Ensaio de Dureza Mohs, Rebote e Brinell

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Ensaios Mecânicos
Ensaio de Dureza
10/08/2016
Ensaio de Dureza
O que é dureza?
É a resistência à deformação permanente (metalurgista);
Resistência à penetração (eng. de materiais, mecânico);
Resistência ao risco (mineralogista);
Resistência ao desgaste (projetista);
Resistência ao corte (técnico em usinagem).
É uma propriedade mecânica relacionada à resistência que um material, quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados, apresenta ao risco ou à formação de uma marca permanente.
Ensaio de Dureza
Do que depende a dureza?
das forças de ligação entre os átomos, íons ou moléculas;
Plásticos  Ligações de Van der Waals  Baixas interações  Macios.
Metais  Ligações Metálicas  Altas interações  Duros.
Cerâmicas  Ligações Iônicas e Covalentes  Interações Muito Altas  Muito Duros
Ligações de Van der Waals – ocorre pela atração entre dipolos elétricos que existem nos átomos e moléculas.
Ligações Metálicas - encontrada nos metais e suas ligas.
Ligações iônicas – transferência de elétrons.
Ligações covalentes – compartilhamento de elétrons.
do estado do material
Adição de solutos;
processo de fabricação – trabalho a frio;
tratamentos térmicos.
Ensaio de Dureza
Consiste na impressão de uma pequena marca feita na superfície da peça pela aplicação de pressão com uma ponta de penetração.
- Utilização de penetradores padronizados.
- Aplicação de pré-carrega e carga.
- Deformação elástica, seguida de deformação plástica.
- Forma e profundidade da marca representam a dureza numérica.
Ensaio de Dureza
Tipos de ensaios de dureza
 Dureza por Risco;
 Dureza por Rebote;
Dureza Shore;
Dureza Escleroscópica;
 Dureza por Penetração;
Dureza Brinell  (HB);
Dureza Rockwell  HRA, HRB, HRC;
Dureza Vickers  HV;
Microdureza  HV;
Knoop  HK.
Ensaio de Dureza
Dureza por Risco
 Muito aplicada no campo da mineralogia.
 Mede a capacidade de um material riscar o outro.
 Dureza Mohs é a mais conhecida: escala de 1 a 10.
diamante = 10.
silicato de magnésio = 1.
Ensaio de Dureza
Dureza por Rebote (dinâmico)
Queda livre de um embolo com ponta padronizada.
Relação entre dureza e energia dissipada. Representada pela altura alcançada no re-bote do embolo.
Métodos mais conhecido: dureza Shore ou Escleroscópica (P = 2,5 N, hg = 256 mm)
 Equipamento leve e portátil.
 A marca deixada é pequena.
Ensaio de Dureza
Dureza por Rebote (dinâmico)
Ensaio de Dureza
Dureza por Rebote
Determinação de durezas:
Cilindros de laminador;
Trens de pouso de aviões;
Ensaios em campo;
Em peças acabadas;
Em condições adversas (altas temperaturas).
Correlação entre a dureza Shore e o limite de resistência à tração em aços-carbono.
Ensaio de Dureza
Dureza Shore
Proposto por Albert F. Shore em 1907.
Determinação de durezas (mais usuais):
Artigos de borracha;
Plásticos macios;
Produtos muito suaves (espuma)
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração (estático)
Dureza Brinell  (HB)
Dureza Rockwell (A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S, V )  HRA, HRB, HRC...
Dureza Vickers  HV
Microdureza  HV
Knoop  HK
Ensaio de Dureza
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB) (estático)
Proposto por J. A. Brinell em 1900.
Esfera de aço ou carboneto de tungstênio.
HB = P/S
P – carga aplicada (N).
S – área da calota esférica impressa (mm2).
 
					HB = P / π . D . p 
				 p – profundidade da calota
Unidade: carga/área  HB.
HBs – quando se utiliza esferas de aço.
HBw – quando se utiliza esferas de carboneto de tungstênio.
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Tabela que fornece os valores de dureza Brinell em função do diâmetro de impressão (d).
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB) (estático)
Tempo de aplicação da carga – 10 a 15 seg.
