Aula_3_Dureza

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Materiais de Construção Mecânica Aplicada 
6º SEMESTRE (ENG. MEC)
Prof.Luciano de Lima Lopes
limalolopes@gmail.com
AULA 3
DUREZA
Prof. Luciano de Lima Lopes
limalolopes@gmail.com
Conceito de Dureza
Dureza é a propriedade de um material que permite a ele
resistir à deformação plástica, usualmente por
penetração.
Dureza expressa sua resistência a deformações
permanentes e está diretamente relacionada com a
força de ligação dos átomos.
O termo dureza também pode ser associado à resistência
à flexão, risco, abrasão ou corte.
Porque fazer o Ensaio de Dureza?
Interesse do conhecimento da dureza:
1.Conhecimento da resistência ao desgaste;
2.Conhecimento aproximado da resistência mecânica
(resistência a tração) através do uso de tabelas de
correlação;
3.Controle de qualidade de tratamentos térmicos.
Aplicações
Esse ensaio é amplamente utilizado na indústria de
componentes mecânicos, tratamentos superficiais e
laminados devido à vantagem de fornecer dados
quantitativos das características de resistência à
deformação permanente das peças produzidas.
É utilizado como um ensaio para o controle das
especificações da entrada de matéria prima e durante as
etapas de fabricação de componentes;
Os resultados fornecidos pela medida de dureza devem
variar em função de tratamentos sofridos pela peça
(tratamentos superficiais, tratamentos térmicos, etc).
Medição de Dureza
Nos materiais metálicos, a dureza pode ser alterada por
tratamentos térmicos, adição de solutos (elementos
químicos), trabalho mecânico a frio (encruamento),
tratamentos térmicos específicos.
 Aço temperado → maior dureza
 Aço encruado → maior dureza
 Aço com maior quantidade de C → maior dureza
Introdução
Vantagens
 Rapidez de execução;
 Baixo custo dos equipamentos envolvidos.
Métodos de Medição
 Risco (escala de dureza de MOHS);
 Rebote (método SHORE);
 Penetração (BRINNEL, VICKERS, ROCKWELL).
Dureza por Risco 
Dureza Mohs
Esse tipo de dureza é pouco utilizado para materiais
metálicos, sendo sua maior utilização na área de
mineralogia.
Entre os ensaios por risco, a dureza Mohs é o mais
conhecido e consiste numa escala de 10 minerais
padrões, onde o mais duro é o diamante e risca todos
os demais minerais.
O mais mole (dureza 1) é o silicato de magnésio (talco),
este não tem condições de riscar nenhum material.
Dureza por Risco 
Dureza Mohs
Nessa escala, a maioria dos metais se
enquadra entre durezas 4 e 8, e pequenas
diferenças de dureza não são acusadas
por este método, o que não permite uma
definição adequada da sua dureza.
A dureza é determinada pela pesquisa de
qual mineral da escala padrão o material
de teste risca ou não risca.
Escala Mohs (1822)
1 - Talco
2 - Gipsita
3 - Calcita
4 - Fluorita
5 - Apatita
6 - Feldspato
7 - Quartzo
8 - Topázio
9 - Safira e corindo
10 - Diamante
Dureza por Risco 
Método da Lima
Métodos similares de avaliação de dureza relativa são
ainda utilizados atualmente.
Um exemplo é o teste da lima, onde uma lima temperada
numa dureza desejada é friccionada na superfície do
material a testar.
Se a lima desliza sem marcar a superfície, o material é
considerado mais duro que a lima. Caso contrário, o
material é menos duro que a lima.
Outros: fagulha no esmeril, chicote elétrico com ponta
abrasiva.
Dureza por Rebote 
Dureza Shore
É um ensaio dinâmico cuja impressão na superfície do
material é causada pela queda livre de um êmbolo com
uma ponta padronizada de diamante.
O valor da dureza é proporcional à energia de deformação
consumida para formar a marca no corpo de prova e
representada pela altura alcançada no rebote do
êmbolo.
