Relatório 2 - Dureza (UFF - VR)

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
PÓLO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA 
ESCOLA DE ENGENHARIA INDUSTRIAL METALÚRGICA DE VOLTA REDONDA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA 
ENSAIOS MECÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório 2 – Dureza Vickers e Rockwell A 
Grupo 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ana Clara dos Reis Damasceno 
Clara Carvalho de Abreu 
Gustavo Fonseca Borel 
Lucas Washington dos Santos Nascimento 
Paulo Roberto M. Junior 
Rafael Jayme Franceschine 
 
 
 
 
Professor Rodrigo Pinto de Siqueira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Abril de 2019 
2 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 3 
2. MATERIAIS .............................................................................................................................. 4 
3. METODOLOGIA ...................................................................................................................... 6 
3.1. Rockwell A .......................................................................................................................... 6 
3.2. Vickers .................................................................................................................................. 7 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................ 8 
5. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 12 
6. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 13 
7. ANEXO A - Tabela de conversão de durezas aproximadas para alguns tipos de 
aços ................................................................................................................................................. 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A perseguição da humanidade por evolução promoveu a busca por materiais que 
atendessem à demanda de novas aplicações. Junto a isso, surgiu também a necessidade 
de se determinar as propriedades desses materiais, afim de estabelecer as limitações de 
sua utilização. Deste modo, os ensaios mecânicos foram criados para suprir essa 
exigência. O presente trabalho tratará, dentre estes, do ensaio de dureza, que é realizado 
com o intuito de medir a resistência à penetração ou à deformação plástica de um material. 
 A primeira escala de dureza, foi criada pelo mineralogista alemão Friedrich Vilar 
Mohs, que indicava a dureza relativa dos materiais. Essa escala, porém, servia como um 
mero comparativo entre materiais. 
 Tornou-se, então, necessário fazer uma medição absoluta de dureza, que não 
requeresse um outro material de referência. Atendendo a essa questão, Johan August 
Brinell criou um método que calcularia e mediria a dureza dos materiais de forma 
independente, que utilizava a escala Brinell. Esta escala serviu como base para outros 
modelos de medição que surgiram posteriormente. 
 
 
4 
 
2. MATERIAIS 
 
Dentre os materiais utilizados, podemos citar: 
• Durômetro para ensaio de dureza Vickers - Shuro; 
• Durômetro para ensaio de dureza Rockwell - Panambra; 
• 1 corpo de prova de aço SAE 1020; 
• 1 corpo de prova de aço Inox AISI 304. 
 
 
 
Figura 1 - Visor da máquina de ensaio de dureza Vickers 
 
 
Figura 2 - Máquina de ensaio de dureza Vickers 
 
 
 
5 
 
 
Figura 3 - Mesa da máquina de ensaio de dureza Rockwell A 
 
 
Figura 4 - Máquina de ensaio de dureza Rockwell A 
 
 
Figura 5 - Corpos de prova de aço Inox AISI 304 e aço SAE 1020 
 
6 
 
3. METODOLOGIA 
 
Para os dois corpos de provas apresentados, realizou-se a medição de suas durezas, 
aplicando os requisitos das normas ABNT para ensaios de dureza tipo Vickers e Rockwell 
A. No total foram feitas 9 medições no ensaio tipo Rockwell e 5 medições no ensaio Vickers. 
A descrição de cada método será feita abaixo. 
 
3.1. Rockwell A 
 
Para o método Rockwell A, utilizou-se uma ponta tipo cone padronizada, assim como 
aplicou-se uma pré-tensão de 3 Kgf, visando minimizar a recuperação elástica (Garcia, et 
al, 2012), que interfere na avaliação dos resultados. Como carga principal, utilizou-se 60 
Kgf, com um intervalo entre a aplicação e a leitura dos resultados de 20 s, além de uma 
distância de três vezes o diâmetro do cone de uma impressão à outra, como estabelecido 
em norma (ABNT 6508-1, 2008). O grande diferencial do ensaio tipo Rockwell é a facilidade 
em seu manuseio, possibilitando uma leitura direta, em HRA, pelo visor analógico, visto na 
Figura 6. No mesmo, observemos que há duas escalas, sendo uma referente à aplicação 
da pré-tensão e outra à leitura da dureza. 
 
