Guia de Estudos — Ensaios de Tração e Dureza

01O Que é o Ensaio de Tração?

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Ensaio mais importante e mais utilizado industrialmente. Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo-de-prova específico até a ruptura, medindo variação de comprimento em função da carga.

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Flexibilidade de Aplicação

Desde tiras e arames até tarugos e blocos. Metais, polímeros, cerâmicos, compósitos e madeira.

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9 Propriedades Quantitativas

σu, σe, E, UR, ν, UT, ductilidade, coef. de encruamento (n) e coef. de resistência (k).

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Variáveis que Influenciam

Temperatura, velocidade de deformação, anisotropia, tamanho de grão, % de impurezas e condições ambientais.

02A Curva Tensão-Deformação

// Curva típica do ensaio de tração — regiões características

03Propriedades Obtidas

Módulo de Elasticidade (Young)

Rigidez do material. E = σ/ε na região linear. Aço: ~210 GPa; Al: ~70 GPa.

σe

Limite de Escoamento

Tensão a partir da qual há deformação permanente. Convencional: offset 0,2%.

σu

Limite de Resistência à Tração

Tensão máxima na curva convencional. Marca o início da estricção.

Coeficiente de Poisson

Relação entre deformações transversal e axial. Metais: ~0,3.

Módulo de Resiliência

Energia absorvida até o escoamento por unidade de volume.

Módulo de Tenacidade

Área total sob a curva σ-ε. Energia necessária para fraturar.

Coeficiente de Estricção

Mede a redução de área na fratura. Parâmetro chave em laminação.

Coeficiente de Encruamento

σr = k·εrⁿ. Capacidade de distribuir deformação plasticamente.

04Fórmulas Essenciais — clique para detalhes

DETALHES

Tensão Convencional

σc = P / S₀

S₀ = seção transversal inicial

DETALHES

Tensão Real

σr = σc · (1 + εc)

Considera variação da seção

DETALHES

Deformação Real

εr = ln(1 + εc)

Deformação logarítmica

DETALHES

Módulo de Elasticidade

E = σ / ε

Inclinação da região elástica [MPa]

DETALHES

Módulo de Resiliência

UR = σe² / 2E

Área triangular até o escoamento

DETALHES

Coeficiente de Poisson

ν = −εx / εz

Para metais ν ≈ 0,3

DETALHES

Lei de Encruamento (Hollomon)

σr = k · εr ⁿ

Região plástica

DETALHES

Coeficiente de Estricção

φ = (S₀ − Sf) / S₀

Redução de área na fratura

05Normas e Procedimento

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Norma principal: ASTM E 8-69. A deformação convencional de 0,2% determina o limite de escoamento em metais e ligas (0,5% para Cu e ligas; 0,1% para ligas muito duras). Velocidade de ensaio: ~0,005 mm/mm·min.

Material	Offset (n)	Coef. Poisson (ν)	E (MPa)
Aço carbono	0,2%	0,293	210.000
Alumínio	0,2%	0,345	70.000
Cobre	0,5%	0,343	127.000
Níquel	0,2%	0,312	209.000
Tungstênio	0,2%	0,280	414.000

01O Que é o Ensaio de Dureza?

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Dureza: resistência de um material à deformação permanente localizada. O ensaio consiste na impressão de uma pequena marca (identação) na superfície pela aplicação de pressão com um penetrador padronizado. A medida é dada pelas características da marca e da carga aplicada.

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Controle de Qualidade

Amplamente usado para controle de entrada de matéria-prima e etapas de fabricação de componentes mecânicos.

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Ligação Atômica

Van der Waals (plásticos) → mole. Metálica/iônica → duro. Covalente (diamante) → hiper-duro.

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Versátil e Rápido

Peça praticamente intacta. Resultado imediato em display microprocessado. Shore é portátil.

