Curso Online de Dureza dos Materiais

Medição da
Dureza dos Materiais

APOSTILA DO CURSO:
A7 Medição da Dureza dos Materiais

Departamento de Treinamento

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Dpto. Treinamento

Medição da Dureza dos Materiais

Í n d i c e

1. Introdução ................................................................................... 2

2. Relações de Conversão de Dureza ........................................... 5

3. Relações entre Dureza e Resistência à Tração ....................... 5

4. Ensaios de Dureza ...................................................................... 6
4.1. Ensaio Brinell ....................................................................................... 6
4.1.1. Aplicação ............................................................................................................ 7
4.1.2. Limitações........................................................................................................... 8
4.1.3. Condições de Ensaio ........................................................................................ 11
4.1.4. Apresentação dos Resultados .......................................................................... 13
4.2. Dureza Rockwell ................................................................................ 15
4.2.1. Descrição do ensaio ......................................................................................... 15
4.2.2. Penetradores .................................................................................................... 15
4.2.3. Representação da dureza Rockwell ................................................................. 19
4.2.4. Profundidade de penetração............................................................................. 20
4.3. Dureza Vickers................................................................................... 22
4.3.1. Apresentação dos Resultados .......................................................................... 24
4.3.2. Cargas Utilizadas .............................................................................................. 25
4.3.3. Defeitos de Impressão ...................................................................................... 26
4.3.4. Vantagens e Limitações do Ensaio ................................................................... 27
4.4. Dureza Shore (escleroscópica) .......................................................... 28
4.5. Ensaios de Micro-dureza ................................................................... 28

5. Resumo...................................................................................... 30

6. Apêndices.................................................................................. 33
6.1. Relação trigonométrica ...................................................................... 33
6.2. Sistema Internacional de Unidades .................................................... 33
6.3. Tabela de conversão de polegada em milímetros e vice-versa .......... 34
6.4. Tabela dos Senos 0º - 45º ................................................................. 35
6.5. Tabela dos Senos 45º - 90º............................................................... 36
6.6. Tabela dos Co-senos 0º - 45º ............................................................ 37
6.7. Tabela dos Co-senos 45º - 90º .......................................................... 38

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1. Introdução

A dureza de um material é um pouco complexa de se definir, devido às diferentes
definições que lhe podem dar.

“Cientificamente, dureza é o grau de resistência à deformação permanente”.

Há vários critérios para verificar a dureza de um material ou seja:

- Resistência à penetração;
- Absorção de energia sob cargas dinâmicas (por choque);
- Resistência à abrasão;
- Resistência ao risco;
- Resistência ao corte.

Tabela 1

A escala de dureza mais antiga atende apenas um dos critérios já citados, o de
resistência ao risco. Ela data de 1822 e consiste em uma tabela de 10 padrões de
minerais ordenados na ordem crescente quanto à possibilidade de ser riscado.

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Para os metais esta escala não tem aplicação necessária para verificar com relativa
precisão a dureza dos vários metais usados na indústria metalúrgica.

O gráfico abaixo mostra a relação existente entre os vários métodos de medir dureza e o
limite de resistência à tração.

LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO, kgf/mm 2

Figura 1 - Relação entre Dureza e Limite de Resistência à Tração para aços

Não é possível encontrar uma definição única de dureza, pois para cada critério
apresentado anteriormente existem um ou mais tipos de medidas adequados.

A dureza não é uma propriedade absoluta. Na realidade devemos comparar materiais, ou
seja, somente existe um material duro se houver outro mole.

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A verificação da dureza dos materiais se processa através do que chamamos de ENSAIO.
Portanto nós vamos realizar um ensaio de dureza ou seja, através de procedimentos
normalizados verificamos a “comparação” da dureza medida no objeto com valores
tabelados conforme cada critério.

Podemos dividir o ensaio de dureza em três importantes critérios:

- Ensaio por penetração
- Ensaio por choque
- Ensaio por risco

Os ensaios por PENETRAÇÃO e por CHOQUE são os mais usados no ramo da
metalurgia e da mecânica sendo que o critério por PENETRAÇÃO é o mais usado. Os
ensaios podem ser (os nomes em homenagem a seus respectivos autores):

BRINELL
ROCKWELL
VICKERS
SHORE
KNOOP

Quando se deve selecionar um material para resistir à erosão ou à deformação plástica, a
DUREZA é geralmente a propriedade mais importante.

A maior parte dos testes de dureza emprega uma carga padrão que é aplicada a uma
esfera ou pirâmide em contato com o material a ser testado.

A dureza é uma propriedade fácil de medir, porque o ensaio não é destrutivo e não há
necessidade de corpo de prova. Normalmente pode-se realizar o teste diretamente sobre a peça.

Datsko, Joseph-Material proprierties and manufacturing processes, NY 1966, mostra que
a resistência à tração relaciona-se com a dureza através do expoente do
ENCRUAMENTO ,e da CARGA aplicada, colocando em gráficos estas relações.

