Introdução

O diamante Vickers utilizado nas medições da Impedância Ultrassónica de Contacto (UCI) tem a forma de pirâmide e é definido com precisão nas normas ISO 6507-2 & ASTME92-17. A qualidade do diamante e a sua geometria têm impacto na precisão da medição.

Adaptado da bancada, proporciona leituras muito mais rápidas

A utilização do diamante UCI foi adoptada a partir de dispositivos convencionais de bancada, em que os utilizadores colocam uma carga no indentador, que depois penetra no material e cria uma indentação. A profundidade da indentação reflecte a dureza de uma peça de teste. O utilizador utiliza então um microscópio para avaliar as diagonais da impressão e, devido à geometria bem conhecida (definida pela norma) e precisa do diamante, pode avaliar a profundidade da indentação e, consequentemente, a dureza em unidades Vickers.

• Oscilação da haste de ressonância a uma frequência ULTRASSÓNICA
• Peça de teste CONTACTOS forçados do indentador Vickers (exposição da superfície A)
• Deslocamento de frequência medido convertido em dureza (IMPEDÂNCIA)

Nos dispositivos UCI, o mesmo diamante é montado na ponta do ressoador que vibra com uma frequência específica. Aquando da indentação - ou seja, ao pressionar o diamante na peça de teste, a frequência muda e está relacionada com o módulo E do material e com a superfície do diamante exposta. É correto dizer que: quanto menor for a profundidade da indentação, menor será o contacto (superfície) do diamante com o material e menor será a mudança de frequência. Isto também é verdade para várias forças de teste, se um inspetor utilizar uma carga de 1N, a sua indentação no material será muito mais rasa do que seria com uma força de teste de 100N. A deslocação de frequência é então convertida em valores de dureza com base em deslocações de frequência pré-definidas - curvas de conversão de dureza Vickers, criadas por defeito para materiais com módulo E de 210 GPa. Assim, o utilizador não tem necessidade de medir a indentação ao microscópio, uma vez que esta é automaticamente calculada pelo firmware da sonda/software do dispositivo.

Assim, este diamante minúsculo, fabricado com precisão, é uma interface entre o dispositivo de medição UCI e uma peça de teste - é o elemento que "amplifica" o contacto com a peça de teste. Os diamantes imperfeitos e danificados conduzem a medições de baixa exatidão e precisão.

A norma ISO 6507-2 define o "verdadeiro" diamante

O verdadeiro diamante em conformidade com a norma Vickers 6507-2 tem uma tolerância muito estreita, que varia consoante a força de ensaio aplicada. Como mencionado acima, as medições com HV1 (10N) ou inferior terão muito menos contacto com a peça de teste e estas requerem tolerâncias ainda mais elevadas do que as utilizadas para HV5 ou HV10 (50N e 100N respetivamente). A geometria correta é apresentada na imagem abaixo e pode ser medida duas vezes:

• Medindo o ângulo entre as faces opostas, que é determinado pelo ângulo entre as arestas opostas e deve ser igual a 148,11° ±0,76°, e adicionalmente o parâmetro "a" (linha de conjunção) para estar dentro da tolerância para a força específica (Ver tabela abaixo)
• Medindo diretamente o ângulo entre as faces opostas no vértice da pirâmide de diamante, que deve ser 136° ±0,5°, e adicionalmente o parâmetro "a" (linha de conjunção) para estar dentro da tolerância para a força específica (ver quadro abaixo)

É necessário salientar que as tolerâncias para um tal diamante devem ser verificadas com equipamento adequado, que possa medir com elevada resolução, exatidão e incerteza. Um diamante adequado para HV1 é adequado para HV5, mas os diamantes HV5 podem não ser adequados para HV1 devido à linha incorrecta do parâmetro de conjunção "a" (ver tabela abaixo). Todos os factores acima referidos e o facto de o diamante ser um material caro por si só tornam os diamantes de alta qualidade muito caros.

Representação esquemática do indentador de ensaio Vickers, com indicação das distâncias de medição (d1 e d2) e dos ângulos relevantes para a medição da dureza Vickers e da profundidade da indentação (t). O ângulo entre as faces opostas é determinado pelo ângulo entre as arestas opostas e deve ser igual a 148,11° ±0,76°. Ampliação em X da linha de conjunção na parte superior do indentador (esquema).

Esta é, por exemplo, uma vantagem particular para os utilizadores da sonda 3 em 1, em que é necessário utilizar um diamante com parâmetros mais exigentes para satisfazer os critérios da carga HV1.

