Regiane Galdino dos Santos Ensaios de Dureza EGP3A 2

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FACULDADES OPET 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS 
ENSAIOS DE DUREZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curitiba 
 2016 
 
 
 
REGIANE GALDINO DOS SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS 
ENSAIOS DE DUREZA 
 
 
 
Trabalho de pesquisas sobre dureza, apresentado ao 
curso de Engenharia de Produção como requisito 
parcial para obtenção de nota para aprovação da 
disciplina de Ciência e Tecnologia dos Materiais da 
Faculdades Opet – Campus Avenida Getúlio Vargas. 
 
Professor (a). Orientador (a): Rafael Pires Machado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curitiba 
2016 
 
 
 
 
 
Lista de Figuras 
 
Figura 1- Tipos de ensaio de dureza, destacando as características de penetração. . 8 
Figura 2 - Esboço de um equipamento de rebote utilizado na determinação da 
dureza Shore. ............................................................................................................ 10 
Figura 3-Modelo Durômetros Shore .......................................................................... 10 
Figura 4 - Representação esquemática do ensaio de dureza Brinell. ....................... 12 
Figura 5 - Durômetros para ensaio de dureza Brinell. ............................................... 13 
Figura 6 - Durômetros para ensaios Rockwell........................................................... 14 
Figura 7 - Esquema representativo de aplicação do método Vickers. ....................... 15 
Figura 8 - Durômetro H10 - dureza Vickers ............................................................... 16 
Figura 9 - Esquema de posição de operação ............................................................ 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 5 
1.1. TEMA ............................................................................................................. 5 
1.2. OBJETIVOS ................................................................................................... 5 
1.3. OBJETIVO GERAL........................................................................................ 5 
1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 5 
1.5. JUSTIFICATIVAS .......................................................................................... 6 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................ 6 
3. DESENVOLVIMENTO ...................................................................................... 6 
Dureza por risco – Escala Mohs .............................................................................. 9 
Dureza por Rebote – Dureza de choque ou Ressalto: Shore .................................. 9 
Dureza por Penetração .......................................................................................... 10 
Dureza Brinell ........................................................................................................ 10 
Dureza Rockwell .................................................................................................... 13 
Dureza Vickers ...................................................................................................... 14 
4. CONCLUSÃO ................................................................................................. 17 
5. REFERÊNCIAS ............................................................................................... 17 
6. ANEXOS ......................................................................................................... 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
O trabalho aqui apresentado tem como objetivo apresentar o resultado da 
pesquisa realizada sobre ensaios de dureza, neste trabalho apresentarei métodos 
de ensaios contendo exemplos de materiais, figuras de durômetros. 
Conforme determinação do docente deverá conter os seguintes tópicos: 
� Dureza ao risco; 
� Dureza a ressalto; 
� Dureza a penetração; 
Ao fim da pesquisa deverá ser anexado ao menos 2 artigos técnicos que 
utilizem a técnica, deverá conter também ao menos três literaturas como referência. 
Com o intuito de melhor entendimento ao tema, segue abordagem do assunto 
descrito a seguir. 
1.1. TEMA 
Dureza - Propriedade de um material que permite a ele resistir à deformação 
plástica (permanente), usualmente por penetração. O termo dureza também pode 
ser associado à resistência à flexão, risco, abrasão ou corte. 
1.2. OBJETIVOS 
Apresentar trabalho dissertativo sobre ensaios de dureza, que através deste 
ensaio avalia superficialmente o material. 
1.3. OBJETIVO GERAL 
Identificar os ensaios de dureza não destrutivos, observando a resistência de 
um material a penetração ou a deformação permanente na sua superfície, ensaios 
utilizados na engenharia e na indústria de fácil execução e baixo custo para um 
controle de qualidade efetivo verificando as condições de fabricação, analisando 
tratamentos térmicos e uniformidade dos materiais. 
1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
Analisar e definir o conceito de dureza que determinados materiais 
apresentam, as vantagens e desvantagens nos ensaios de dureza e demais análises 
referentes ao tema. 
6 
 
