7-Ensaio_de_dureza

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Ensaio de dureza 
 
No 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 metalurgia, considera-se dureza como a resistência à deformação 
plástica permanente. Isso porque uma grande parte da metalurgia consiste em 
deformar plasticamente os metais. 
· 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. 
· 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, e 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. 
É importante destacar que, apesar das diversas definições, um material com grande 
resistência à deformação plástica permanente também terá alta resistência ao desgaste, 
alta resistência ao corte e será difícil de ser riscado, ou seja, será duro em qualquer 
uma dessas situações. 
 
Dureza Brinell 
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 F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro 
d . 
A carga aplicada varia entre 500 e 3000 kgf e, durante o teste, a carga é mantida 
constante por um período entre 10 e 30 segundos. 
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). Em 
linguagem matemática: 
 
c
F
HB
A

 
 
A área da calota esférica é dada pela fórmula: Ac=
Dp
 onde p é a profundidade da 
calota. Substituindo Ac pela fórmula para cálculo da área da calota, temos: 
F
HB
Dp

 
Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade (p), que é um valor muito 
pequeno, utiliza-se uma relação matemática entre a profundidade (p) e o diâmetro da 
calota (d) para chegar à fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB, 
representada a seguir: 
 2 2
2F
HB
D D D d

 
 
Uma das grandes desvantagens do ensaio Brinell é o tamanho do penetrador, que muitas 
vezes causa danos consideráveis à peça analisada. Para garantir um bom resultado, a 
medição do diâmetro da impressão deve ser feita em pelo menos duas direções. Além 
disso, é necessário manter a relação 
2
F
D
constante para obter resultados adequados. 
A dimensão da dureza Brinell é MPa e a uma das normas que a rege é 
a ASTM E10 (Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials). 
 
 
 
Vantagens e limitações do ensaio Brinell 
O ensaio Brinell é usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, 
ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas. 
Têmpera é um dos processos utilizados no tratamento térmico de metais para aumentar 
a dureza e consequente resistência dos mesmos. O processo da têmpera consiste em 
duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido ou brusco. O aquecimento visa obter a 
organização dos cristais do metal. 
É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham estrutura 
interna uniforme. É feito em equipamento de fácil operação. Por outro lado, o uso deste 
ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de aço temperado só é 
possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera. 
A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão não é o 
mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto é 
mais sensível quanto mais duro for o metal. 
O ensaio não deve ser realizado em superfícies cilíndricas com raio de curvatura menor 
que 5 vezes o diâmetro da esfera utilizada, porque haveria escoamento lateral do 
material e a dureza medida seria menor que a real. 
 
 
Em alguns materiais podem ocorrer deformações no contorno da impressão, 
ocasionando erros de leitura. As figuras a seguir mostram uma superfície com 
impressão normal e duas impressões com deformação. A figura “a” representa a 
impressão normal; na figura “b” observa-se que houve aderência do material à esfera 
durante a aplicação da carga; e na figura “c”, as bordas estão abauladas, dificultando a 
leitura do diâmetro. 
 
Em certas situações em que é necessário avaliar a dureza de um material ou produto, 
outros tipos de ensaio podem ser mais aconselháveis, como: 
Dureza Rockwell: o método Rockwell é um método de medição direta da dureza, 
sendo um dos mais utilizados em indústrias. Este é um dos métodos mais simples e que 
não requer habilidades especiais do operador. Além disso, várias escalas diferentes 
podem ser utilizadas através de possíveis combinações de diferentes penetradores e 
cargas, o que permite o uso deste ensaio em praticamente todas as ligas metálicas, assim 
como em muitos polímeros. 
Os penetradores incluem esferas fabricadas em aço de elevada dureza, com diâmetros 
de 1/16, 1/8, 1/4 e 1/2 polegada, assim como cones de diamante, utilizados nos 
materiais de elevada dureza. 
Neste sistema, a dureza é obtida através da diferença entre a profundidade de penetração 
resultante da aplicação de uma pequena carga, seguida por outra de maior intensidade. 
A carga inicial aplicada é 10 kgf, seguida por uma carga de 60, 100 ou 150 kgf, 
conforme a escala utilizada. 
 
Quando especificar Rockwell, o índice de dureza e o símbolo da escala devem ser 
indicados. A escala é designada pelo símbolo HR seguido pela identificação apropriada 
da escala. Por exemplo, 80 HRB representa uma dureza Rockwell de 80 na escala B. 
Para cada escala, os valores de dureza podem chegar até 130. No entanto, é adequado 
utilizar outra escala Rockwell caso os valores obtidos sejam inferiores a 20 ou 
superiores a 100. 
Imprecisões podem ocorrer caso a amostra possua pequena espessura, se a impressão 
ocorrer próxima de um canto da amostra ou próxima de outra impressão. Assim, a 
espessura do corpo ensaiado deve ser pelo menos dez vezes superior a profundidade da 
impressão. Além disso, a impressão deve ser feita a uma distância equivalente a três 
diâmetros do penetrador de outras impressões e cantos da amostra e, a superfície em 
questão deve possui uma boa planicidade. 
Os equipamentos modernos para obtenção da dureza Rockwell são automatizados e 
muito simples de usar. A dureza é fornecida diretamente pelo equipamento e cada 
medição requer apenas alguns segundos. 
Normas que regem estes ensaios são a ASTM E18 (Standard methods for Rockwell 
hardness and Rockwell superficial hardness of metallic materials) e a ISO 6508-1 
(Metallic materials - Rockwell hardness test - Part 1: Test method (scales A, B, C, D, E, 
F, G, H, K, N, T)). 
Dureza Rockwell superficial: é uma maneira de obter diretamente a dureza da 
superfície, através da diferença entre a profundidade de penetração resultante da 
aplicação de uma pequena carga, seguida por outra de maior intensidade.Para estes ensaios, é aplicada uma pré-carga de 3 kgf e as cargas principais são 15, 30 
ou 45 kgf. Estas escalas são identificadas por um 15, 30 ou 45 (dependendo da carga), 
seguido por N, T, W, X ou Y, de acordo com o penetrador. 
 
