Seminário Dureza Brinell

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U N I V E R S I D A D E
F E D E R A L D E S Ã O P A U L O
Ensaio de Dureza
Brinell em metais -
Norma ASTM-E10
Hannah Gomes - 150118
Luiz Menezes - 148541
Ricardo Brandão - 148107
ÍNDICE DE
REFERÊNCIA
ESTRUTURA DA
APRESENTAÇÃO
Escopo
Terminologia e Equações
Princípios do teste e aparatos
Corpo de prova
Procedimento de ensaio
Medição da indentação
Conversão de escalas
Relatório
Precisão
Escopo
Esse método de ensaio ampar aa determinação da dureza Brinell de
materiais metálicos pelo princípio da penetração por indentação Brinell.
Tal método opera de maneira a pressionar um indentador de geometria
cirular contra a superfície do material que é desejado medir a dureza, sendo
que esse indentador geralmente é constituído por carbeto de tungstênio ou
aço.
A partir dessa força aplicada pela máquina, que é medida em kgf, é gerada
uma indentação no corpo de prova que a partir da determinação de seu
diâmetro tem-se relações capazes de calcular a dureza Brinell do material.
Figura 1: Princípio do teste
Figura 2: Esferas de tungstênio Figura 3: Esferas de aço
Escopo
O método de dureza Brinell pode fornecer informações de
extrema utilidade sobre os materiais metálicos ensaiados.
Essas informações podem ser relacionadas com múdulo
de resistência a tração, resistência ao desgaste,
ductilidade, e pode ser muito útil para controle e seleção
de materiais .
Os ensaios de dureza são uns dos mais utilizados para
aceite de carga, ou seja, pela sua facilidade, agilidade e
baixo custo, torna-se viável realizar tais testes para
liberar a entrada de lotes de mercadoria na indústria.
OBS*: O ensaio de dureza Brinell em uma derminada
localização da peça pode não representar as
características físicas reais do conjunto inteiro.
Correlação entre dureza Brinell e resistência a tração:
Onde, α: Sendo essa relação válida até
certos valores de dureza
Terminologia e
equações
O valor da dureza Brinell é calculado da seguinte maneira:
Sendo que:
Fkgf: força aplicada no teste
D: diâmetro do indentador (mm)
d: diâmetro medido da indentação (mm)
Figura 1: Princípio do teste
Em caso de repetibilidade dos testes pode-se
utilizar as seguintes equações:
Onde, d1 + d2 + ... + dn são os valores dos
diâmetros medidos das indentações e n o
número de indentações realizadas.
Outra relação de extrema importância é a razão entre a força e
o quadrado do diâmetro, conhecida como constante de carga,
ou grau de carga.
*Utilizada para padronização dos ensaios.
Assim como equações para o valor médio de dureza a partir de
diversos valores obtidos:
E o erro obtido a partir de um valor padronizado e de um valor
obtido :
Equação 1
Equação 2
Equação 3
Equação 4
Equação 5
Etapa 2: O diâmetro da indentação é medido em ao menos
duas direções, sendo que o valor da dureza Brinell é
oriunda da média entre ao menos essas duas medidas.
Princípios do teste e aparatos
O princípio geral do teste consiste em 2 etapas:
Etapa 1: O indentador é colocado em contato com o corpo
de prova, perpendicularmente a sua superfície e a força F
é aplicada, sendo ela mantida por um determinado
período de tempo e ao final removida.
Princípios do teste e aparatos
A máquina de ensaio de dureza Brinell é consistida por um aparato que aplica uma
força pelo indentador sobre a superfície do corpo de prova por um tempo
determinado, sendo que essa carga é pré selecionado e mantida pelo tempo inteiro
do ensaio. Juntamente com a máquina pode vir um mecanismo para aferimento do
diâmetro da indentação formado.
O equipamento deve assegurar que a carga é aplicada
suavemente e sem forças de impacto, sendo que precauções
devem ser tomadas para prevenir uma força elevada
causada pela inércia do sistema.
Deve-se atentar também a condição da bigorna, peça essa
denominada "Anvil" na figura ao lado, sendo que a mesma
deve estar livre de qualquer impureza ou resto de material,
e também deve-se garantir a planicidade de sua superfície,
garantindo assim a perpendicularidade da amostra com o
indentador.
