 s a 15 s, por exemplo, 440HV30 / 20, onde:

  • 440 é o número de dureza,
  • HV dá a escala de dureza (Vickers),
  • 30 indica a carga usada em kgf.
  • 20 indica o tempo de carregamento se for diferente de 10 sa 15 s
Exemplos de valores HV para vários materiais
Material Valor
316L de aço inoxidável 140HV30
Aço inoxidável 347L 180HV30
Aço carbono 55-120HV5
Ferro 30-80HV5
Martensita 1000HV
Diamante 10000HV

Precauções

Ao fazer os testes de dureza, a distância mínima entre as indentações e a distância da indentação até a borda do corpo de prova deve ser levada em consideração para evitar a interação entre as regiões endurecidas por trabalho e os efeitos da aresta. Essas distâncias mínimas são diferentes para os padrões ISO 6507-1 e ASTM E384.

Padrão Distância entre indentações Distância do centro da indentação até a borda da amostra
ISO 6507-1 > 3 · d para aço e ligas de cobre e> 6 · d para metais leves 2,5 · d para aço e ligas de cobre e> 3 · d para metais leves
ASTM E384 2,5 · d 2,5 · d

Os valores de Vickers são geralmente independentes da força de teste: eles sairão iguais para 500 gf e 50 kgf, desde que a força seja de pelo menos 200 gf. No entanto, as indentações de carga mais baixa geralmente exibem uma dependência da dureza na profundidade da indentação conhecida como efeito de tamanho de indentação (ISE). Tamanhos de indentação pequenos também terão valores de dureza dependentes da microestrutura.

Para amostras finas, a profundidade de indentação pode ser um problema devido aos efeitos do substrato. Como regra geral, a espessura da amostra deve ser mantida maior que 2,5 vezes o diâmetro do recorte. Alternativamente, a profundidade do recuo , pode ser calculada de acordo com:

Conversão para unidades SI

Para converter o número de dureza Vickers para unidades SI o número de dureza em quilogramas-força por milímetro quadrado (kgf / mm²) tem de ser multiplicado com a gravidade padrão , para obter a dureza em MPa (N / mm²) e, além disso, dividido por 1000 para obter a dureza em GPa.

A dureza Vickers também pode ser convertida em uma dureza SI com base na área projetada do recuo em vez da área de superfície. A área projetada,, é definida como o seguinte para uma geometria de indentador Vickers:

Esta dureza é às vezes referida como área de contato média ou dureza Meyer e, idealmente, pode ser comparada diretamente com outros testes de dureza também definidos usando a área projetada. Deve-se ter cuidado ao comparar outros testes de dureza devido a vários fatores de escala de tamanho que podem afetar a dureza medida.

Estimando a resistência à tração

Se HV for expresso primeiro em N / mm 2 (MPa), ou de outra forma convertendo de kgf / mm 2 , então a resistência à tração (em MPa) do material pode ser aproximada como σ u ≈ HV / c , onde c é a constante determinada pela resistência ao escoamento, coeficiente de Poisson, expoente de endurecimento e fatores geométricos - geralmente variando entre 2 e 4. Em outras palavras, se HV é expresso em N / mm 2 (ou seja, em MPa), então a resistência à tração (em MPa) ≈ HV / 3. Esta lei empírica depende variavelmente do comportamento de endurecimento do material.

Aplicativo

Os pinos e luvas de fixação da aleta no avião Convair 580 foram especificados pelo fabricante da aeronave para serem endurecidos de acordo com a especificação de dureza Vickers de 390HV5, o '5' significando cinco quiloponds . No entanto, na aeronave do vôo Partnair 394, os pinos foram posteriormente substituídos por peças abaixo do padrão, levando a um rápido desgaste e, finalmente, à perda da aeronave. No exame, os investigadores de acidentes descobriram que os pinos abaixo do padrão tinham um valor de dureza de apenas 200-230HV5.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Meyers e Chawla (1999). "Seção 3.8". Comportamento mecânico de materiais . Prentice Hall, Inc.
  • ASTM E92: Método padrão para dureza Vickers de materiais metálicos (retirado e substituído por E384-10e2)
  • ASTM E384: Método de teste padrão para dureza de materiais Knoop e Vickers
  • ISO 6507-1: Materiais metálicos - Teste de dureza Vickers - Parte 1: Método de teste
  • ISO 6507-2: Materiais metálicos - Teste de dureza Vickers - Parte 2: Verificação e calibração de máquinas de teste
  • ISO 6507-3: Materiais metálicos - Teste de dureza Vickers - Parte 3: Calibração de blocos de referência
  • ISO 6507-4: Materiais metálicos - Teste de dureza Vickers - Parte 4: Tabelas de valores de dureza
  • ISO 18265: Materiais metálicos - Conversão de Valores de Dureza

links externos