1 Ensaio de Dureza Brinell

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
 CIÊNCIA E SELEÇÃO DOS MATERIAS 
PROFESSOR LUCIANO ANDRADE 
PRÁTICAS EM LABORATÓRIO – CAPÍTULO 1 - ENSAIOS MECÂNICOS 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS 
 A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas 
é muito importante para a escolha do material para uma 
determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do 
componente. 
 
 As propriedades mecânicas definem o comportamento do 
material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão 
relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir 
estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma 
incontrolável. 
 
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ESTADOS COMUNS DE TENSÃO EM ENGENHARIA DUREZA 
e.g., 
10 mm sphere 
apply known force measure size 
of indent after 
removing load 
d D 
Smaller indents 
mean larger 
hardness. 
increasing hardness 
most 
plastics 
brasses 
Al alloys 
easy to machine 
steels file hard 
cutting 
 tools 
nitrided 
steels diamond 
Consiste em uma medida da resistência de um material a uma deformação 
plástica localizada (por uma pequena impressão ou risco). 
 Material com alta dureza é o que oferece maior resistência a deformação 
plástica por compressão. 
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ESTADOS COMUNS DE TENSÃO EM ENGENHARIA DUREZA 
 PROPRIEDADE CARACTERÍSTICA DE UM MATERIAL SÓLIDO QUE 
EXPRESSA SUA RESISTÊNCIA A DEFORMAÇÕES PERMANENTES. 
 Intrinsecamente a dureza é uma condição da superfície do material e não 
representa nenhuma propriedade fundamental da matéria. 
 O ensaio de dureza é, juntamente com o ensaio de tração, um dos mais 
empregados na seleção e controle de qualidade dos metais. 
 Os ensaios de dureza são realizados mais freqüentemente do que qualquer 
outro ensaio mecânico, por diversas razões: 
1. São simples e baratos – corpos de prova sem preparo especiais e 
equipamentos de ensaio relativamente barato 
2. O ensaio é não-destrutivo. 
3. Outras propriedades mecânicas podem, com freqüência, ser estimados a 
partir dos dados de dureza, tal como limite de resistência a tração. 
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ESTADOS COMUNS DE TENSÃO EM ENGENHARIA DUREZA POR RISCO 
 O ensaio de dureza pode ser dividido em três tipos principais, que depende 
da maneira como o ensaio é conduzido: 
1. por penetração; 
2. por choque; 
3. por risco. 
 A dureza medida por risco é raramente utilizada para os metais. Com este 
tipo de medida de dureza, vários minerais e outros materiais são 
relacionados quanto à medida de dureza, de vários minerais e outros 
materiais são relacionados quanto a possibilidade de um riscar o outro. 
 A escala Mohs (1822) foi o primeiro método padronizado de ensaio de 
dureza baseado no processo de riscagem. 
 Deu origem à escala de dureza Mohs, que apresenta dez minérios, 
ordenados numa escala crescente do grau 1 ao 10. 
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ESTADOS COMUNS DE TENSÃO EM ENGENHARIA DUREZA POR RISCO 
 Para os metais, a escala Mohs não é conveniente, porque 
os seus intervalos não são propriamente espaçados para 
eles, principalmente na região de altas dureza, e a maioria 
dos metais fica entre as durezas Mohs 4 e 8, sendo que 
pequenas diferenças de dureza não são precisamente 
acusadas por esse método. 
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ESTADOS COMUNS DE TENSÃO EM ENGENHARIA DUREZA BRINELL 
 A dureza por penetração, proposta por J. A. Brinell em 1900, denominada 
dureza Brinell e simbolizada por HB, é o tipo de dureza mais usado até os 
dias de hoje na Engenharia. 
 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 “P”, 
DURANTE UM TEMPO “t”, PRODUZINDO UMA CALOTA 
ESFÉRICA DE DIÂMETORO (Ø) “d”. 
 É o ensaio usado especificamente para avaliação de dureza de metais não 
ferrosos, ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não 
temperadas. 
 Passou a ser largamente aceito e padronizado, devido à relação existente 
entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistência à tração. 
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 BREVE REVISÃO: Outras propriedades mecânicas podem, com 
freqüência, ser estimados a partir dos dados de dureza, tal como limite de 
resistência a tração. 
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






 
 PfRT
Avaliar a partir da pressão média 
RT
Tensão no limite de resistência 


P
Pressão média 
o 
  
F 
S 
S o = cross sectional 
area (when unloaded) 
F F 
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 BREVE REVISÃO: Uma barra cilíndrica submetida a uma carga (F) 
alonga de Δl no seu comprimento. 
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0
max
max
S
F
RT 
RT
Tensão no limite de resistência 
Deformação ()= lf-lo/lo= l/lo 
o 
  
F 
S 
S o = cross sectional 
area (when unloaded) 
F F 
2
04
0 dS


y 
strain 
Typical response of a metal 
 e
n
g
in
e
e
ri
n
g
 
σRT 
 s
tr
e
s
s
 
 engineering strain 
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 Brinell propôs um método para avaliar a dureza, que consistia na 
impressão de uma superfície metálica com uma esfera de aço de 10 mm de 
diâmetro, empregando-se uma carga de 3000 Kgf. O número de dureza 
Brinell (HBN) foi, então, expresso pela carga P dividida pela área superficial 
da impressão: 
 
 
 
 
 
 
h = profundidade 
(1) P igual a carga (kgf) 
(2) Sendo S a área da calota impressa no material 
D/2 
 
d/2 h 
P 
calotaS
p
P 

C 
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 Observação: 
 
Quilograma-força (kgf) é a força que imprime a um corpode 
massa igual a 1kg uma aceleração de 9,8 m/seg2 
Kg = massa 
Kgf = força 
 
 
 
Newton (N): é a força que imprime a um corpo de massa igual a 
1kg a aceleração de 1m/seg2. 
amF .
2
8,9
seg
mkg
kgf 
2
1
seg
mkg
N 
Assim, 1 kgf = 9,8 N 
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 Da literatura, 
 
 
 
 
 
 
 
C= variável auxiliar. 
 