1.5. JUSTIFICATIVAS 
O valor e a importância da dureza não podem ser super estimados como 
uma propriedade do material. A informação obtida de um ensaio de dureza 
pode ser utilizada para fornecer informações sobre o desempenho de 
materiais críticos e uma compreensão sobre a durabilidade, a resistência, a 
flexibilidade e as capacidades de uma variedade de tipos de componentes, 
desde a matéria-prima até amostras preparadas e produto final. Os ensaios 
de dureza são utilizados por um grande número de indústrias e é 
particularmente significante na produção de materiais estruturais, 
aeroespaciais, automotivos, no controle de qualidade, na análise de falhas, 
entre outros setores. 
 Revista Industrial Heating Brasil 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
O ensaio de dureza consiste na impressão de uma pequena marca feita na 
superfície da peça pela aplicação de pressão com uma ponta de penetração. A 
medida da dureza do material ou da dureza superficial é dada como função das 
características da marca de impressão e da carga aplicada em cada tipo de ensaio 
de dureza. Esse ensaio é amplamente utilizado na indústria de componentes 
mecânicos, tratamentos superficiais de vidros e laminados devido a vantagem de 
fornecer dados quantitativos de resistência a deformação permanente das peças 
produzidas. É utilizado como um ensaio para as especificações da entrada de 
matéria prima e durante as etapas de fabricação de componentes. 
Observa-se que os resultados fornecidos pela medida de dureza devem variar 
em função de tratamentos sofridos pela peça (refusão a laser, tratamentos 
termoquímicos, tratamentos térmicos). 
3. DESENVOLVIMENTO 
A dureza é uma propriedade mecânica cujo conceito que se segue a 
resistência que um material, quando pressionado por outro material ou por 
marcadores padronizados, apresenta o risco ou a formação de uma marca 
permanente. Os métodos mais aplicados em engenharia utilizam-se de penetradores 
com formato padronizados e que são pressionados na superfície do material sob 
condições especificas de pré carga e carga,causando inicialmente uma deformação 
elástica e em seguida deformação plástica. A área da marca superficial formada ou 
a sua profundidade são medidas e correlacionadas com um valor numérico que 
7 
 
representa a dureza do material. Esta correlação é baseada na tensão de que o 
penetrador necessita para vencer a resistência da superfície do material. 
A dureza de um material depende diretamente das forças de ligação entre 
átomos, íons e moléculas, assim como na resistência mecânica. Nos sólidos 
moleculares, como os plásticos, as forças atuantes entre as moléculas (Van der 
Waals) são baixas, e eles relativamente são macios. Os sólidos metálicos e iônicos 
devido à natureza mais intensa das forças de ligação, são mais duros, enquanto os 
sólidos de ligação covalente são os materiais conhecidos de maior dureza. A dureza 
dos metais pode também ser aumentada por tratamentos especiais, como adição de 
soluto, trabalho a frio, endurecimento por precipitação ou tratamentos térmicos 
específicos. Há uma ligação bastante próxima entre o limite de escoamento dos 
metais e a sua dureza. 
 
8 
 
 
 
 
Figura 1- Tipos de ensaio de dureza, destacando as características de penetração. 
 
9 
 
Dureza por risco – Escala Mohs 
Esse tipo de ensaio é pouco utilizado nos materiais metálicos, encontrado 
maior aplicabilidade no campo na mineralogia. Vários materiais podem ser 
relacionados com outros materiais na sua capacidade de riscar uns aos outros. 
Entre os ensaios por risco, a dureza Mohs é a mais conhecida, e consiste em uma 
escala de 10 minerais padrões organizados de tal forma que o mais duro (diamante 
– dureza ao risco 10) risca todos os outros. O mineral localizado imediatamente 
abaixo (safira – dureza ao risco 9) risca os que seguem, e assim sucessivamente, 
até o mais macio da escala, que é o talco (silicato de magnésio - dureza ao risco 1). 
Na escala Mohs, a maioria dos metais localiza-se entre os pontos 4 e 8, mas 
essa escala não permite uma definição adequada da dureza dos metais. 
Outro método de dureza por risco que pode ser mencionado é a microdureza 
Bierbaum, que consiste na aplicação de uma força de 3gf (grama-força), por um 
diamante padronizado, com formato igual a um canto de cubo com ângulo de 35º, 
sobre uma superfície previamente preparada por polimento e ataque químico. 
Por meio de microscópio mede-se a largura do risco - �	(�	�) e o valor de 
numérico da dureza de Bierbaum (K) será: 
� = 	
10�
��
 
