dureza 2

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Ensaios e Conformação 
Mecânica
ENSAIO DE DUREZA
Professora: Rafaela Azevedo
Engenheira Mecânica
Ensaio de Dureza
Introdução:
A dureza de um material é um conceito relativamente complexo
de definir, originando diversas interpretações.
Num bom dicionário, você encontra que dureza é qualidade ou
estado de duro, rijeza.. Duro, por sua vez, é definido como difícil
de penetrar ou de riscar, consistente, sólido.
Essas definições não caracterizam o que é dureza para todas as
situações, pois ela assume um significado diferente conforme o
contexto em que é empregada:
- Na área da mecânica, é a resistência à penetração de um
material duro no outro, pois esta é uma característica que pode
ser facilmente medida.
Ensaio de Dureza
Introdução:
- Para um projetista, é uma base de medida, que serve para conhecer
a resistência mecânica e o efeito do tratamento térmico ou mecânico
em um metal. Além disso, permite avaliar a resistência do material ao
desgaste.
- Para um técnico em usinagem, é a resistência ao corte do metal,
pois este profissional atua com corte de metais, é a maior ou menor
dificuldade de usinar um metal é caracterizada como maior ou menor
dureza.
- Para um mineralogista é a resistência ao risco que um material pode
produzir em outro. E esse é um dos critérios usados para classificar
minerais.
Ou seja, a dureza não é uma propriedade absoluta. Só tem sentido
falar em dureza quando se comparam materiais, isto é, só existe um
material duro se houver outro mole.
Ensaio de Dureza
Introdução:
As vantagens de realizar um ensaio de dureza é:
- Fácil execução;
- Baixo custo de equipamentos;
Os objetivos de realizar um ensaio de dureza é:
- Controle de qualidade;
- Verificação dos tratamentos térmicos;
Ensaio de Dureza
Tipos de Ensaios de Dureza:
O ensaio pode ser dividido em dois tipos, que dependem da
maneira com que o ensaio é conduzido:
 Por risco:
- Mohs;
 Por penetração:
- Brinell;
- Rockwell;
- Vickers;
Ensaio de Dureza
Dureza Mohs:
O primeiro método padronizado de ensaio de dureza foi
baseado no processo de riscagem de minerais padrões,
desenvolvido por Mohs, em 1822.
Este método deu origem a escala de dureza Mohs, que
apresenta dez minérios, ordenados numa escala crescente do
grau 1 ao 10, de acordo com sua capacidade de riscar ou ser
riscado.
Raramente é utilizado para metais. Este tipo de medida de
dureza é de grande utilidade na área de mineralogia e
geologia, mas apresenta pouco interesse na área de materiais
e metalurgia.
Ensaio de Dureza
Dureza Mohs:
Na escala Mohs, o talco é riscado por todos os materiais,
sendo o mais macio, ou menos duro.
O Diamante risca todos os materiais, sendo o mais duro.
Ensaio de Dureza
Dureza Mohs:
Originalmente a avaliação de dureza de um material estava
associada a sua resistência ao risco ou corte. Como exemplo
pode-se tomar um material B que risca o material C mas não
risca o material A. alternativamente, o material A risca o
material B levemente e risca fortemente o material C.
O material localizado imediatamente abaixo (safira-dureza ao
risco 9) risca os que se seguem, e assim sucessivamente, até
o mais macio da escala, que é o talco (silicato de magnésio-
dureza ao risco 1).
Ensaio de Dureza
Desvantagens - Dureza Mohs:
A maioria dos metais apresenta durezas Mohs entre 4 e 8, e
pequenas diferenças de dureza não são acusadas por este
método.
Por exemplo, um aço dúctil corresponde a uma dureza de 6
Mohs, a mesma dureza Mohs de um aço temperado.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza
Brinell:
A dureza por penetração, proposta por Brinell, é
utilizada desde 1900.
A dureza Brinell é representada pelas letras HB.
Esta representação vem do inglês Hardness
Brinell, que quer dizer dureza Brinell.
O ensaio de dureza Brinell consiste em
comprimir lentamente uma esfera de diâmetro D,
sobre uma superfície plana, polida e limpa de um
metal através de uma carga (força), F, durante
um tempo, t.
Essa compressão provocará uma impressão permanente no
metal , que ficará com o formato de uma calota esférica, tendo
um diâmetro, d, o qual é medido por meio de um micrometro
óptico, depois de removido a carga.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Devido à dificuldade técnica de obter a medição da
profundidade (p), que é um valor muito pequeno, a fórmula
abaixo, muitas vezes não é empregada.
