Medição de Microdureza

A microdureza mereceu um planejamento mais elaborado, uma vez que se buscou maior sensibilidade nas medidas. Foi determinada segundo a norma ASTM E 384-89

utilizando a escala Vickers, carga de 0,098 N (10 gf) e tempo de aplicação de 15 segundos. A magnitude da carga foi ajustada conforme a norma citada acima, que recomenda ajustar o tamanho da impressão ao dos microconstituintes e ao aumento aplicado no microscópio para visualização das diagonais de impressão. Assim, utilizou-se um aumento de 320x para aplicação da carga e de 512x para medição da diagonal.

A princípio, essas medições de microdureza seriam realizadas nas mesmas amostras preparadas para micrografia. Porém, devido a impossibilidade de fazer impressões próximas à borda, pois elas ficavam distorcidas em razão do abaulamento da resina, teve-se que recorrer à um novo formato para os corpos-de-prova. Tentou-se amenizar este abaulamento com a colocação de esferas, porém apenas isso não foi suficiente.

Após uma ampla revisão na literatura, decidiu-se empregar um método utilizando um plano inclinado com um ângulo pequeno, por meio do qual permitiria-se grandes deslocamentos na superfície do chanfro, porém pequenos em relação à perpendicular à superfície usinada. Este recurso também foi observado no trabalho de Silva (2002) e citado nas pesquisas de Tönshoff e Brinksmeier (1980) e Silva et al. (2004) como alternativa para realização de medições de microdureza bem próximas à superfície.

Contudo, este ângulo deveria ser previamente calculado para permitir boas impressões próximas à superfície de usinagem, porém deveria ter um tamanho que não ultrapassasse o curso total da mesa móvel de posicionamento da amostra, também conhecida como charriot, a qual possui movimentação nos eixos x-y, além de rotativo em torno do seu centro.

Por meio dos cálculos pré-estabelecidos antes da realização do chanfro das amostras, percebeu-se que o ângulo mais recomendado seria 2°. Dessa maneira, as amostras foram minuciosamente usinadas com uma fresa de ponta única em uma fresadora convencional, da marca Rocco, modelo FFR-40A, com rotação máxima de 3400 rpm e munida de um mostrador digital milesimal.

Para fixação das amostras na fresadora, utilizou-se uma morsa com regulagem angular de resolução igual a 1°, tipicamente chamada de ‘morsa bola’. Vale frisar que se o chanfro resultante da usinagem fosse menor que o valor nominal calculado de 2°, o curso da mesa do microscópio poderia não atender ao comprimento usinado do chanfro, que seria maior que o especificado. O contrário poderia diminuir muito a precisão no controle dos espaçamentos entre os pontos de medição da microdureza.

Como a resolução da morsa era extremamente grande perante a precisão requerida no ângulo do chanfro das amostras, a resolução angular da morsa foi utilizada apenas como ajuste grosso da angulação. Antes de efetivar a usinagem do chanfro, um ajuste fino do ângulo foi feito utilizando o mostrador digital da mesa e um relógio apalpador milesimal fixo no eixo-árvore da máquina. Adotando-se um deslocamento da mesa da fresadora em 10 mm, a altura correspondente ao ângulo de 2° e ao ponto de partida dos 10 mm era de 349 μm. Portanto, as amostras de microdureza apenas foram chanfradas quando essa altura era medida pelo relógio apalpador na amostra alinhada na morsa para um deslocamento do eixo da fresadora de 10 mm. Em suma, em função da precisão requerida na usinagem, o chanfro foi feito com base em seus catetos, e não propriamente pelo seu ângulo.

Para considerar nos cálculos dos espaçamentos dos pontos de microdureza o ângulo real usinado, todas as amostras foram levadas a um projetor de perfil, marca Carl Zeiss Jena, modelo MP 320, com resolução linear de 1 μm e angular de 2’ para terem seus ângulos medidos. Felizmente, com o critério adotado, os ângulos não variaram mais que 10’ para mais ou para menos do valor nominal de 2°, apresentando apenas uma exceção, que não comprometeu as medidas de microdureza.

Com o intuito de levantar o perfil de microdureza ao longo da profundidade da superfície usinada, foi determinado efetuar três repetições de cada um dos 13 pontos de medição apenas no microconstituinte ferrita, espaçados de forma desigual a saber: o primeiro ponto a 3 μm da superfície, os 5 próximos eqüidistantes de 10 μm para refinar a discretização nesta região mais suscetível a uma interferência microestrutural, os 4 próximos pontos espaçados de 25 μm e os 3 últimos pontos, de 50 μm. A profundidade total avaliada pela microdureza foi de 303 μm. O esquema a seguir, apresentado na Figura 3.14, ilustra o método empregado para realização da medição de microdureza.

Superfície chanfrada Resina Amostra 3 μm 13 μm 23 μm 33 μm Distâncias calculadas a serem percorridas no microscópio

VISTA FRONTAL VISTA SUPERIOR

Superfície fresada Colunas de medição Pontos de medição 2° Superfície fresada Superfície chanfrada Linha divisória Resina Amostra

Figura 3.14 - Estratégia para as medições da microdureza em pontos próximos da superfície usinada. Figura esquemática mostrando os primeiros pontos do total de 13.

Para determinar os pontos onde seriam feitas as impressões, foi necessário utilizar um relógio comparador com curso total de 10 mm de medição, pois os eixos da mesa móvel de fixação da amostra possuíam apenas escalas em décimos de milímetros. A Figura 3.15 apresenta o aparato experimental utilizado na obtenção desta variável.

Vale lembrar que os deslocamentos para realização das impressões ocorreram na superfície chanfrada, permitindo grandes deslocamentos na direção horizontal, porém pequenos na vertical, o que possibilitou fazer impressões bastante próximas à superfície usinada nos ensaios finais de fresamento.

Figura 3.15 - Aparato experimental empregado nas medidas de microdureza.

lente ocular relógio comparador

amostra

Todavia, o grande problema encontrado foi definir onde realmente começava o plano inclinado, ou seja, qual seria o ponto inicial para a partir dele medir-se o deslocamento no relógio comparador. Assim, adotou-se três critérios, os quais quando ocorressem concomitantemente, tinha-se a certeza de estar no local correto.

Os critérios foram: linha média entre o final das marcas de avanço deixadas pela fresa durante a confecção do chanfro, ausência de foco na região julgada como começo do patamar, devido a diferença de altura estabelecida entre o plano inclinado e o patamar, em função do chanfro e, por fim, impressões distorcidas apenas de um lado nessa região, devido ao mesmo motivo apresentado anteriormente, abaulamento da resina. Dessa forma, caso a impressão fosse totalmente distorcida, estaria localizada fora da superfície do chanfro (patamar). Caso fosse simétrica, estaria no plano do chanfro (superfície de análise). A linha divisória seria obtida quando parte da impressão estivesse distorcida e parte não.