Relatório Prática Dureza Brinell

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RESUMO 
 
Esta prática consiste no ensaio da dureza por penetração, denominada dureza 
Brinell. Foram utilizados para teste pequenas chapas de aço comum, ligas de cobre (latão 
e bronze) e liga de alumínio. O experimento consistiu em marcar os metais de teste durante 
30 segundos, e analisar as marcações obtidas. Identificou- se que o material mais resistente 
a tração é o aço. 
As normas seguidas foram NBR NM 187-1 e NBR 6443. 
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SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 5 
1.1 MÉTODO BRINELL ..................................................................................................... 6 
2. MÉTODOS EXPERIMENTAIS ...................................................................................... 8 
2.1. DISPOSITIVOS E MATERIAIS ............................................................................... 8 
2.2. PROCEDIMENTOS ................................................................................................ 9 
2.3. OBSERVAÇÕES .................................................................................................... 9 
3. RESULTADOS............................................................................................................ 11 
4. ANÁLISE DE RESULTADO ....................................................................................... 12 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 13 
6. QUESTIONÁRIO ......................................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Intrinsecamente a dureza é uma condição da superfície do material e não representa 
nenhuma propriedade fundamental da matéria. 
Dois procedimentos são convencionalmente usados na sua avaliação: resistência à 
penetração de uma ponta rígida, com geometria pré-definida e sob condições de 
carregamento padronizadas; resistência ao risco que envolve um processo de corte de um 
metal pelo outro e, consequentemente, está relacionada à plasticidade de camadas 
superficiais muito finas. 
A resistência à penetração está relacionada à tensão média de escoamento do 
material numa faixa estreita de deformação. Os métodos empregados na medição da 
dureza se distinguem basicamente pela forma do penetrador empregado e pelas condições 
de aplicação da carga. A escolha do método depende, dentre outros fatores, da natureza e 
dimensões da amostra e da espessura da camada a ser analisada. De acordo com a 
velocidade de aplicação da carga os procedimentos de medição se classificam em estáticos 
e dinâmicos, sendo que os métodos mais usuais empregam a penetração estática. 
Além disso, defeitos superficiais (trincas, poros, óxidos, carepa, entre outros) podem 
interferir no resultado, assim certos cuidados de validade do ensaio devem ser observados 
para os diferentes métodos de medição de dureza e a camada superficial observada deve 
ser representativa das condições do restante do material. 
O ensaio de dureza é largamente utilizado na especificação e comparação de 
materiais. Intrinsecamente, é uma característica referente à superfície do metal, entretanto, 
para materiais homogêneos, é tomada como uma propriedade global e representativa 
deste. 
Em geral, para os metais, a dureza implica em uma resistência à deformação 
plástica. A definição de dureza como a resistência que o material oferece ao risco é utilizada 
pelos mineralogistas como mais uma ferramenta na identificação dos diversos minerais. 
Utiliza-se um método que emprega uma escala denominada Mohs, que representa dez 
minérios, ordenados numa escala crescente do grau 1 ao 10. Essa escala não é muito 
adequada para avaliação da dureza de metais, porque os intervalos não são 
suficientemente espaçados na faixa de durezas mais altas e sendo que a maioria das ligas 
metálicas se encaixam nesta faixa. 
Para a avaliação da dureza de materiais metálicos alguns métodos são mais utilizados 
dentre eles: Método Brinell, Vickers, Rockwell, Meyer, Knoop, Shore, e outros. 
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1.1 Método Brinell 
 
Por volta de 1900, J. A. 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 expresso 
por: 
(1) BHN = P / S (Kgf/mm2) 
P = carga; 
S= área superficial da impressão. 
Sendo S a área da calota impressa no material: 
(2) S = πDh 
D = diâmetro da esfera; 
h = profundidade. 
Após determinação de uma relação entre o diâmetro da esfera do penetrador (D) e 
o diâmetro da projeção da impressão no plano (d), têm-se: 
(3) 
))((
2
22 dDDD
P
BHN
−−
=

 (Kgf/mm2) 
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 constante (figura 1). A 
equação 4 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: 
(4) 
2
3
3
2
2
2
2
1
1
D
P
D
P
D
P
==
 
Alguns inconvenientes são encontrados neste método para avaliação da dureza de 
metais ou ligas metálicas, como a impossibilidade de se avaliar a dureza de aços muito 
duros (temperados, por exemplo), uma vez que este é o material da esfera do penetrador 
o que provocaria uma deformação desta e, portanto, a obtenção de resultados errôneos. 
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Por outro lado, o tamanho da impressão torna o método inconveniente para 
pequenos objetos ou partes de peças que poderão ser criticamente tensionadas, o tornaria 
a impressão mais um concentrador de tensões. 
Figura 1: Parâmetros básicos num teste Brinell. 
Brinell desenvolveu uma relação entre a dureza Brinell (HB) e o limite de 
resistência a tração (RT) do material: 
(5) 
HBRT = 36,0
(Kgf/mm 2) 
Observação: 0,36 = α. Esta relação não deve ser aplicada para durezas maiores que 380 
HB (a partir desse valor a dureza aumenta muito mais que a resistência). 
 
