Ensaio de Dureza

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ENSAIO DE DUREZA
Caio Kawamura Gonçalves - 118006.
Gabriel Dainez Aquotti – 120220.
Mariana de Oliveira Dalberto – 118096.
Resumo:
Nos ensaios de dureza, busca-se avaliar a capacidade do material resistir à uma deformação plástica em sua superfície, ou
seja, verificar sua resistência à penetração superficial. Para isso, existem métodos de medições para se obter a dureza. No
caso deste estudo, foi utilizado o método de penetração do tipo Rockwell, na escala C, utilizando um durômetro com
indentador de diamante. O objetivo foi calibrar o durômetro a partir de três padrões diferentes, obter uma reta de calibração e
corrigir a dureza do corpo de prova. Além disso, foi feita a conversão da dureza HRC para a dureza Brinell (HB) por meio de
tabelas, encontradas na literatura e, com isso, calculou-se o Limite de Resistência à Tração (LRC).
Palavras-chave: ensaio, Dureza, Rockwell, Brinell, diamante.
1. INTRODUÇÃO
Em busca de produzir equipamentos com a máxima eficiência possível, os materiais disponíveis são usados em
compósitos e muitas vezes para obter-se as propriedades mecânicas desejadas, são feitos tratamentos que modificam a estrutura
molecular destes. Para fazer a utilização desses materiais, engenheiros precisam conhecer suas propriedades mecânicas a fim de
utilizá-los de forma correta e com esse viés, indústrias principalmente de componentes mecânicos e eletrônicos, vidro e
cerâmicas, de acordo com Garcia (2012), realizam o ensaio de dureza, seja em amostras dos materiais ou no produto final, a fim
de verificar a resistência deste a pressão gerada pelo contato com outros componentes.
A dureza de um material, segundo Garcia (2012), está relacionada com as forças de ligações entre os átomos, íons e
moléculas presentes em sua composição e é possível aumentar a dureza por meio da adição de solutos, tratamentos químicos e
térmicos e determina-se sua intensidade através do ensaio de dureza, que pode ser realizado por diferentes métodos, mas baseia
se na penetração de indentadores com formatos pré estabelecidos com uma pré-carga definida que causará deformação elástica e
permitirá a identificação da dureza por meio da deformação plástica causada. Em alguns métodos, a profundidade de penetração
é a medida levada em consideração, em outros, a área da marca resultante do ensaio causada pelo indentador.
Além disso, existem diferentes tipos de ensaio de dureza, como o de dureza por risco, por rebote, por penetração e
dureza shore. O primeiro é utilizado com frequência na área de mineralogia, baseando-se na capacidade de um mineral ser
riscado por outro material, tendo a dureza Mohs como mais conhecida, já o ensaio por rebote é dinâmico e analisado pela queda
livre de um êmbolo com uma ponta padronizada, que após atingir o material irá subir proporcionalmente à energia gasta para
causar a deformação. O ensaio de dureza por penetração ramifica-se nos ensaios de Brinell, Vickers, Rockwell e outros que
diferem-se no formato e material do penetrador e também na forma de análise pós ensaio, tendo diferentes medidas da marca da
penetração como parâmetro. Por fim, o ensaio de dureza shore empregado para medir a dureza de polímeros, utiliza um sistema
semelhante aos ensaios de penetração, tendo como método de análise, a profundidade atingida pela ponta do equipamento.
Buscando conhecer a dureza de um corpo de prova metálico, o ensaio de dureza por penetração foi utilizado, por meio
da dureza de Rockwell na escala C, que utiliza como penetrador um cone de diamante, pré-carga de e carga principal de10 𝑘𝑔𝑓
. O equipamento utilizado para a medição irá avaliar a profundidade de penetração e informará ao operador o valor150 𝑘𝑔𝑓
correspondente de dureza na escala escolhida.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para realizar o ensaio de dureza, utilizou-se um durômetro FutureTech®; três padrões diferentes com valores de dureza
conhecidos e um indentador de diamante. Antes de iniciar o ensaio propriamente dito, é necessário configurar o durômetro
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(Figura 1) de acordo com o material a ser estudado. Nesse caso, como amostra é um Aço (Figura 2), o equipamento foi colocado
em escala C, com carga principal de 150 kgf e uma pré-carga de 10 kgf. Após isso, para se fazer a calibração do durômetro,
realizou-se três medições para cada um, dos três, padrões (Figura 3) com durezas já conhecidas. Em seguida, com a amostra,
foram realizadas mais três medições e calculada sua dureza média.