Onde:
HB = Dureza
F = Força
D = Diâmetro da esfera
p = Profundidade
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração –
Dureza Brinell:
Para garantir um bom resultado, a medição
do diâmetro da impressão “d” deve ser feita
em pelo menos duas direções. O valor de d
deve ser tomado como a média de duas
leituras feitas a 90º uma da outra.
Onde “F” é o valor da carga aplicada (em
kgf), “D” é o diâmetro do penetrador e “d” é
o diâmetro da impressão resultante, ambos
em milímetros, conforme a expressão:
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
O ensaio padronizado,
proposto por Brinell, é
realizado com carga de
3.000 kgf e esfera de 10
mm de diâmetro, de aço
temperado.
A tabela ao lado substitui
a aplicação da fórmula
vista no slide anterior.
Os valores indicados entre
parênteses são somente
referenciais, pois estão além
da faixa normal do ensaio
Brinell.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no
qual se usou uma esfera de 2,5 mm de diâmetro e aplicou-se
uma carga de 187,5 kgf.
As medidas dos diâmetros de impressão foram de 1 mm. Qual
a dureza do material ensaiado?
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Usando cargas e esferas diferentes, é possível chegar ao mesmo valor de dureza.
Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com
a faixa de dureza e o tipo de material. O quadro a seguir mostra os principais
fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações.
O quadro a seguir mostra os diâmetros de esfera mais usados e os valores de
carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido.
Fator de carga Dureza Material
30 90 a 415 HB Aço, ferro fundido, níquel e ligas, cobalto e ligas.
10 30 a 140 HB Ligas de cobre (latão) e ligas muito duras de alumínio.
5 15 a 70 HB Cobre e ligas muito mole de alumínio, zinco. 
2,5 até 30 HB Chumbo, estanho, berílio, lítio.
Fator de carga
30
Fator de carga
10
Fator de carga
5
Fator de carga
2,5
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
kgf
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Os penetradores são de esferas de aço ou de carboneto de
tungstênio com diferentes diâmetros.
O diâmetro da esfera é determinado em função da espessura do
corpo de prova ensaiado. A espessura mínima é indicada em
normas técnicas de método de ensaio. No caso da norma brasileira,
a espessura mínima do material ensaiado deve ser 17 vezes a
profundidade da calota.
Espessura do material ensaiado (no mínimo) = 17.p
Principais valores de 
diâmetros de esferas
1 mm
2 mm
2,5 mm
5 mm
10 mm
Ensaio de Dureza
Exercício:
Uma empresa comprou um lote de chapas de aço com a
seguinte especificação:
- Espessura da chapa: 4 mm
- Dureza Brinell (HB): 180
Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de dureza
Brinell para confirmar se estão de acordo com as
especificações.
Nosso problema consiste em saber se essas chapas podem
ser ensaiadas com a esfera de 10 mm.
Ensaio de DurezaDureza por Penetração – Dureza Brinell:
Representação da dureza Brinell:
XXX HBS D / Q / t ou XXX HBW D / Q / t
 XXX: valor da dureza Brinell da amostra;
 HBS: para ensaio com uma esfera de aço;
 HBW: para ensaio com esfera de tungstênio;
 D: diâmetro da esfera em milímetro (Não coloca a unidade);
 Q: carga de compressão da esfera em kgf (Não coloca a unidade);
 t: tempo de aplicação da carga em segundo (Não coloca a unidade);
EXEMPLO: 400 HBS 5 / 500 / 30
Tempo de: ???
Diâmetro: ???
Dureza Brinell: ???
Carga de: ???
Qual o tipo da Esfera: ???
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Vantagens:
 O baixo custo do equipamento para medida de dureza
Brinell.
 É usado especialmente para avaliação de dureza de metais
não ferrosos, ferro fundido e aço e de peças não
temperadas;
 É feito em equipamento de fácil operação.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração –
Dureza Brinell:
Limitações:
Não pode ser utilizado para peças
muito finas e não aplicável a materiais
muito duros, como aço duro temperado,
metal duro e outros de dureza idêntica
ou superior a das esferas penetradoras.
O ensaio não deve ser realizado em
superfícies cilíndricas, porque haveria
escoamento lateral do material e a
dureza medida seria menor que a real.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Brinell:
Foto com ensaio: 96,5 HB 10/1000/10:
Ensaio com:
Dureza 96,5 HB
Esfera de Ø10mm
Carga de 1000 kgf
Tempo de 10s
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração –
Dureza Vickers:
É um método semelhante ao ensaio de
dureza Brinell, já que também
relaciona a carga aplicada a área
superficial da impressão.
O penetrador padronizado é uma
pirâmide de diamante de base
quadrada e com um ângulo de 136º
entre faces opostas.