A norma rege que os identadores devem ser de carbeto de
tungstênio de 4 diâmetros permitidos, esses: 1, 2.5, 5 e 10
mm
ApoioApoio
ApoioIndentador
ApoioCarga
ApoioConjunto
Apoio
Apoio
Apoio
Princípios do teste e aparatos
Indentador
Impurezas como óleo, poeira ou outros materiais
estrangeiros não devem estar acumulados no indentador
Risco de afetar os resultados
Os aparelhos de medida do diâmetro da indentação
podem vir acoplados ao durômetro ou serem utilizados
externamente ao equipamento. Esses equipamentos são
classificados de duas maneiras:
Tipo A: Esse tipo envolve microscópios contendo câmeras
com algum tipo de software computadorizado ou um
software de análise de imagens.
Aparelho de
medida
Tipo B: Esse tipo é constituído de um microscópio com
lentes objetivas e oculares, sendo a medida realizada
apenas visualmente.
Aparelho de
medida
Não aconselhado para medidas
com indentadores de 2,5 mm e 1
mm
Tipo A
Tipo B
Apoio
Apoio
Apoio
A combinação de indentadores e forças aplicadas definem as escalas de dureza
Brinell, correspondentes a relação entre a força e o diâmetro ao quadrado, sendo
esses dados na seguinte tabela:
Princípios do teste e aparatos
Escalas de
dureza
Tais relações entre a força e o diâmetro podem ser de 1,
1.25, 2.5, 5, 10 e 30, sendo que os valores de dureza Brinell
devem ser determinados e reportados em acordância com
alguma dessas razões acima.
Escalas de
dureza
Para cálculo do valor da dureza Brinell, como visto antes
deve-se utilizar o valor do diâmetro médio da indentação
encontrado (Equação 2) e a fórmula para dureza Brinell
(Equação 1)
Calculo da
dureza
Os valores de dureza não podem ser designados apenas por um valor sozinho, pois é
necessário indicar qual indentador e força foram utilizados no ensaio.
Tais valores devem ser seguidos de HBW e completados por um índice indicando as
condições do teste seguindo tal ordem:
Diâmetro do indentador/Valor da força aplicada/Tempo de aplicação
Tal como o exemplo a seguir:
Sendo o resultado 600, com um indentador de
diâmetro 1 mm, uma força de 30 kgf e durante um
tempo de 20 segundos.
ApoioExibição do
resultado
Corpo de Prova
A peça em que o teste de dureza Brinell é realizado não possui nenhuma
padronização de forma ou tamanho. Entretanto, ela deve seguir as
seguintes especificações: 
Espessura: Deve ser o suficiente para que nenhuma protuberância
ou marca apareça do lado oposto da peça. A norma recomenda que a
espessura mínima seja de 10 vezes a profundidade da identação.
Largura: Deve estar em conformidade com os requisítos mínimos de
espaçamento entre as indentações. A norma recomenda uma
distância de 2,5 vezes o diâmetro da indentação em relação a borda
da peça e 3 vezes entre as indentações.
Acabamento: Se necessário, a superfície da peça pode ser limada,
esmerilhada, usinada ou receber polimento, para que a borda da
identação seja bem definida e medida com precisão. 
NOTA: O teste Brinell pode usar altas forças de teste. Logo, materiais de
alta dureza podem ter um potencial de quebrar ou estilhaçar sob carga,
resultando em ferimentos graves e danos ao equipamento. 
Nota 1: Recomenda-se um limite inferior no tamanho da indentação
para que não haja dificuldade em realizar sua medida. O limite
superior é recomendado pois quanto mais próximo o tamanho da
indentação com o tamanho do indentador a sensibilidade da medida
é perdida. 
Nota 2: Diferentes valores de dureza Brinell podem ser obtidos
utilizando o mesmo indentador mas com valores de força diferentes.
Portanto, para obter uma escala contínua de valores, é desejável
utilizar o mesmo valor de força para uma mesma classe de
materiais.
Procedimento de Ensaio
O diâmetro da indentação deve estar entre 24 e 60% do diâmetro do
indentador.
O teste de dureza Brinell não é recomendado para materiais com mais de
650 HBW 10/3000. 
Valores de dureza Brinell para testes com diferentes cargas só podem ser
comparados caso a relação força - diâmetro seja mantida. Logo, testes no
mesmo materialcom relações diferentes apresentarão valores de dureza
diferentes. 
Procedimento de Ensaio
Uma verificação diária deve ser realizada na máquina de
teste, de acordo com os anexos contidos na norma, para
que o teste possa ser realizado.
Recomenda-se que a cada alteração de força ou
indentador, a verificação seja novamente realizada para
maior precisão na medida. 