 
 
Aplicando pitágoras: 
)1(DhcalotaS 
D/2 
 
d/2 h 
P 
C 
)2(
2
D
hC 
)3(22
2
1
4
2
4
22
2
2
2
2
dD
dD
C
D
C
d












Sendo, d = diâmetro da projeção da calota sobre o plano 
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 Substituindo (3) em (2), 
 
 
 
 
 
 
 
Substituindo (4) em (1) 
 
 
 
)2(
2
D
hC 
)3(22
2
1
4
2
4
22
2
2
2
2
dD
dD
C
D
C
d












)4(22
2
122
2
1
2 







 dDDdD
D
h
)5(22
2
1








 dDDDcalotaS 
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 Finalmente para: 
 
 
 
 
Substituindo (5) 
 
 
 
 
 
 
calotaS
p
P 

)6(2/
22
2
mmkgf
dDDD
p
P 












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 Finalmente para: 
 
 
 
 
Substituindo (5) 
 
 
 
 
Dureza é a resistência que o material oferece à penetração de 
uma ponta rígida. 
 
 
 
calotaS
p
P 

nellhardnesBriHBP 

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)2/(
22
2
mmkgf
dDDD
p
P












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 A fim de se obter o mesmo número de dureza Brinell (HBN) com uma carga 
ou um diâmetro da esfera variado é necessário produzir impressões 
geometricamente similares, o que pode ser alcançado desde que se mantenha 
o ângulo 2 (fig. 1) constante. A equação 7 mostra que para se manter o ângulo 
2 e o número de dureza HBN constantes, a carga e o diâmetro da esfera 
devem variar, mantendo-se a razão constante: 
)7(
2
3
3
2
2
2
2
1
1 G
D
P
D
P
D
P

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Condições limitadoras do método Brinell. O USO DE QUALQUER 
CARGA E QUALQUER DIÂMETRO DE ESFERA NÃO PRODUZEM EM UM 
MESMO MATERIAL VALORES IDÊNTICOS DE DUREZA. 
Portanto, deve-se escolher cargas (P) e diâmetros de esferas (D) em que o 
grau de carga (G): 
 
 
 
Assim para aços e ferros fundidos G=30, pois Desf=10mm e P=3.000kg. 
Assim o ensaio esta dentro do ideal quando satisfaz a seguinte condição: 
 
 
 
 
2D
P
G 
DdD 5,025,0 
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Escolha do tipo de esfera (aço ou carboneto de tugstênio), depende da 
faixa de dureza do material. Esfera de aço para durezas menores que 430 
HB. 
 Escolha do diâmetro da esfera e da carga. Depende da faixa de dureza 
do material, dimensões da peça, etc. 
 No entanto quanto maior a esfera, maior é a área abrangida na medida 
de dureza, ou seja, mais representativo é seu valor, que é importante 
principalmente para materiais com microestrutura heterogênea. 
 LIMITE DE ESPESSURA -- e 2d 
 LIMITE DE RAIO DE CURVATURA -- r 5D 
 
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TABELA I - Valores de dureza em função da relação P/D2 
P/D2 
Dureza 
Kgf/mm2 
Materiais Ensaiados 
30 90-415 Aços, ferros fundidos, bronzes especiais 
10 30-140 Latões, ligas de Mg 
5 15-70 
Ligas anti-fricção, cobre, duralumínio, 
zinco e suas ligas 
2,5 Até 30 Chumbo, estanho, antimônio 
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TABELA II - Valores de P/D2 e de diâmetros de esfera 
recomendados no ensaio de dureza Brinell 
Diâmetro da 
Esfera 
D em mm 
P= 30D2 
Kgf 
P= 10D2 
Kgf 
P= 5D2 
Kgf 
P= 2,5D2 
Kgf 
10 3000 1000 500 250 
5 750 250 125 62,5 
2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 
RECOMENDAÇÃO: Sempre que possível utilizar o maior valor para 
a relação P/D2 e a esfera de maior diâmetro 
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 CORRELAÇÃO ENTRE A DUREZA BRINELL E A RESISTÊNCIA À 
TRAÇÃO. 
 
 
 
 ESTA RELAÇÃO NÃO DEVE SER APLICADA PARA DUREZAS MAIORES 
QUE 380 HB (a partir desse valor a dureza aumenta muito mais que a 
resistência). 
HBPRT  
_
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CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
01 – CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7. 
ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2008. ISBN: 
9788521615958. 
02 – SOUZA, Sergio A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo: 
Edgard Blücher Ltda., 1974. 
03 – NOTAS DE AULAS Professor Ubirajara Domingues PUC-MG. 
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