Dureza por Rebote – Dureza de choque ou Ressalto: Shore 
É um ensaio dinâmico cuja impressão na superfície do material é causada 
pela queda livre do embolo com uma ponta padronizada de diamante. Nos ensaios 
de dureza dinâmica o valor da dureza é proporcional a energia de deformação 
consumida para formar a marca no corpo de prova e representada pela altura 
alcançada no rebote do êmbolo. Nessas condições, um material dúctil ira consumir 
mais energia de deformação do corpo de prova e o embolo alcançará uma altura 
menor no retorno indicando, consequentemente uma dureza mais baixa. Desses 
métodos destaca-se a dureza Shore, que utiliza uma barra de aço de peso de 2,5 N, 
com uma ponta arredondada de diamante colocada dentro de um tubo de vidro, com 
uma escala graduada de 0 a 140mm. Essa barra é liberada de uma altura padrão de 
256 mm, e a altura do rebote, após o choque com a superfície do material, é 
considerada a dureza do material. A leitura do valor na escala bulbo de vidro é 
realizada no instante de inversão do movimento ascendente do embolo. O 
10 
 
equipamento de dureza Shore é leve e portátil, sendo adequado a determinação de 
durezas de peças grandes como por exemplo, cilindro de laminador, trens de pouso 
de avião e ensaios em campo. Como a marca superficial deixada pelo ensaio é 
pequena, ele é também indicado no levantamento da dureza das peças acabadas. 
Outra vantagem oferecida por esse ensaio é a oportunidade de realização também 
em condições adversas, como altas temperaturas. 
Entre as precauções que devem ser tomadas para a realização do ensaio é 
importante que a superfície do material esteja limpa e lisa e que o tubo de queda 
esteja na posição vertical e perpendicular a superfície. Esse ensaio é também 
indicado pra peças de aço temperado, aços cementados e outros materiais de alta 
dureza. 
 
Figura 3-Modelo Durômetros Shore 
 
 
 
Dureza por Penetração 
Dureza Brinell 
Este ensaio foi inicialmente proposto por J.A. Brinell em 1900, e foi o primeiro 
ensaio de penetração padronizado e reconhecido industrialmente. 
O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de 
aço temperado ou de carboneto de tungstênio na superfície do material ensaiado, 
Figura 2 - Esboço de um equipamento de rebote utilizado na 
determinação da dureza Shore. 
11 
 
gerando uma calota esférica. A dureza Brinell é quociente da carga aplicada pela 
área da calota esférica dada por: 
����� = 	
�
�
 
Onde: dureza é expressa em termos de (Pa) 
P: é a carga de impressão (N) 
S: é área da calota esférica impressa (mm²) 
A dureza Brinell é representada pelas letras HB. Esta representação vem do 
inglês Hardness Brinell, que quer dizer 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 unidade kgf/mm², que deveria ser sempre colocada após o valor de 
HB, é omitida, uma vez que a dureza Brinell não é um conceito físico satisfatório, 
pois a força aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota. 
O número de dureza Brinell deve ser seguido pelo símbolo HB, sem qualquer 
sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicação da carga durante 
15 segundos. Em outras condições, o símbolo HB recebe um sufixo formado por 
números que indicam as condições específicas do teste, na seguinte ordem: 
diâmetro da esfera, carga e tempo de aplicação da carga. 
Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 
10 mm de diâmetro e uma carga de 1.000 kgf aplicada por 30 segundos é 
representado da seguinte forma: 
85HB 10/1000/30 
12 
 