Desta forma, materiais dúcteis irão consumir mais energia
na deformação do corpo de prova e o êmbolo
alcançará uma altura menor no retorno,
indicando uma dureza mais baixa.
Dureza Shore
O teste do Escleroscópio consiste em provocar a queda de um martelo com 
ponta de diamante sobre o corpo de prova. O martelo inicia sua queda a 
partir de uma altura fixa, sob a ação de seu próprio peso, e viaja dentro de 
um tubo de vidro. O peso do martelo é de aproximadamente 2,5 kgf e cai de 
uma altura aproximada de 25cm (10”) sobre a superfície do material a 
testar.
Teste do Escleroscópio escala Shore
Dureza por Penetração 
Dureza Brinell
O método de teste de dureza Brinell consiste em endentar o material com uma
esfera de aço endurecido ou metal duro com 10 mm de diâmetro com uma carga de
3000 kgf. Para materiais mais moles a carga pode ser reduzida para 1500 kg ou
500 k para reduzir endentação excessiva. A carga total é normalmente aplicada por
10 ou 15 segundos no caso de ferro fundido ou aço , e pelo menos durante 30
segundos para outros metais.
A dureza Brinell é representada pelas letras HB. Esta representação vem do inglês
Hardness Brinell, que quer dizer “dureza Brinell”.
Dureza Brinell
A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F)
e a área da calota esférica impressa no material ensaiado
(Ac).
A área da calota esférica é dada pela eq. (Ac = π x D x p),
onde (p) é a profundidade da calota.
Substituindo Ac pela fórmula para cálculo da
área da calota, temos:
cA
F
 = HB
Dp
F
 = HB

Dureza Brinell
O diâmetro da impressão formada deve ser medido por meio de microscópio 
ou lupa graduada e por 2 leituras, uma a 90º da outra, para minimizar erros 
de leitura e resultados imprecisos.
Tipo de Esfera (Aço ou Carboneto de Tungstênio)
Depende da faixa de dureza do material. Assim, utiliza-se esfera de:
Carboneto de Tungstênio para dureza entre 450 e 650HB;
Aço para durezas menores.
Dureza Brinell
Correlação entre a Dureza Brinell e Resistência à Tração
A dureza Brinell pode ser correlacionada com o limite de
resistência a tração de materiais metálicos.
Apesar de tais relações não serem necessariamente
precisas, são importantes para uma estimativa da
resistência de um material quando não se dispõe de uma
máquina de tração, ou vice-versa.
rt=  . HB, onde  é o limite de resistência à tração e  é
uma constante experimental.
 = 3,60 (para aços carbono)
Dureza Brinell
Vantagens e Limitações
 Não é recomendado para peças muito finas e para
materiais muito duros, ex. aço temperado (metais de
dureza ≥ das esferas dos penetradores)
 Não é indicado para materiais que tenham sofrido
tratamentos superficiais, pois a penetração pode
ultrapassar a camada com tratamento e gerar erros nos
valores medidos.
 É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em
metais que não tenham estrutura interna uniforme.
Dureza Rockwell
Em 1922, Rockwell desenvolveu um método de ensaio de dureza que
utilizava um sistema de pré-carga.
O ensaio Rockwell é hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro,
devido à rapidez e à facilidade de execução, isenção de erros
humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas
e pequeno tamanho da impressão.
Dureza Rockwell
A carga do ensaio é aplicada em etapas: primeiro se aplica
uma pré-carga e depois se aplica a carga do ensaio.
A pré-carga é necessária para eliminar a ação de eventuais
defeitos superficiais, ajudar na fixação do corpo de prova
no suporte e causar pequena deformação permanente,
eliminando erros causados pela deformação elástica.
Para a realização da leitura é retirada a carga total, mas
mantendo-se, entretanto a carga inicial. O número de
dureza Rockwell é citado com o símbolo HR, seguido da
escala utilizada.
Dureza Rockwell
A leitura da dureza é feita diretamente no mostrador do
equipamento, na escala adequada à dureza do material.
Se utiliza:
Penetrador cônico de diamante, fazer a leitura do resultado na
escala externa do mostrador (de cor preta).