02Tipos de Ensaio de Dureza

Método	Símbolo	Penetrador	Carga típica	Aplicação principal
Brinell	HB	Esfera aço/WC · Ø10 mm	3000 kgf	Fundidos, forjados — estrutura heterogênea (FF cinzento)
Rockwell	HR(A,B,C…)	Cone diamante 120° ou esfera aço	60–150 kgf	Produção em série — leitura direta, rápido
Vickers	HV	Pirâmide diamante 136°	1–120 kgf	Materiais duros, peças finas, pesquisa
Knoop	HK	Pirâmide elongada (7:1)	<1 kgf	Camadas finas, vidro, películas eletrodepositadas
Shore	HS	Ponta diamante (rebote)	Dinâmico	Peças grandes em campo: cilindros de laminador
Mohs	—	Minerais (escala 1–10)	Risco	Mineralogia — inadequado para metais

03Fórmulas Principais — clique para detalhes

DETALHES

Dureza Brinell

HB = 0,102 · 2P / [πD(D−√(D²−d²))]

P [N] · D = diam. esfera · d = diam. impressão

DETALHES

Dureza Vickers

HV = 0,189 · P / d²

d = média das diagonais [mm]

DETALHES

Microdureza Knoop

HK = 14,23 · P / l²

l = diagonal maior [μm]

DETALHES

Brinell → Resistência à Tração

σu = α · HB

α depende do material

DETALHES

Rockwell — Profundidade

p = (100 − HR) · 0,002 mm

Para penetrador de diamante

DETALHES

HB Aço Bifásico

HB ≈ f₁·HB₁ + f₂·HB₂

Regra das misturas

04Dureza Brinell — Detalhes Práticos

Distâncias Mínimas

Entre impressões: 4d (ferrosos) ou 6d (outros). Da borda: mínimo 2,5d. Espessura mín.: 10× profundidade da calota.

Escolha da Esfera

HB ≤ 450: esfera de aço (HBs). HB 450–650: carboneto de tungstênio (HBw). Condição: P/D² = constante.

Leitura da Impressão

Medir em duas direções a 90°. d = (d₁+d₂)/2. Equipamentos modernos são microprocessados.

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Casos especiais: Metais trabalhados a frio (baixo encruamento) → metal adere à esfera, d' > d real. Alta capacidade de encruamento → amassamento das bordas, d' < d real. Ambos geram erros de leitura.

05Escalas Rockwell Mais Usadas

Escala	Penetrador	Carga (kgf)	Cor	Aplicação
HRC	Cone diamante	150	Preta	Aço temperado ou cementado
HRB	Esfera 1,58 mm	100	Vermelha	Ferro fundido, aços não temperados
HRA	Cone diamante	60	Preta	Metal duro, aço fundido/rápido
HRF	Esfera 1,588 mm	60	Vermelha	Metais moles, ligas de cobre
HRG	Esfera 1,588 mm	150	Vermelha	Bronze fósforo, ligas de berílio

06Dureza dos Microconstituintes do Aço

Microconstituinte	Dureza Brinell (HB)
Ferrita	~80 HB
Perlita grosseira	~240 HB
Perlita fina	~380 HB
Martensita	~595 HB

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Exemplo prático (SAE 1040): 50% Ferrita + 50% Perlita grosseira → HB ≈ 0,50×80 + 0,50×240 = 160 HB. Manual: HB = 115 → σu ≈ 414 MPa.

—Tração vs Dureza

🔶 Ensaio de Tração

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Ensaio destrutivo — o corpo-de-prova é rompido

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Fornece 9+ propriedades quantitativas

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Carga estática crescente uniaxial

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Aplicável a todos os materiais de engenharia

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Curva σ-ε revela comportamento elástico e plástico

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Norma: ASTM E 8-69

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Exige máquina de tração e extensômetro

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Usado para aprovação de lotes e peças críticas

🔷 Ensaio de Dureza

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Ensaio semi-destrutivo (marca pequena na superfície)

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Fornece principalmente um número de dureza

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Carga pontual estática ou dinâmica (Shore)

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Múltiplos métodos: Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop

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Permite estimar σu via correlação HB → σu = α·HB

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Normas: ASTM E10-93, NBR 6394 (Brinell), NBR 6672 (Vickers)

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Equipamento portátil disponível (Shore)

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Ideal para controle de processo e tratamentos térmicos

—Relação HB → Resistência à Tração

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σu = α · HB — Relação experimental. Válida principalmente para HB ≤ 380 HB (acima disso a curva cresce mais rápido que a resistência à tração).