 
Figura 4 - Representação esquemática do ensaio de dureza Brinell. 
Informações adicionais sobre o ensaio de dureza Brinell: 
� A norma brasileira para a realização deste ensaio é a NBR: 6394 (ABNT), e a 
norma internacional de maior utilização é a ASTM E10-93. 
� Devido ao tamanho da impressão formada o ensaio pode ser considerado 
destrutivo. 
� O penetrador deve ser polido e isento de defeitos em sua superfície, e o 
corpo de prova deve estar isento de substancias como óxidos, carepas, 
sujeiras e óleos e o mais importante a superfície deve ser plana, normal ao 
eixo de aplicação da carga e bem apoiada ao suporte, evitando 
deslocamentos durante o ensaio. 
� Como a impressão formada abrange uma área maior que a formada por 
outros ensaios de dureza, o ensaio Brinell é o único indicado para materiais 
com estrutura interna não uniforme, como por exemplo, ferro fundido 
cinzento. Por outro lado, o grande tamanho da impressão pode impedir o uso 
desse teste em peças pequenas. 
� O ensaio de dureza Brinell não é adequado para caracterizar pecas que 
tenham sofrido tratamentos superficiais. 
13 
 
 
Figura 5 - Durômetros para ensaio de dureza Brinell. 
 
Dureza Rockwell 
 
Recebeu esse nome pelo fato de sua proposta ter sido feita pela indústria 
Rockwell, nos Estados Unidos por volta de 1922. É o método mais utilizado 
internacionalmente. Este método apresenta algumas vantagens em relação ao 
ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais 
moles até os mais duros. Entretanto, também tem limitações, o que indica que está 
longe de ser a solução técnica ideal. 
Neste método, a carga do ensaioé aplicada em etapas, ou seja, primeiro se 
aplica uma pré carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material 
ensaiado, e depois se aplica a carga do ensaio propriamente dita. 
A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina 
de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza 
do material. 
14 
 
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). 
 
 
Figura 6 - Durômetros para ensaios Rockwell 
 
 
 
Dureza Vickers 
É um método semelhante ao ensaio de dureza Brinell, já que também 
relaciona a carga a carga aplicada com a área superficial com a carga a área 
superficial da impressão, este método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro 
da esfera do penetrador Brinell o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além 
porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de 
dureza, incluindo desde os materiais mais duros até os mais moles. 
15 
 
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. 
A dureza Vickers é representada pelo valor de dureza, seguido do símbolo HV 
e de um número que indica o valor da carga aplicada. 
Exemplificando: A representação 440 HV 30 indica que o valor da dureza 
Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf. 
 
Figura 7 - Esquema representativo de aplicação do método Vickers. 
16 
 
 
Figura 8 - Durômetro H10 - dureza Vickers 
 
Figura 9 - Esquema de posição de operação 
 
17 
 
4. CONCLUSÃO 
Considerando os dados analisados e baseados na metodologia usualmente utilizada 
pela bibliografia do tema dureza é possível concluir: 
• O método de medição utilizado nos materiais pode ser determinante para se 
obter satisfação nos resultados até então esperados 
• Os tipos de análise em determinados ensaios permitem uma melhor 
interpretação das propriedades mecânicas dos materiais – exemplos: 
deformação plástica, deformação elástica e módulo de elasticidade. 
• É possível otimizar custos dependendo do aparato experimental utilizado 
• Os métodos de automatização de medição de dureza comportam-se como 
uma ferramenta de fundamental importância para minimizar a fonte de erro 
causada pelo operador em ensaios de dureza tradicionais 
 
5. REFERÊNCIAS 
Garcia, Amauri; Spim, Alves Jaime; Santos, Carlos Alexandre dos,. Ed. LTC –
Livros técnicos e científicos, Capítulo 4 – Ensaio de Dureza, pág 65 a 89. 
Souza, Sérgio Augusto de, 1936 – Ensaios Mecânicos de materiais metálicos. 
Fundamentos teóricos e práticos, 5ª ed. São Paulo, Edgard Blucher, 1982 – Capítulo 
4 – Ensaio de Dureza pág. 102 a 137. 
http://www.revistaih.com.br/artigo-tecnico/as-melhores-praticas-para-os-
ensaios-de-dureza-rockwell/2636 (acesso em 13/04/16) 
http://paginas.fe.up.pt/~jcouti/8-05%20dureza.pdf (acesso em 14/04/16) 
 
6. ANEXOS 
Tubo & CIA – Artigo, Caderno Técnico: Dureza