Os teste de dureza Brinell devem ser realizados em
temperatura ambiente em uma faixa de 10 a 35 ºC. A
temperatura do material testado e a temperatura das
condições de teste afetam os valores obtidos. 
 O indentador deve ser colocado em contato com a superfície da amostra
a ser testada de maneira perpendicular, sem nenhum tipo de choque ou
força excessiva. 
A força escolhida para o teste deve ser aplicada durante 1 a 8 segundos.
Manter a força de teste totalmente aplicada por 10 a 15 segundos, com a
seguinte exceção:
 Ao final do tempo de espera, a carga deve ser removida evitando
choques e vibrações. 
Procedimento de indentação
Exceção: para materiais que apresentam elevada deformação
plástica, considerações especiais podem ser necessárias. Como o
tempo de permanência da força aplicada é mais longo do que o
especificado, todas as diferenças devem ser relatadas e registradas
junto aos resultados do teste e ao produto. 
Medição da Indentação
O diâmetro da indentação deve ser medido no mínimo duas
vezes em direções perpendiculares entre sí. A média
aritmética das medidas que deve ser utilizada para os cálculos
da dureza. 
 
Nota: para testes realizados em superfícies planas, a
diferença entre o maior e o menor diâmetro medido não
deve passar de 0,1 mm, a menos que seja uma
especificidade do produto, como em uma estrutura de
grão anisotrópica. 
Para indentações feitas em superfícies curvas, o raio mínimo
da curvatura da superfície deve ser 2,5 vezes o diâmetro do
indentador. Esse tipo de indentação pode ser elíptica ao invés
de circular. A medida da identação deve ser feita atavés da
média dos eixos maior e menor da elipse. 
Conversão para outras escalas de dureza 
ou valores de resistência à tração
Não existe um método geral para converter com 
precisão os números de dureza Brinell para 
outra escala, ou para valores de resistência à 
tração.
Conversões são, aproximações e, portanto, devem ser 
evitadas, exceto em casos especiais em que uma base 
confiável para a conversão aproximada foi obtida por 
testes de comparação.
Exemplo de tabela de conversão 
aproximada de dureza:
Relatório
 O valor de dureza Brinell dos resultados do teste
arredondado para três dígitos significativos,
incluindo todos os dígitos zero, de acordo com a
prática E29 por exemplo, 225 HBW, 100 HBW 10/500,
95,9 HBW ou 9,10 HBW 5/62,5
Um relatório de testes deve incluir :
As condições de teste, quando uma força 
aplicada diferente de 3000kgf (29,42 kN), 
uma esfera de 10 mm de diâmetro e uma 
aplicação de teste de 10s a 15s forem 
utilizadas
Uma declaração de que o dispositivo de medição 
de indentação era do Tipo A, quando tal 
dispositivo é usado. Quando um dispositivo de 
medição de indentação tipo B é usado, nenhuma 
declaração é necessária
A temperatura ambiente do teste, dentro dos 
limites de 10 a 35 C, a menos que tenha sido 
demonstrado que não afeta o resultado da 
medição.
Valor de dureza
Condições de teste
Declaração 
Temperatura 
Precisão 
A precisão deste método de teste é baseada em 
um estudo interlaboratorial do método de teste 
E10 realizado em 2006. Isso substitui um estudo 
anterior que usou penetradores de esferas de 
aço. Cada um dos oito laboratórios testou a 
dureza brinell de materiais metálicos. 
 Três análises foram realizadas em um total de 
sete materiais diferentes de vários níveis de 
dureza. Foram realizados três replicadores de 
cada análise. Os resultados deste estudo são
arquivados em um relatório de pesquisa da 
ASTM
 
Precisão 
Dois resultados de teste devem ser julgados não 
equivalentes se diferirem em mais do que o valor RPB 
para aquele material; RPB é o intervalo que 
representa a diferença entre dois resultados de teste 
para o mesmo material, obtido por
operadores diferentes usando equipamentos 
diferentes em laboratórios diferentes.
Repetibilidade Reprodutibilidade 
Dois resultados de teste obtidos em um laboratório 
serão considerados não equivalentes se diferirem 
por mais que o valor rPB para aquele material; rPB 
é o intervalo representando a diferença crítica 
entre dois resultados de teste para o mesmo 
material, obtido pelo mesmo operador usando o 
mesmo equipamento no mesmo dia no mesmo 
laboratório.
Precisão 
Os resultados do estudo interlaboratorial são
resumidos na Tabela 5
FIM
OBRIGADO PELA ATENÇÃO!