Método de ensaio mecânico para sapatas de freio de ferro fundido utilizadas em material rodante (Seleção do equipamento de ensaio de dureza para sapatas de freio)

A seleção de equipamentos para ensaios mecânicos de sapatas de freio de ferro fundido deve estar em conformidade com a norma ICS 45.060.20. Esta norma especifica que o ensaio de propriedades mecânicas é dividido em duas partes:

1. Teste de Tração

O ensaio deverá ser realizado de acordo com as disposições da norma ISO 6892-1:2019. As dimensões e a qualidade de processamento dos corpos de prova para ensaio de tração deverão atender aos requisitos da norma ISO 185:2005.

2. Método de teste de dureza

O procedimento deverá ser implementado de acordo com a norma ISO 6506-1:2014. Os corpos de prova para o ensaio de dureza deverão ser cortados da metade inferior da barra de ensaio fundida separadamente; caso não haja barra de ensaio, deverá ser utilizada uma sapata de freio, da qual deverão ser removidos de 6 mm a 10 mm de sua lateral por meio de plaina, e a dureza deverá ser medida em 4 pontos de ensaio, sendo o valor médio considerado o resultado do ensaio.

Base para o Método de Teste de Dureza

A norma ISO 6506-1:2014 “Materiais Metálicos – Ensaio de Dureza Brinell – Parte 1: Método de Ensaio” especifica o princípio, os símbolos e explicações, os equipamentos de ensaio, os corpos de prova, os procedimentos de ensaio, a incerteza dos resultados e o relatório de ensaio para o ensaio de dureza Brinell de materiais metálicos.

2.1 Seleção do equipamento de teste: Durômetro Brinell (Recomendado em primeiro lugar)

Vantagens: A área de indentação é grande, o que pode refletir a dureza geral do material de ferro fundido (o ferro fundido pode ter uma estrutura irregular), e os resultados são mais representativos.

É adequado para ferro fundido de dureza média e baixa (HB 80 – 450), abrangendo totalmente a gama de dureza das sapatas de freio de ferro fundido.

A operação é relativamente simples e a exigência quanto ao acabamento superficial da amostra é relativamente baixa (geralmente, Ra 1,6 – 6,3 μm é suficiente).

2.2 Princípio do Teste de Dureza Brinell

O princípio pode ser resumido da seguinte forma: uma esfera de liga dura (ou esfera de aço temperado) com 10 mm de diâmetro é pressionada contra a superfície da amostra sob uma determinada força de teste (como 3000 kgf). Após medir o diâmetro da indentação, calcula-se o valor da dureza (HBW) para caracterizar a capacidade do material de resistir à deformação plástica. Sua principal vantagem reside na alta representatividade dos resultados, que podem refletir as características macroscópicas de dureza do material. É um método clássico amplamente utilizado em testes de desempenho de materiais metálicos.

2.3 Símbolos e explicações do valor de dureza Brinell

A definição básica do valor de dureza Brinell (HBW) é: a razão entre a força de teste (F) e a área da superfície de indentação (A), com a unidade em MPa (mas geralmente a unidade não é indicada, sendo utilizado apenas o valor numérico). A fórmula de cálculo é a seguinte: HBW = πD(D − D² − d²)² × 0,10² × F
Onde:

F é a força de teste (unidade: N);

D é o diâmetro do indentador (unidade: mm);

d é o diâmetro médio da indentação (unidade: mm);

O coeficiente “0,102” é um fator de conversão usado para converter a unidade de força de teste de kgf para N (se calculada diretamente em N, a fórmula pode ser simplificada).

Pela fórmula, pode-se observar que, sob a mesma força de teste e diâmetro do penetrador, quanto menor o diâmetro da indentação, maior a capacidade do material de resistir à deformação plástica e maior o valor da dureza Brinell; inversamente, quanto menor o diâmetro, menor o valor da dureza.

De acordo com as características do material das sapatas de freio de ferro fundido (ferro fundido cinzento), os parâmetros do teste de dureza Brinell são geralmente os seguintes:

Força de teste (F): Geralmente, utiliza-se 3000 kgf (29,42 kN), e o símbolo de dureza correspondente é “HBW 10/3000”.

Nota: Se o corpo de prova for fino ou o material for macio, a força de ensaio pode ser ajustada (por exemplo, 1500 kgf ou 500 kgf) de acordo com a norma ISO 6506-1:2014, mas isso deve ser indicado no relatório de ensaio.