Penetrador esférico, fazer a leitura na escala vermelha.
O valor indicado na escala é o valor da dureza Rockwell.
Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza
Rockwell são do tipo esférico (esfera de aço temperado)
ou cônico (cone de diamante com 120º de
conicidade e ponta ligeiramente arredondada
r=0,2mm).
Dureza Rockwell
Descrição do Processo1o passo: aproximar a 
superfície do corpo de 
prova do penetrador. 
2o passo: submeter o 
corpo de prova a uma 
pré-carga (carga 
menor). 
3o passo: aplicar a carga 
maior até o ponteiro 
parar 
4o passo: retirar a carga 
maior e fazer a leitura 
do valor indicado no 
mostrador, na escala 
apropriada. 
 
Dureza Rockwell
Descrição do Processo
Dureza Rockwell
Equipamento de Ensaio
Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de
máquinas, ambas com a mesma técnica de operação, que
diferem apenas pela precisão de seus componentes.
A máquina padrão mede a dureza Rockwell normal e é
indicada para avaliação de dureza em geral.
A máquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial,
e é indicada para avaliação de dureza em folhas finas ou
lâminas, ou camadas superficiais de materiais.
Dureza Rockwell
Equipamento de Ensaio
As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em
função do tipo de penetrador e do valor da carga maior.
Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-
carga de 10kgf e a carga maior pode ser de: 60, 100 ou
150 kgf.
Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pré-carga é de
3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf.
Dureza Rockwell
Escalas
Estas escalas não têm relação entre si.
Por isso, não faz sentido comparar a dureza de materiais
submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas
diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala só
pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma
escala.
O quadro a seguir mostra as escalas mais utilizadas nos
processos industriais.
Dureza Rockwell (Escalas)
Escala de dureza Rockwell superficial e aplicações
Escala Cor da escala Carga maior Penetrador Faixa de utilização Campo de aplicação
15N preta 15 diamante cone 120º 65 a 90 HR 15N Uso em aplicações similares às escalas HRC, HRA, HRD
30N preta 30 diamante 40 a 80 HR 30N Uso em aplicações similares às escalas HRC, HRA, HRD
45N preta 45 diamante 35 a 70 HR 45N Uso em aplicações similares às escalas HRC, HRA, HRD
15T vermelha 15 esfera aço 1,5875mm 50 a 94 HR 15T Uso em aplicações similares às escalas HRB, HRF, HRG
30T vermelha 30 esfera aço 1,5875mm 10 a 84 HR 30T Uso em aplicações similares às escalas HRB, HRF, HRG
45T vermelha 45 esfera aço 1,5875mm 10 a 75 HR 45T Uso em aplicações similares às escalas HRB, HRF, HRG
Escala de dureza Rockwell normal e aplicações
Escala Cor da escala Carga maior Penetrador
Faixa
de utilização
Campo de aplicação
A preta 60
diamante
cone 120°
20 a 88 HRA
Carbonetos, folhas de aço com fina camada superficial 
endurecida
C preta 150
diamante
cone 120°
20 a 70 HRC
Aço, titânio, aços com camada endurecida profunda, 
materiais com HRB>100
D preta 100
diamante
cone 120°
40 a 77 HRD Chapas finas de aço com média camada endurecida
B vermelha 100
esfera aço
1,5875mm
20 a 100 HRB
Ligas de cobre, aços brandos, ligas de alumínio, ferro 
maleável etc.
E vermelha 100
esfera aço
3,175mm
70 a 100 HRE Ferro fundido, ligas de alumínio e de magnésio
F vermelha 60
esfera aço
1,5875mm
60 a 100 HRF Ligas de cobre recozidas, folhas finas de metais moles
G vermelha 150
esfera aço
1,5875mm
30 a 94 HRG
Ferro maleável, ligas de cobre-níquel-zinco e de cobre-
níquel
H vermelha 60
esfera aço
3,175mm
80 a 100 HRH Alumínio, zinco, chumbo
K vermelha 150
esfera aço
3,175mm
40 a 100 HRK Metais de mancais e outros muito moles ou finos
Dureza Rockwell
O número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo
símbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada.