Material	Constante α	Obs.
Aço carbono	3,60	Mais utilizado na prática
Aço carbono tratado termicamente	3,40
Aços liga tratados termicamente	3,30
Latão encruado	3,45
Cobre recozido	5,20
Alumínio e ligas	4,00

—Quando Usar Cada Ensaio?

Use Tração quando…

Precisar de E, ν, UR, UT, coef. encruamento n, coef. de estricção. Para aprovação de material novo, desenvolvimento de ligas ou peças estruturais críticas.

Use Dureza quando…

Verificar tratamentos térmicos, medir gradiente de têmpera/cementação, controle rápido em linha de produção ou quando a peça não pode ser destruída.

Materiais Heterogêneos

Ferro fundido cinzento: Brinell é o único adequado por ter grande área de impressão, cobrindo grafita + matriz.

Peças com Tratamento Superficial

Brinell NÃO é adequado — impressão ultrapassa a camada cementada. Usar Vickers ou Rockwell superficial.

—Tração — Perguntas & Respostas

O que é o Módulo de Elasticidade?

Rigidez do material na região elástica. E = σ/ε. Depende das forças de ligação interatômica e aumenta com a temperatura de fusão do material.

O que acontece na região de escoamento?

As discordâncias se deslocam. Em aços baixo carbono: pontos superior e inferior de escoamento + bandas de Lüders. Material deforma plasticamente com pequeno aumento de tensão.

Por que σr ≠ σc após o escoamento?

σc usa área inicial S₀ (constante). σr usa a seção instantânea S (sempre menor após escoamento). Resultado: σr = σc·(1+εc) — sempre maior que σc.

O que é a estricção e para que serve?

φ = (S₀−Sf)/S₀. Mede a redução de seção na fratura. Em laminação, define a máxima redução possível por passe — se ultrapassar φ, ocorre fratura.

Como calcular σu a partir de HB?

σu = α·HB. Para aço carbono α = 3,60. Ex: HB = 122 → σu ≈ 439 MPa. Válido para HB ≤ 380.

Qual material faz melhor mola?

Polímeros têm UR maior! Epóxi: 0,817 vs Aço Inox: 0,306 N·mm/mm³. UR = σe²/(2E) — maximize σe e minimize E.

—Dureza — Perguntas & Respostas

Qual ensaio de dureza usa profundidade?

Rockwell (HR). Mede a profundidade de penetração permanente após retirada da carga principal, mantendo a pré-carga de 98 N.

Por que aplicar pré-carga no Rockwell?

Para eliminar efeito de defeitos superficiais, fixar o corpo-de-prova e causar pequena deformação permanente — eliminando erros de deformação elástica na leitura.

Por que usar ângulo 136° no Vickers?

É o ângulo formado pelas tangentes às bordas da impressão Brinell partindo do fundo. Isso torna HV ≈ HB em materiais comuns, facilitando comparações.

Vickers vs Knoop: diferença prática?

Knoop: pirâmide elongada (7:1), impressão 15% da área Vickers, metade da profundidade. Ideal para camadas finas, vidro e películas eletrodepositadas.

Brinell é adequado para peças cementadas?

Não. A grande impressão penetra além da camada cementada, medindo o núcleo. Usar Vickers ou Rockwell superficial para camadas.

Dureza da martensita vs ferrita?

Martensita: ~595 HB. Ferrita: ~80 HB. Fator 7× — explica por que a têmpera (→ martensita) eleva drasticamente a dureza do aço.

TRAÇÃO &DUREZA

TRAÇÃO &
DUREZA