Quando especificar Rockwell e Rockwell Superficial, o índice de dureza e o símbolo da 
escala devem ser indicados. Por exemplo, 60 HR30W representa uma dureza Rockwell 
Superficial de 60 na escala 30W. 
Dureza Vickers: Coube a Smith e Sandland, em 1925, o mérito de desenvolver um 
método de ensaio que ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers. Este método 
leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera do penetrador Brinell e 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. 
Neste método, é usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º que é 
comprimida, com uma força arbitrária "F", contra a superfície do material. Calcula-se a 
área "A" da superfície impressa pela medição das suas diagonais. 
A dureza Vickers HV é dada por: 
 
O método é baseado no princípio de que as impressões provocadas pelo penetrador 
possuem similaridade geométrica, independentemente da carga aplicada. Assim, cargas 
de diversas magnitudes são aplicadas na superfície plana da amostra, dependendo da 
dureza a ser medida. O Número Vickers (HV) é então determinado pela razão entre a 
carga (kgf) e a área superficial da impressão (mm2). 
Este método foi desenvolvido no início da década de 1920 como uma alternativa 
ao Brinell. Uma das grandes vantagens é que os cálculos da dureza não dependem das 
dimensões do penetrador. 
O mesmo penetrador pode ser usado nos ensaios de diversos materiais, 
independentemente da dureza. Além disso, esta é uma das escalas mais amplas entre as 
usadas para medição de dureza e pode ser utilizada para todos os metais, com uma 
grande precisão de medida. 
A grande vantagem deste método é a pequena impressão deixada, sendo que este 
procedimento é utilizado em ensaios de micro e nano-dureza, na qual é possível 
analisar cerâmicas e finíssimas camadas de revestimento. As desvantagens são a 
necessidade de preparar a amostra previamente e o uso de um microscópio adequado. 
Este ensaio é normatizado pela ASTM E92 (Standard Test Method for Vickers 
Hardness of Metallic Materials). 
A conversão das escalas de dureza nem sempre é precisa e recomendada, tendo em vista 
a sua não linearidade: 
 
 
Dureza Mohs: a Escala de Mohs quantifica a dureza dos minerais, isto é, a resistência 
que um determinado mineral oferece ao risco, ou seja, à retirada de partículas da sua 
superfície. O diamante risca o vidro, portanto, é mais duro que o vidro. Esta escala foi 
criada em 1812 pelo mineralogista alemão Friedrich Mohs com 10 minerais de 
diferentes durezas existentes na crosta terrestre. Atribuiu valores de 1 a 10. O valor de 
dureza 1 foi dado ao material menos duro da escala, que é o talco, e o valor 10 dado 
ao diamante que é a substância mais dura conhecida na natureza. Esta escala não 
corresponde à dureza absoluta de um material. Por exemplo, o diamante tem dureza 
absoluta 1.500 vezes superior à do talco. Entre 1 e 9, a dureza aumenta de modo mais ou 
menos uniforme, mas de 9 para 10 há uma diferenças muito acentuada, pois o diamante 
é muito mais duro que o coríndon (ou seja, que o rubi e a safira). 
 
 
 
 
 
Conversão de Dureza 
 
Tabela de conversão de dureza de aço contém factores de conversão para Rockwell, 
Vickers e Brinell. Como um guia que mostra a comparação de conversão teórica de 
toneladas de tração em Newtons / mm ² e MPa a dureza do aço. 
 
 
N / mm ² / MPa Brinell HB 
Toneladas por 
sq in 
Vickers Rockwell C 
. . . 902 65 
. . . 836 63 
. . . 778 61 
2033 601 132 715 59 
1956 578 127 671 57 
1879 555 122 633 56 
1802 534 117 599 54 
1725 514 112 572 52 
1663 495 108 547 50 
1617 477 105 523 49 
1535 461 101 501 48 
1509 444 98 479 47 
1463 429 95 459 45 
1417 415 92 441 44 
1355 401 88 424 42 
1309 388 85 409 41 
1263 375 82 395 40 
1232 363 80 382 39 
1186 353 77 369 37 
1155 341 75 356 36 
1224 331 73 344 34 
1093 321 71 332 33 
1047 311 68 321 32 
1016 302 66 310 31 
986 293 64 299 30 
970 285 63 290 29 
939 277 61 282 27 
909 269 59 274 26 
893 262 58 267 25 
862 255 56 260 24 
847 248 55 253 22 
816 241 53 246 21 
785 235 51 240 20 
770 229 50 234 99 
755 223 49 228 98 
739 217 48 222 97 
693 212 46 217 97 
678 207 45 212 96 
662 201 44 206 95 
647 197 43 202 94 
631 192 42 197 93 
616 187 41 192 92 
601 183 40 188 91 
585 179 39 184 90 
585 174 38 179 89 
570 170 38 175 87 
560 167 37 172 86 
554 163 36 168 85 
554 159 36 164 84 
539 156 35 161 83 
524 152 35 157 82 
508 149 34 154 81 
508 145 33 151 80 
493 143 33 148 79 
493 140 32 145 78 
477 137 32 142 78 
462 134 31 139 77 
462 131 30 136 75 
447 128 30 133 73 
447 126 29 131 72 
431 123 28 128 70 
431 121 28 126 69 
416 118 27 123 67 
416 116 27 121 66 
400 114 26 119 64 
385 111 25 116 63