 
Figura 6 - Visor Rockwell A 
 
 
 
7 
 
3.2. Vickers 
 
O método Vickers empregado consiste na utilização de um ponta de diamante tipo 
pirâmide de base quadrada, sendo a carga aplicada nesse ensaio de 60 Kgf. Para esse 
modelo de ensaio de dureza não há aplicação de pré-tensão pois a mesma é minimizada 
através do formato da ponta (Garcia et al, 2012). Nesse tipo de ensaio é preciso calcular a 
dureza através da literatura, ou seja, o maquinário não fornece a dureza medida de maneira 
direta, sendo necessária a coleta das informações geométricas da penetração para sua 
determinação. 
Após a impressão, realiza-se a medição das diagonais do losango impresso, utilizando 
as próprias ferramentas disponíveis na máquina, através das três escalas em seu visor, 
que nos fornecem uma precisão de 0,001 mm. Esses dados obtidos são utilizados na 
Equação 1, com intuído de obter a dureza Vickers em HV. 
 
𝐻𝑉 =
𝐹
𝐴
=
2.𝐹.sin 68°
𝑑2
≈ 1,8544 
𝐹
𝑑2
 (1) 
 
Sendo: HV = valor de dureza Vickers; F = carga aplicada (Kgf); d = média aritmética 
das duas diagonais (mm). 
 
 
 
8 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Após realizar as medições, foi feito o tratamento das medidas, calculando-se a média 
e o desvio padrão de todos os dados obtidos experimentalmente. 
 A fórmula para o desvio padrão utilizada é dada pela Equação 2. Trata-se do desvio 
padrão populacional, em virtude da utilização completa dos dados para o cálculo. 
 
𝜎 = √
∑(𝑥𝑖− 𝜇)2
𝑁
 (2) 
 
Sendo: σ = desvio padrão; xi = dado da série; μ = média aritmética da série; N = 
tamanho da população. 
Os dados obtidos através do ensaio de dureza Rockwell A, para ambos os corpos de 
prova utilizados no experimento, juntamente com os cálculos de média e desvio padrão, 
estão dispostos na Tabela 1. 
Tabela 1 - Dados obtidos no ensaio de dureza Rockwell A 
 
 
A partir dos dados adquiridos através do ensaio Rockwell A, utilizou-se a Tabela de 
conversão de durezas aproximadas para alguns tipos de aços (ANEXO A), para a 
conversão e obtenção dos valores de dureza na escala Rockwell C. 
Medida Dureza (HRA)
1ª 75,5
2ª 76,0
3ª 75,0
4ª 74,0
5ª 74,0
6ª 71,0
7ª 73,0
8ª 73,0
9ª 75,0
Média 74,1
Desvio Padrão 1,5
Aço Inox 304
Medida Dureza (HRA)
1ª 83,0
2ª 82,0
3ª 82,0
4ª 77,0
5ª 80,0
6ª 78,0
7ª 83,0
8ª 82,0
9ª 81,0
Média 80,9
Desvio Padrão 2,0
Aço 1020
9 
 
 Vale ressaltar que nem todas as medidas na escala de dureza Rockwell A 
apresentam um valor exato correspondente na escala C. Nesse caso, foi feita uma 
interpolação linear para encontrar um valor corresponde na conversão. Para realizar essa 
interpolação foi utilizada a Equação 3. 
 