Devido a forma do penetrador, esse
teste também é conhecido como teste
de dureza de pirâmide de diamante.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
O ensaio é aplicável a todos os metais com quaisquer durezas,
especialmente materiais muito duros, ou corpos de prova muito
finos, pequenos e irregulares, sendo por isso, conhecido como
ensaio universal.
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.
Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas
são: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 e 120 kgf.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
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.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
Para encontrar a dureza Vickers, utilizaremos a seguinte equação:
Onde:
HV = Dureza
F = Carga
d = Média das diagonais.
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.
A representação 440 HV 30 indica que o valor da dureza
Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
Duração do ensaio:
O tempo normal de aplicação da carga varia de 10 a 15
segundos. Quando a duração da aplicação da carga é
diferente, indica-se o tempo de aplicação após a carga.
Por exemplo, na representação: 440 HV 30/20, o último
número indica que a carga foi aplicada por 20 segundos.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
Defeitos de impressão:
Uma impressão perfeita, no ensaio Vickers, deve apresentar os
lados retos.
Entretanto, podem ocorrer defeitos de impressão, devidos ao
afundamento ou à aderência do metal em volta das faces do
penetrador.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
Quando ocorrem esses defeitos, embora as medidas das diagonais
sejam iguais, as áreas de impressão são diferentes.
Como o cálculo do valor de dureza Vickers utiliza a medida da média
de duas diagonais, esses erros afetam o resultado da dureza: teremos
um valor de dureza maior do que o real nos casos de afundamento e
um valor de dureza menor do que o real, nos casos de aderência.
É possível corrigir esses defeitos alterando-se o valor da carga do
ensaio para mais ou para menos, dependendo do material e do tipo de
defeito apresentado.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
Máquina de ensaio:
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Vickers:
Roteiro para o ensaio de dureza Vickers:
Polimento com uma lixa;
Fixação da amostra na máquina de ensaio;
Seleção da carga a ser aplicada;
Seleção do tempo de aplicação.
Acionamento do dispositivo para aplicar a carga;
Medida das diagonais do quadrado impresso;
Cálculo da média das diagonais da impressão;
Ensaio de Dureza
Exercício:
As diagonais medidas num ensaio de dureza Vickers, com
carga de 5 kgf aplicada por 10 segundos, foram: 0,162 mm e
0,164 mm. Represente a dureza desse material.
Ensaio de Dureza
Vantagens:
- O ensaio Vickers fornece uma escala contínua de dureza, medindo
todas as gamas de valores de dureza numa única escala.
- As impressões são extremamente pequenas e, na maioria dos casos,
não inutilizam as peças, mesmo as acabadas.
- O penetrador, por ser de diamante, é praticamente indeformável.
-Este ensaio aplica-se a materiais de qualquer espessura.
Limitações:
A máquina de dureza Vickers requer aferição constante, pois qualquer
erro na velocidade de aplicação da carga traz grandes diferenças nos
valores de dureza.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
É o método mais utilizado internacionalmente. Esse tipo de
ensaio de dureza utiliza-se da profundidade da impressão
causada por um penetrador sob a ação de uma carga aplicada
em dois estágios (pré-carga e carga suplementar) como
indicador da medida de dureza, e não há relação com a área
de impressão, como no caso Brinell.
A dureza Rockwell pode ser classificada como normal ou
superficial, dependendo da pré-carga e carga aplicada.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Neste método, a carga do ensaio é 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 aplica-se a carga
do ensaio propriamente dita.
A leitura da dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à
máquina de ensaio, de acordo com uma escala
predeterminada, adequada à faixa de dureza do material.
Na realização do ensaio, recomenda-se que a espessura do corpo
de prova seja no mínimo 17 vezes a profundidade atingida pelo
penetrador.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração –
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).
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração –
Dureza Rockwell:
O equipamento utilizado para a medição da
dureza Rockwell é o Durômetro.
Existem dois tipos de Durômetro, um
padrão, que é indicado para qualquer
medição, e um superficial, que é indicado
para medições de chapas, laminas e afins.
Eles se diferem apenas pela precisão de
seus componentes.
Na máquina Rockwell normal, cada divisão
da escala equivale a 0,02 mm; na máquina
Rockwell superficial, cada divisão equivale a
0,01 mm.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE DUREZAROCKWELL
Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de
máquinas:
• O equipamento padrão mede a dureza Rockwell normal e é indicada
para avaliação de dureza em geral. Utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf
e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf.