Tabela 1: Valores experimentais de α para alguns materiais. [Adaptado de 
Callister,1994.] 
Material α 
Aço-carbono 0,360 
Aço-carbono tratado termicamente 0,340 
Aços-liga tratados termicamente 0,330 
Latão encruado 0,345 
Cobre recozido 0,530 
Alumínio e suas ligas 0,400 
 
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: 
(6) G = P / D2 
Para aços e ferros fundidos G = 30, pois D = 10 mm e P = 3000 Kg/f. O ensaio está 
dentro do ideal quando satisfaz a condição: 
0,25D ≤ d ≤ 0,5D 
D = diâmetro da esfera; 
d = diâmetro da marca da esfera. 
D/2 
 d/2 h 
P 
 8 
 
2. MÉTODOS EXPERIMENTAIS 
 
Tabela 2: Parâmetros de aplicação do método de dureza Brinell. 
Diâmetro D Diâmetro d da Cargas (Kgf) 
(mm) impressão (mm) P = 30D2 P = 10D2 P = 5D2 P = 2D2 
10 
5 
2,5 
1 
2,0 - 6,0 
1,0 - 3,0 
0,5 - 1,5 
0,2 - 0,6 
3000 
750 
187,5 
30 
1000 
250 
62,5 
10 
500 
125 
31,25 
5 
200 
50 
12,5 
2 
Tempo de aplicação da carga 
(s) 
10 - 30 30 30 - 60 60 
Condições de emprego 
recomendadas 
 
Aços, 
ferros 
fundidos, 
bronzes 
especiais 
Latões, 
ligasde Mg 
(HB31 - 
130) 
Cobre, 
duralumínio, 
zinco e suas 
ligas 
Estanho, 
chumbo 
 
 
2.1. DISPOSITIVOS E MATERIAIS 
 
Durômetro 3: 
- Fabricante: Heckert 
- Modelo: HPO-250 
- N° Identificação: 29507 
- Ensaio: Brinell e Vickers 
- Força de ensaio Brinell: até 250kgf 
- Leitura: Sistema óptico 
- Resolução: 0,001 mm 
 
Acessórios: 
- 01 disco de aço; 
- 01 disco de latão; 
- 01 disco de bronze; 
- 01 disco de alumínio; 
- 01 cronômetro. 
 
 
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2.2. PROCEDIMENTOS 
 
O procedimento de medição de dureza dos discos de diferentes tipos de materiais 
segue um mesmo método de ensaio. Primeiramente, atenta-se que o processo só poderá 
seguir após aferir a altura exata, onde a base com o determinado disco deve estar a uma 
distância em relação a lupa do durômetro. A altura exata será obtida quando se puder ver 
a imagem ampliada 70 vezes da rugosidade da superfície da peça. Verifica-se também a 
carga para cada material que o equipamento deve operar. 
Com o cronômetro, após liberar a carga e a alavanca levantar e parar, mede-se o 
tempo de ensaio, o qual foi considerado 30 segundos para todas as medições das 
diferentes peças. Depois de abaixar a alavanca, observa-se na impressão a formação da 
imagem mais nítida de uma calota, a qual a medida do diâmetro é obtida olhando as duas 
escalas, que devem estar zeradas de início. 
A medição do diâmetro é feita colocando um traço da escala maior como inicial da 
medida em uma extremidade da calota. Depois conta-se quantos traços da escala se 
encontram dentro da imagem da calota até o traço que limita a outra extremidade e 
multiplica-se por 0,1mm para obter o diâmetro. 
Caso não se observe dois traços marcando exatamente as extremidades da calota, 
após se marcar um traço inicial, contar-se quantos estão na faixa até a outra extremidade 
e multiplicar por 0,1 mm, deve-se mexer no micrômetro que opera a outra escala até que 
um traço esteja marcando a extremidade. Depois verifica-se em cima de qual marca da 
escala menor está, conta-se, multiplica-se por 0,01mm e soma-se ao outro valor. Assim 
obtendo o valor do diâmetro da calota. 
Realizou-se para cada peça de 3 a 5 medições, por seguinte foi realizado um cálculo 
de média com os resultados obtidos e plotados na Tabela 3. 
 