Figura 2 - Aspecto da deformação durante a penetração no ensaio de dureza

Na fig.2 a linha tracejada mostra a impressão final, e revela que houve uma região de
deformação elástica dentro da deformação plástica total. Isto significa que o esforço
necessário para produzir a impressão dependerá da tensão de escoamento e da
velocidade de encruamento após ter sido ultrapassado o limite de escoamento.

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O limite de resistência à tração depende tanto do limite de escoamento como do
encruamento do metal. Portanto existe uma correlação entre a resistência e a dureza.

Geralmente a dureza é determinada pela resistência à penetração, para isso utiliza-se um
“penetrador" na forma de esfera ou de pirâmide ou tronco de cone, fabricado de aço
temperado, metal duro ou diamante o qual é forçado a penetrar no material cuja dureza se
quer medir através da aplicação de uma carga estática.

O resultado é uma deformação que provoca o aparecimento de uma impressão na
superfície do material. A profundidade ou dimensões dessa impressão são a base para a
determinação do valor que representa a dureza.

2. Relações de Conversão de Dureza

Existem tabelas de conversão entre as várias escalas de dureza. Às vezes torna-se
necessário conhecer o valor de uma dureza, por exemplo Brinell, e a peça foi ensaiada,
por exemplo, na escala Rockwell.

Mas não podemos confiar demasiadamente nos valores de dureza obtidos por conversão
de escalas.

Temos diversos fatores que impedem a precisão dos resultados:

- Cargas;
- Penetradores diferentes;
- Impressões de formas diversas;
- Condição de encruamento resultante (conforme o material).

3. Relações entre Dureza e Resistência à Tração

Existe uma relação útil e prática, entre a dureza Brinell e a resistência à tração.

A relação t = 0,36 HB determinada empiricamente é válida somente para aços carbono e
aços liga com médio teor em liga.

Na figura 1 temos as "Relações aproximadas entre a Resistência à Tração e diversas
Durezas para Aço". Na verdade a curva apresentada deve ser analisada com certa
precaução, e também limitada para os aços.

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4. Ensaios de Dureza

Os ensaios de dureza são baseados no princípio de penetração na superfície do metal
pela aplicação de uma carga através de um penetrador, Estes métodos estão divididos
em dois grupos:

- Ensaios de penetração estáticos (mais comuns)
- Ensaios de penetração dinâmicos

4.1. Ensaio Brinell

J. A. Brinell em 1900 divulgou este ensaio. Foi aceito e padronizado devido à relação que
existe entre os resultados do ensaio e os da resistência à tração.

O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço
temperado de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por
meio de uma carga F, durante um tempo t e que produz uma impressão permanente com
o formato de uma calota esférica. A verificação é feita medindo o diâmetro D, com um
micrômetro óptico (microscópio ou lupa graduada). O valor do diâmetro deve ser tomado
como a média de duas leituras feitas a 90º uma da outra.

A dureza Brinell é definida como o quociente entre a carga aplicada e a área de contato
(HB = F / A c ) . Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade (p) que é um
valor muito pequeno, usa-se a formula:

Figura 3

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Exercício

Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou uma esfera de
2,5 mm de diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 Kgf .

As medidas dos diâmetros de impressão foram de 1mm. Qual a dureza do material
ensaiado ?

A unidade Kgf/mm 2 que deveria ser sempre escrita após o valor de HB, é omitida, pois a
dureza Brinell não é um conceito físico satisfatório, por que não leva em consideração o
valor médio da pressão sobre toda a superfície da impressão que é o que deveria ser
observado.

Figura 4

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4.1.1. Aplicação

O ensaio Brinell é usado especialmente para metais não ferrosos, ferro fundido, aço,
produtos siderúrgicos em geral e peças não temperadas.

É largamente empregado pela facilidade de aplicação pois pode ser efetuado em qualquer
máquina à compressão.

Para facilitar ainda mais seu emprego pode-se fazer ensaios Brinell usando-se máquinas
Rockwell e uma tabela que nos dá a dureza Brinell em função da leitura na escala C, ou
seja em função da profundidade de impressão.

4.1.2. Limitações

Seu uso é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de aço temperado só é
possível medir dureza até 500 HB pois durezas maiores iriam danificar a esfera.

A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão não é o
mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto é
mais notável quanto mais duro for o metal.

Figura 5

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Figura 6

O ensaio deve ser realizado em superfícies cilíndricas com raio de curvatura maior do que
5 vezes o diâmetro da esfera usada, pois poderá haver escoamento lateral do material e a
dureza medida seria menor que a real.

Em alguns materiais podem ocorrer deformações no contorno da impressão ocasionando
erros de leitura.

Figura 7

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A seguir temos tabelas que fornecem os valores de dureza Brinell em função de um
diâmetro de impressão d.

Exercício

Localizar na tabela usando um diâmetro d de esfera igual a 10 mm, a dureza para um
material que ficou com um diâmetro de impressão de 3,54 mm.

Resposta:

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