Exemplo, a interpretação do resultado 64HRC:
 64 é o valor de dureza obtido no ensaio;
 HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell;
 a última letra, no exemplo C, indica qual a escala
empregada.
Dureza Rockwell
Vantagens e Limitações
 As escalas não têm relação entre si, por isso, não se
pode comparar a dureza de materiais submetidos a
ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes.
 O resultado de dureza no ensaio Rockwell não tem
relação com o valor de resistência à tração, como no
ensaio Brinell.
 Rapidez de execução.
 Maior exatidão e isenção de erros.
 Possibilidade de maior utilização para materiais duros.
 Pequeno tamanho de impressão (não destrutivo).
Método semelhante ao ensaio de dureza Brinell, uma vez que relaciona a carga
aplicada com a área superficial da impressão.
Recebeu o nome Vickers devido a Companhia Vickers-Armstrong Ltda. que fabricou
as máquinas para operar esse tipo de dureza, sendo o método desenvolvido em 1925.
A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à penetração de
uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma
determinada carga.
Dureza Vickers
Dureza Vickers
O valor de dureza Vickers (HV) é o quociente da carga
aplicada (F) pela área de impressão (A) deixada no
corpo ensaiado.
A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da
área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por
meio de um microscópio acoplado, as medidas das
diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da
base da pirâmide.
A
F
 =HV 
Dureza Vickers
Dureza Vickers
Conhecendo as medidas das diagonais, é possível calcular
a área da pirâmide de base quadrada (A), utilizando a
fórmula:
Voltando à fórmula para cálculo da HV, e substituindo A pela
fórmula acima, temos:
Na fórmula anterior, a força deve ser expressa em
quilograma-força (kgf) e o “d” corresponde à diagonal
média:
Pode-se consultar tabelas para determinar as cargas em 
função da diagonal média.






2
136
 sen 2
d
 =A 
2

2d
1,8544F
 =HV 
2d
68 sen 2 x F
 =HV 
68 sen 2
2d
F
 =HV 


2
d + 21dd 
Dureza Vickers
Representação do Resultado do Ensaio
A dureza Vickers é representada pelo valor de dureza,
seguido do símbolo HV e de um número que indica o
valor da carga aplicada.
Por exemplo: A representação 440 HV 30 indica que o valor
da dureza Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30
kgf.
Dureza Vickers
Cargas Usadas
Neste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas 
podem ser de qualquer valor, pois as impressões são
sempre proporcionais à carga, para um mesmo material. 
Deste modo, o valor de dureza será o mesmo, independente
da carga utilizada.
Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas 
são: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf.
Dureza Vickers
Vantagens e Limitações
 Escala contínua de dureza, medindo todas as gamas de
valores de dureza numa única escala.
 Impressões extremamente pequenas e não inutilizam as
peças, mesmo as acabadas.
 O penetrador, por ser de diamante, é praticamente
indeformável.
 Aplica-se a materiais de qualquer espessura, e pode
também ser usado para medir durezas superficiais.
Dureza Vickers
Vantagens e Limitações
 Cuidados especiais para evitar erros de medida ou de
aplicação de carga, que alteram muito os valores reais de
dureza.
 Preparação do corpo de prova para evitar o encruamento
superficial.
 Ensaio com relativa demora o que limitada sua utilização
industrial.
RELATÓRIO 2
Equipamentos para ensaio Rockwell
Materiais 
Objetivo
Procedimento
Conclusão
QUESTÕES
1. Quais os tipos de ensaio de Dureza que você conhece?
2. Comente as vantagens e desvantagens do método do ensaio Rockwell em 
relação aos métodos Brinell e Vickers.
3. Qual o ensaio de dureza mais utilizado na industria e porque?
4. Descreva as etapas de realização do Ensaio de Dureza Rockwell.
5. Na maquina de Dureza Rockwell, quando devemos utilizar a escala de cor 
preta e quando utilizamos a escala vermelha? Qual o tipo de penetrador de 
para cada escala?