2.3. OBSERVAÇÕES 
 
• A peça ensaiada deve ter uma espessura mínima de duas vezes o diâmetro da 
impressão obtida no ensaio; 
• A distância mínima entre centros de impressões deve ser de no mínimo cinco vezes 
e meia o seu diâmetro; 
• A superfície deve ser plana, polida e limpa; 
• Cuidado ao abaixar a alavanca e mover a peça; 
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• A faixa de medida da marca é de 0,5 – 1,5, de acordo com a Tabela 2; 
• O diâmetro da esfera deve ser 1,5 vezes o diâmetro da marca. 
• O tempo de aplicação da carga segundo a Tabela 2. 
 
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3. RESULTADOS 
 
Tabela 3: Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais. 
Material 
Condições Resultados 
Grau de 
Carga 
Diâmetro da 
esfera (mm) 
Carga 
(Kgf) 
Diâmetro da 
impressão 
Dureza Média 
 
RT = 0,36HB 
(Kgf/mm2) 
 
 1,35 121 α = 0,36 
 1,355 120 
Aço 30 2,5 187,5 1,33 125 123,6 44,5 
 1,34 123 
 1,32 127 
 0,91 92,8 α = 0,345 
 0,94 86,8 
Latão 10 2,5 62,5 0,91 92,8 90,8 31,326 
 0,71 92,8 α = 0,52 
 0,75 86,8 
Bronze 5 2,5 31,25 0,73 73,0 73,13 38,03 
 0,70 79,6 α = 0,4 
 0,71 77,3 
 Alumínio 2 2,5 31,25 0,70 79,6 78,83 31,53 
 
Observação: 
Grau de carga, diâmetro da esfera, e carga de acordo com a Tabela 2. 
 
 
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4. ANÁLISE DE RESULTADO 
 
A Tabela 3 faz um comparativo entre a dureza dos quatro materiais ensaiados nesta 
prática, sendo eles: aço, latão, bronze e alumínio. 
Como pode ser observado, os valores de dureza sofrem oscilações ocasionadas por 
pequenas variações na composição química dos corpos de prova e das condições físicas 
de medição como, por exemplo, a carga (kgf) exercida no corpo de prova. 
Observou-se que o material mais resistente a tração é o aço, de 44,50 kgf/mm2. 
Do exposto fica evidente a faixa de variação da deformação em função da 
composição química das amostras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. 1 NBR 6394 - Jul/1981 - Determinação da Dureza Brinell de Materiais Metálicos 
2. NBR 6443 - Bloco Padrão para Ensaio de Brinell 
3. CALLISTER, William D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 7. ed. 
Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2008. ISBN: 9788521615958. 
4. SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard 
Blucher, 1974. 
5. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials. 
6. Normas da ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas. 
7. Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961. 
8. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de 
Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. QUESTIONÁRIO 
 
1) Qual a dureza que mais interessa: 
a) Ao mineralogista? 
A escala de dureza Mohs. 
 
b) Ao engenheiro mecânico? 
A dureza pertinente a deformação plástica, ensaiada pelos métodos de Brinell, 
Vickers e Rockwell. 
 
2) Ao se ensaiar um aço pelo método Brinell empregou-se uma carga de 750Kgf e 
obteve-se um diâmetro de impressão igual a 2,00 mm. Pergunta-se: 
a) Qual o diâmetro da esfera do penetrador utilizado? 
𝑃 = 𝐺 𝑥 𝐷2 ∴ 𝐷 = √
𝑃
𝐺
= √
750
30
= 5𝑚𝑚 
b) O ensaio pode ser considerado válido? 
Para um ensaio ser considerado válido deve satisfaz a seguinte condição: 
0,25D ≤ d ≤ 0,5D 
Assim, 0,25 x (5) < 2 < 0,5 x (5) = 1,25 < 2 < 2,50 
 
Através dos resultados obtidos, podemos considerar o ensaio como válido. 
 
c) Qual o valor da dureza HB? 
𝐻𝐵 =
2𝑥𝑃
𝜋𝑥𝐷 (𝐷 − √𝐷2 − 𝑑²)
=
2𝑥750
𝜋𝑥5(5 − √52 − 22)
= 228,77
𝑘𝑔𝑓
𝑚𝑚²
 
d) Qual a resistência mecânica deste aço? 
 
RT = 0,36x HB = 0,36 x 228,77 = 82,36 kg/mm² 
 
e) Se a carga empregada fosse de 3000 kgf, qual deveria ser o diâmetro da esfera do 
penetrador a ser utilizada? 
𝐷 = √
𝑃
𝐺
= √
3000
30
= 10𝑚𝑚