• O equipamento mais preciso mede a dureza Rockwell superficial, e é
indicado para avaliação de dureza em folhas finas ou lâminas, ou
camadas superficiais de materiais. Pré-carga de 3 kgf e a carga maior
pode ser de 15, 30 ou 45 kgf.
• Para comparar dois materiais, precisa ser utilizado a mesma escala de
dureza, ou seja, um material ensaiado numa escala só pode ser
comparado a outro material ensaiado na mesma escala.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Procedimento de ensaio:
o Selecionar o suporte para o corpo de prova;
o Selecionar a carga aplicada;
o Posicionar o corpo de prova (girando a base de onde ele está
apoiado em um local que esteja devidamente limpo);
o Aplicar a uma pré-carga;
o Aplicar a carga maior;
o Aguardar 10 segundos;
o Remover a carga;
o Fazer a leitura da escala;
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Procedimento de ensaio:
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração –
Dureza Rockwell:
• Quando se utiliza o penetrador
cônico de diamante, deve-se fazer
a leitura do resultado na escala
externa do mostrador, de cor preta.
• Ao se usar o penetrador esférico,
faz-se a leitura do resultado na
escala vermelha (escala interna).
• Nos equipamentos com
mostrador digital, uma vez fixada a
escala a ser usada, o valor é dado
diretamente na escala
determinada.
Ensaio de Dureza
Ensaio de Dureza
Ensaio de Dureza
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Representação do resultado do ensaio:
• 64 HRC: Dureza Rockwell de 64 na escala C.
• 50HR15N: Dureza Rockwell superficial de 50 na escala 15 N.
O número obtido no ensaio Rockwell corresponde a um valor
adimensional, que somente possui significado quando
comparado com outros valores da mesma escala.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Cuidados especiais:
Ao se fazer ensaios Rockwell não deve ser considerado o
resultado do primeiro ensaio após a troca do penetrador, em
virtude dele não estar ainda bem assentado no alojamento.
A superfície da amostra deve ser lixada para eliminar alguma
irregularidade que possa ocasionar erros;
A peça e a mesa de apoio devem estar bem limpas, e uma
bem assentada sobre a outra.
O penetrador deve estar perpendicular a peça.
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Profundidade de penetração:
A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio é
importante para definir a espessura mínima do corpo de prova.
De modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve ser 17
vezes a profundidade atingida pelo penetrador.
É possível obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do
valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, utilizando as
fórmulas a seguir:
· Penetrador de diamante : · Penetrador esférico:
HR normal: P = 0,002 x (100 - HR) HR normal: P = 0,002 x (130 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100-HR) HR superficial: P = 0,001 x (100-HR)
Ensaio de Dureza
Exercício:
Quais informações podemos interpretar do resultado a seguir:
60HR15T
Será um ensaio comum ou superficial?
Qual o tipo de penetrador?
Qual o diâmetro do penetrador?
Qual a cor da escala que deverá ser lido no durômetro?
Qual o valor da pré-carga?
Qual o valor da carga maior?
Ensaio de Dureza
Exercício:
Para um corpo de prova com dureza igual a 65 HRC, como
por exemplo aço – carbono temperado, qual a profundidade
de impressão?
Ensaio de Dureza
Exercício:
Qual deve ser a espessura minima de uma chapa que será
submetida ao ensaio de dureza Rockwell para um material
com dureza esperada de 80HRB?
Ensaio de Dureza
Dureza por Penetração – Dureza Rockwell:
Vantagens e Desvantagens:
Vantagem:
Ensaio de dureza Rockwell  avanço em relação ao ensaio
Brinell, já que possibilitou avaliar a dureza de vários metais,
que antes não podiam ser ensaiados quanto à dureza.
Desvantagem:
Suas escalas não têm continuidade. Por isso, materiais que
apresentam dureza no limite de uma escala e no início de outra
não podem ser comparados entre si quanto à dureza;
Ensaio de Dureza
Exercícios:
1 – Ao realizar um ensaio de dureza, foi obtido o seguinte resultado:
350 HBS 1/30/20. O que significa esses valores e qual o tipo de
ensaio de dureza realizado?
2 - Num ensaio de dureza Brinell com esfera de 2,5 mm e aplicação
de uma carga de 62,5 kgf por 30 segundos, o diâmetro da calota
esférica impressa no material foi de 0,95 mm. Qual o valor da dureza
Brinell?
3 - Calcule a espessura mínima que deve ter uma chapa que será
ensaiada pelo método Rockwell, sabendo que a dureza estimada do
material é 45 HRC.
4 – Calcule o valor da dureza de um material que apresentou 0,24 mm
e 0,26 mm de medida de diagonal da impressão, após aplicação de
uma força de 10 kgf. Represente a dureza desse material.