Esferas mais utilizadas – Φ10mm.
Materiais c/ dureza até 450 HB  cargas de 29,42 kN (3000kgf).
Materiais com dureza menor (mais moles)  cargas de 14,70 kN (1500 kgf) ou 4,9 kN (500 kgf)
Materiais c/ dureza entre 450 e 650 HB  esferas de carboneto de 
 tungstênio.
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
O USO DE QUALQUER CARGA E QUALQUER DIÂMETRO DE ESFERA NÃO PRODUZEM NUM MESMO MATERIAL VALORES IDÊNTICOS DE DUREZA.
Portanto, deve-se escolher cargas (P) e diâmetros de esferas (D) em que:
Chama-se Fator de Carga
P/D2= constante (K)
0,3.D < d < 0,6.D
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Valores de dureza em função da relação P/D2
P/D2
(Kgf/mm2)
Dureza
(HB)
Materiais Ensaiados
30
90-415
Aços e ferros fundidos
10
30-140
Cobre, alumínio e suas ligas mais duras
5
15-70
Ligas anti-fricção, cobre, alumínio e suas ligas mais moles
2,5
Até 30
Chumbo, estanho, antimônio e metais patentes
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Dureza Brinell  (HB)
Valores de P/D2 e de diâmetros de esfera recomendados no ensaio de dureza Brinell
Diâmetro da Esfera
(D em mm)
P/D2= 30
(P emKgf)
P/D2= 10
(P emKgf)
P/D2= 5
(P emKgf)
P/D2= 2,5
(P emKgf)
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
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Valores de distâncias entre as medições de dureza
Deve-se observar, entre duas impressões as distâncias entre as mesmas e a espessura mínima da peça a ser ensaiada.
Quanto maior o diâmetro da calota impressa menos duro ou mais duro é o material?
Ensaio de dureza
Dureza de 180HB  Relação P/D2 – 30
Para:
D = 10mm e 
fator de carga = 30  carga do ensaio = 3000kgf
Cálculo da profundidade da impressão da calota (p):
HB = F / π . D . p  p = F / π . D . HB
p = 3000 / 3,1416 . 10 . 180  p = 0,53 mm.
Tem-se que espessura E ≥ 10 . p 
4,0 ≥ 10 . 0,53  4,0 ≥ 5,3 (falso)
Logo, as chapas não podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm.
Cálculo da profundidade da impressão da calota (p):
HB = F / π . D . p 
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
A escolha do diâmetro da esfera e da carga depende de:
da faixa de dureza do material;
dimensões da peça.
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 micro-estrutura heterogênea.
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
O diâmetro da impressão formado deve ser medido por meio de microscópio ou lupa graduada e por duas leituras, uma a 90o da outra.
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Resultado dureza Brinell: 85HB 10/1000/30
Informações adicionais:
Norma internacional ASTM E10-93.
Norma brasileira ABNT-NBR-6394.
Ensaio destrutivo.
O penetrador e o corpo de prova devem estar polidos e alinhados per-pendicularmente.
Indicado para peças de estrutura não uniforme (fofo cinzento).
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Informações adicionais:
Para metais com grande capacidade de encruamento, pode ocorrer amassamento das bordas  d’ < dr
Para metais com pequena capacidade de encruamento, pode ocorrer ade-rência do metal à esfera  d’ > dr
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Informações adicionais:
Correlação entre a dureza Brinell e o limite de resistência à tração
 =  . HB
Onde: 
 - limite de resistência à
 tração (MPa).
 - constante experimental.
Esta relação não deve ser aplicada para durezas maiores que 380 HB. A partir desse valor a dureza aumenta muito mais que a resistência.
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Informações adicionais:
Correlação entre a dureza Brinell e o limite de resistência à tração: até 380 HB
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)
Limitação do método Brinell:
Não pode ser utilizado para peças muito finas. Por que?
E ≥ 17.profundidadeNão é aplicável à materiais muito duros, como aço temperado, metal duro e outros de dureza elevada. Por que?
A dureza é idêntica ou superior à das esferas penetradoras.
Ensaio de Dureza
Dureza Brinell  (HB)