Ensaio de tração e dureza

Os ensaios de tração realizaram-se na máquina universal de ensaios mecânicos EMIC de 60 toneladas, modelo

DL – 60.000C e obedeceram às especificações das normas DIN

EN 50125 para os corpos de prova de ferro fundido nodular e vermicular e a DIN EN 1561 para o ferro fundido cinzento. A máquina de ensaio gerou automaticamente as curvas de força (N) por deformação (mm) e forneceu os valores de tensão máxima, tensão de escoamento a 0,2%, alongamento e o

módulo de elasticidade. A incerteza de medição associada às

medidas do ensaio de tração fica em torno de 15% e é dependente do módulo de elasticidade dos acessórios empregados para a medida, da rigidez da máquina, de arredondamentos no software de análise, da precisão do equipamento e de quem executa o ensaio (LORD e MORRELL, 2006).

No ensaio de tração, a carga é aplicada de modo quase- estático, no qual a velocidade de ensaio não afeta a deformação do material. Assim, a força uniaxial é uniforme ao longo de toda a seção transversal, e a tensão e a deformação são medidas, a fim de se obter a curva que expressa o comportamento elástico-plástico. A maioria dos metais apresenta a região elástica bem definida, na qual para baixos níveis de tensão essa relação obedece à lei de Hook, em que tensão e deformação são proporcionais entre si. Com isso o módulo de elasticidade (Young, E) pode ser obtido pelo coeficiente angular do gráfico tensão-deformação (Figura 13 a). Entretanto, para os ferros fundidos, principalmente o cinzento e o vermicular, a porção inicial elástica da curva tensão-deformação é não-linear, devido à forma da grafita que atua como um concentrador de tensões e insere um fator de microplasticidade ao redor de sua ponta e portanto, não é possível determinar o módulo de Young como descrito. Para a

avaliação desse comportamento não-linear é usual determinar o módulo tanto pelo método da tangente quanto da secante (ASTM E1876, 2001). Módulo tangente é tomado como sendo a inclinação da curva tensão-deformação em um nível de tensão específico, enquanto que o módulo secante representa a inclinação de uma secante traçada a partir da origem até um dado ponto da curva σ-ε, a Figura 13 b ilustra as duas condições.

Figura 13 – Curva tensão-deformação: (a) regime linear elástico e (a)

regime não-linear elástico.

(a)

(b) Fonte: (PAIVA, A. E. M., 2002)

Os corpos de prova, dois para cada liga, tiveram suas geometrias usinadas de acordo com as normas respectivas dos materiais em análise. Para o ferro fundido nodular, em que o efeito da microplasticidade é reduzido por conta do formato esférico da grafita, o ensaio foi realizado com o auxilio de extensômetro, a fim de se ter a correta avaliação do módulo de elasticidade. As amostras de ferro fundido cinzento e vermicular, em que as curvas de tensão-deformação não apresentam linearidade na região elástica, o módulo de elasticidade foi medido através do método da secante para a deformação entre 0,05% e 0,25% (ASTM E111, 2010).

Ainda para as amostras em cinzento e vermicular,

determinou-se também o valor para _𝐸0 (módulo de elasticidade

com deformação igual a zero), em que se utilizou de maneira semelhante à tratativa de (METZLOFF e LOPER JR, 2001). Para essa avaliação, foram tomados pontos ao longo da mesma faixa de deformação da secante (0,05% a 0,25% de deformação). Assim, calcularam-se novos módulos secantes, a partir desses linearizou-se o módulo em relação à tensão e

extrapolou-se a reta para a obtenção de 𝐸0, Figura 14.

Figura 14 _{– Avaliação do 𝐸0}.

Fonte: Autoria própria.

0 20 40 60 80 100 120 0,00 0,10 0,20 0,30 Ten são (M Pa) Deformação (%) 50 100 150 200 30 50 70 90 M ó d u lo d e E lasti ci d ad e (GPa) Tensão (MPa)

As medidas de dureza foram realizadas utilizando a máquina de dureza Brinell, modelo BK 300, fabricado pela Wolpert. O teste segue as indicações da norma ABNT NBR ISO6506-1 (2010), em que se aplicou sobre a superfície das amostras metalográficas a carga de 750 kg e utilizou-se um penetrador de 5 mm de diâmetro.

5.1.3 Ultrassom

A técnica utilizada no ensaio de ultrassom é o pulso- eco. Essa consiste em único transdutor, o qual emite e recebe as ondas ultrassônicas que se propagam no material e permite verificar a profundidade das descontinuidades, suas dimensões e localizações na peça, bem como, espessura e velocidade ultrassônica do material (IOWA STATE UNIVERSITY, 2014). O aparelho de ultrassom é basicamente um osciloscópio projetado para medir o tempo de percurso do som na amostra através da relação:

𝐷 = 𝑣 ∙ 𝑡 (4)

em que o espaço percorrido (_{𝐷) é proporcional do tempo (𝑡) e a}

velocidade de propagação (_{𝑣) no material.}

O ensaio mediu a velocidade longitudinal, dos corpos de prova e nas seções finas dos blocos de motor (Figura 15), através de alterações no programa do equipamento. Esse, usualmente, realiza a medição de espessura por ultrassom. Para a medição da velocidade informa-se a espessura dos corpos de prova, o equipamento capta o tempo percorrido pelo pulso e retorna a velocidade através da equação (4). Separadamente, calculou-se o módulo elástico pela Equação (2).

Figura 15- Ensaio de ultrassom realizado nas regiões de parede fina do bloco de motor.

Fonte: Autoria própria.

A técnica de pulso-eco, como visto, envolve somente um transdutor que é acoplado a um lado do material, para a realização do ensaio. O medidor de espessura/velocidade por ultrassom apresenta com circuitos digitais e opera com transdutor de duplo cristal. Estes transdutores são empregados para inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfície do material. Para o sistema de duplo cristal, os dois cristais são acoplados ao mesmo cabeçote, separados por um material acústico isolante, e são levemente inclinados em relação à superfície de contato. Cada um funciona independente do outro e são conectados ao aparelho de ultrassom por uma cabo duplo, de modo que o aparelho é ajustado para trabalhar com dois cristais.

Na excussão do ensaio foram empregadas frequências nominais de 2 e 5 MHz, de acordo com o tipo de material e

apresenta desvios de medida de _{±10 𝑚/𝑠 para a avaliação da}

velocidade. Para cada um dos materiais foram realizadas 5 medições de velocidades e a incerteza associada a medida foi

calculada através do método indireto, considerando o erro máximo (ALBERTAZZI e SOUSA, 2008). Os ensaios de medição de velocidade e detecção de defeito seguem a norma (ASTM E114, 2010).