Figura 1: Durômetro Figura 2: Corpo de prova Figura 3: Padrões para calibração
Fonte: Autor (2023) Fonte: Autor (2023) Fonte: Autor (2023)
Feito isso, um gráfico entre os valores já conhecidos dos três padrões com os valores médios medidos foi plotado, por meio do
software SciDavis, obtendo nela 3 pontos correspondentes. Desse modo, é feito a linearização desses pontos, obtendo assim uma
reta de calibração. Com o valor médio da amostra, foi calculado o seu valor de dureza corrigido pela reta encontrada. Em
seguida, com essa correção, foi feita a conversão de Rockwell C (HRC) para Brinell (HB) por meio de uma tabela de conversão,
segundo a norma ASTM E140-12b. Por fim, calculou-se o Limite de Resistência à Tração e, assim, comparou o resultado com
possíveis materiais que podem apresentar a mesma resistência.
2.1 Modelos Matemáticos
Limite de Resistência à Tração (LRT)
𝐿𝑅𝑇 = 0, 36𝐻𝐵
sendo,
= dureza Brinell𝐻𝐵
(1)
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Primeiramente, para se obter a curva de calibração para o equipamento de medição da prática, foram realizadas três
medições de dureza em três padrões de calibração, os quais possuem dureza teórica em HRC conhecida. Os resultados foram
organizados na tabela 1.
Tabela 1 - Valores de dureza para os corpos de calibração
Padrões de
calibração
Dureza teórica dos padrões
(HRC)
Medida 1
(HRC)
Medida 2
(HRC)
Medida 3
(HRC)
Média
(HRC)
1 21,2 20,7 20,4 20,9 20,67 ± 0,25
2 43,3 42,3 42,6 42,8 42,57 ± 0,25
3 62,1 61,1 61,5 62 61,53 ± 0,45
Fonte: Autor (2023)
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A fim de traçar uma reta para que seja possível converter a dureza medida pelo aparelho na dureza real do material
ensaiado, a partir do software Scidavis, os três pontos de dureza média foram organizados no gráfico mostrado na Figura 4 e
uma reta de calibração foi traçada para relacionar as durezas obtidas pelo ensaio com as durezas teóricas dos corpos.
Figura 4 - Curva de calibração para o ensaio
Fonte: Autor (2023)
Em seguida, o ajuste linear foi realizado pelo mesmo programa, para que seja possível converter qualquer valor
medido pela máquina no valor teórico de dureza. A equação geral para a calibração deste ensaio é dada por:
𝑌 = 𝐴 * 𝑋 + 𝐵
A = 1,0012
B = 0,5606
A partir dos dados obtidos, é possível então definir a dureza de uma amostra realizando três medições no corpo de
prova e, a partir da dureza média medida pelo aparelho, a equação encontrada nos permite obter a dureza teórica (corrigida) do
material.
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 30,1+30,4+313 = 30, 5 𝐻𝑅𝐶
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐴 * 𝑋 + 𝐵
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 1, 0012 * 30, 5 + 0, 5606 = 31, 1 𝐻𝑅𝐶
Agora, para realizar uma análise da dureza do material com sua resistência é preciso converter o resultado encontrado
para um valor mais compatível com o que se deseja observar. Por isso, com o auxílio da Tabela 1 da ASTM E140-12b,
conseguimos converter essa dureza para dureza Brinell e, desse modo, o limite de resistência à tração pode ser obtido.
Realizando os cálculos necessários, obtemos:
31,1 HRC = 294,7 HB
1048 MPa𝐿𝑅𝑇 = 0, 36 * 294, 7 = 106, 09 𝑘𝑔𝑓/𝑚𝑚2 =
Após pesquisar a respeito das propriedades de metais e ligas, segundo De Souza (1982) anexo II, observa-se que, dentre
os materiais que possuem dureza média próxima ao valor obtido, é possível citar os aços-liga (200-500 HB) e o aço martensítico
(200-375 HB quando tratado termicamente). Além disso, de acordo com as tabelas para o limite de resistência a tração dos metais
de Callister(2007), os aços que mais se aproximaram do valor encontrado foram: Aço 4340 normalizado (1280 MPa) e Aço 4140
normalizado (1020 MPa).
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4. CONCLUSÃO
A partir do ensaio realizado conclui-se que dos materiais conhecidos na literatura base, o corpo de prova é um aço pela
utilização da curva de calibração, que obteve bons resultados, tendo uma boa aproximação para o valor teórico a partir dos dados
experimentais e sua utilização é confiável.
5. REFERÊNCIAS
Garcia, A., Spim, J. A., Santos, C. d. (2012). Ensaios dos Materiais, 2ª edição.
American Society for Testing and Materials (ASTM) E140-12b. Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship
Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, Scleroscope Hardness,
and Leeb Hardness
DE SOUZA, Sergio Augusto. Ensaios mecânicos de materiais metálicos: Fundamentos teóricos e práticos.
Editora Blucher, 1982.
CALLISTER, William D. et al. Materials science and engineering: an introduction. New York: John wiley & sons,
2007.
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