Qualidade do diamante e conformidade com a norma UCI

Um dispositivo com uma qualidade inferior do diamante (por exemplo, um parâmetro maior do que o permitido, ou faces dos diamantes fora de tolerância), mas com uma exatidão de medição (e repetibilidade também necessária para as normas DIN 50159 e GB/T 34205), está em conformidade com as normas ASTM A1038, DIN 50159 ou GB/T 34205?

Resposta curta: Não.

Como é que os desvios de medição e a repetibilidade são ajustados à força de ensaio?

As profundidades de indentação mais baixas e, por conseguinte, as resoluções são tidas em conta em todas as normas relacionadas com a UCI, pelo que o desvio máximo admissível da medição e o coeficiente de variação variam em função da carga de ensaio. Por outras palavras, essas tolerâncias máximas admissíveis reflectem a resolução da medição que resulta da profundidade de indentação (exposição da superfície do diamante). Por exemplo, para cargas muito baixas e materiais duros (por exemplo, >800 HV), o desvio máximo de medição permitido no caso da norma DIN 50159 é igual a 8% (note-se que a norma ASTM permite desvios de medição mais elevados do que as normas DIN e GB/T), enquanto que para HV10 este requisito é reduzido para 4%. O mesmo pode ser observado quando se compara a mesma carga para vários regimes de dureza, sendo que para materiais mais macios é permitido um desvio de medição menor do que no caso dos duros (por exemplo, HV1 250 HV exige 4%, enquanto HV1 >800 HV exige um máximo de 6%). Se a sua aplicação o permitir, considere a utilização de cargas mais elevadas da sonda, especialmente se forem testados materiais mais duros - isto aumenta a profundidade da indentação e a resolução da medição.

O que acontece com os parâmetros do diamante ao longo do tempo?

O diamante é o material natural mais duro conhecido pela humanidade, mas pode ser danificado pela utilização incorrecta do equipamento? Os movimentos laterais da sonda após a indentação (Figura 2.a) e o impacto na superfície da peça de teste com impulso (Figura 2.b), em vez de uma penetração lenta e controlada do material, podem causar fracturas e desgaste do diamante. O movimento da sonda deve ser sempre controlado com as duas mãos.

Um diamante fracturado pode ser reparado?

Resposta curta: Sim.

No entanto, o processo requer uma desmontagem quase completa do aparelho, a substituição do diamante ou do ressoador, seguida de uma nova montagem, a garantia de qualidade do novo material e a subsequente calibração. Os custos de reparação são sempre um processo de não produção em série, e não são muito inferiores aos da compra de um novo dispositivo, em que o utilizador recebe todos os componentes novos e imaculados.

Qual é a melhor prática?

Antes de comprar:

• Certifique-se de que o seu dispositivo tem um diamante verdadeiro, em conformidade com a norma ISO 6507-2 Vickers, que corresponda às suas expectativas de medição e qualidade e que garanta a conformidade com a norma da sua escolha
• Considere a carga que pretende utilizar. A utilização de cargas mais elevadas pode ser mais cansativa para os inspectores, mas pode proporcionar uma maior resolução de medição e pode também ser executada em superfícies de maior rugosidade, poupando assim tempo.
• Os resultados fiáveis dos ensaios exigem que o tamanho da indentação seja maior em comparação com a microestrutura do material/distribuição do tamanho do grão. Considere o tamanho da indentação do diamante para compreender qual a carga de ensaio necessária.

Após a compra:

• Certifique-se de que não danifica involuntariamente o diamante através de movimentos laterais sobre a indentação (riscando a superfície) ou através do impacto da superfície com a sonda.
• Faça a manutenção e a calibração regular dos seus aparelhos para ter a certeza do seu equipamento.
• Proteger o indentador com uma tampa de segurança para armazenamento e transporte, para evitar danos acidentais (por exemplo, queda repentina).
• Formar adequadamente o seu pessoal, informando-o sobre potenciais danos no equipamento devido a uma utilização não intencional e incorrecta.

Referências

Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren - Teil 2: Prüfung und Kalibrierung der Härteprüfgeräte, DIN 50159-2:2015-01, 2015

Método de teste padrão para teste de dureza portátil pelo método de impedância de contato ultrassônico, ASTM A1038-19, 2019

Materiais metálicos - Ensaio de dureza - Método de impedância de contacto ultrassónico, GB/T 34205-2017, 2017

Ensaios de dureza portáteis. Teoria prática, aplicações, diretrizes. Burnat, D., Raj, L., Frank, S., Ott, T. Schwerzenbach, Screening Eagle Technologies AG, 2022.

Materiais metálicos - Ensaio de dureza Vickers -Parte 2: Verificação e calibração de máquinas de ensaio. ISO 6507-2:2018