𝑃(𝑥) = 𝑦𝑜 +
𝑦1−𝑦𝑜𝑥1−𝑥𝑜
(𝑥 − 𝑥𝑜) (3) 
 
Sendo: P(x) = polinômio interpolador; (xo,yo) e (x1,y1) pares ordenados, com xo ≠ x1. 
A partir disso, os dados obtidos para a escala de dureza Rockwell C, estão dispostos 
na Tabela 2. 
Tabela 2 - Dados obtidos pela realização do ensaio Rockwell C 
 
 
No ensaio de dureza Vickers, para o cálculo da dureza, utilizou-se a Equação 1, já 
apresentada. 
Após o cálculo, os resultados obtidos na escala de dureza Vickers foram organizados 
nas Tabelas 3 e 4. 
Medida Dureza (HRC)
1ª 49,4
2ª 50,3
3ª 48,6
4ª 46,8
5ª 46,8
6ª 41,2
7ª 44,8
8ª 44,8
9ª 48,6
Média 46,8
Desvio Padrão 2,7
Aço Inox 304
Medida Dureza (HRC)
1ª 63,3
2ª 61,4
3ª 61,4
4ª 52,3
5ª 57,8
6ª 54,0
7ª 63,3
8ª 61,4
9ª 59,6
Média 59,4
Desvio Padrão 3,7
Aço 1020
10 
 
Tabela 3 - Dados obtidos através da realização do ensaio Vickers para o Aço Inox AISI 304 
 
 
Tabela 4 - Dados obtidos através da realização do ensaio Vickers para o Aço SAE 1020 
 
 
Com base nas tabelas apresentadas acima, nota-se que há uma diferença considerável 
entre os valores de dureza para o aço Inox AISI 304 e o aço SAE 1020. 
Tendo em vista que a dureza é uma propriedade mecânica que indica resistência do 
material que apresenta um risco ou a formação de marca permanente, quando pressionado 
por outro material ou marcadores padronizados. A mesma depende diretamente da 
configuração atômica, composição química, assim como da resistência mecânica do 
material. 
Na Tabela 5, a seguir, são apresentadas as composições químicas dos materiais de 
ambos os corpos de prova. O aço Inox AISI 304 apresenta um teor de carbono de 
aproximadamente 0,08 %, o que evita formação excessiva de carbonetos de cromo que 
provocam sensitização, corrosão integranular dos aços. 
Em comparação, o aço Inox AISI 304 possui uma concentração de carbono mais baixa 
em relação ao aço SAE 1020. 
Medida Diagonal H (mm) Diagonal V (mm) Diagonal média (mm) Dureza (HV)
1ª 0,673 0,681 0,677 161,84
2ª 0,681 0,678 0,680 160,65
3ª 0,670 0,679 0,675 163,04
4ª 0,685 0,676 0,681 160,18
5ª 0,688 0,687 0,688 156,93
Média 0,679 0,680 0,680 160,53
Desvio Padrão 0,007 0,004 0,004 2,05
Aço Inox 304
Medida Diagonal H (mm) Diagonal V (mm) Diagonal média (mm) Dureza (HV)
1ª 0,523 0,537 0,530 264,07
2ª 0,515 0,525 0,520 274,32
3ª 0,504 0,511 0,508 288,00
4ª 0,515 0,525 0,520 274,32
5ª 0,523 0,537 0,530 264,07
Média 0,516 0,527 0,522 272,95
Desvio Padrão 0,007 0,010 0,008 8,81
Aço 1020
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Tabela 5 - Comparação da concentração de alguns elementos de liga presentes na composição química dos materiais 
 
 
O carbono, como elemento de liga, atua como agente endurecedor, ou seja, garante 
ao material um ganho de resistência mecânica e de dureza. Portanto, ao apresentar um 
maior teor de carbono em sua composição, é garantido ao aço SAE 1020, uma maior 
dureza. 
 
 
Material Carbono Manganês Fósforo
Aço 1020 0,17-0,23 0,30-0,60 0,04 máx
Aço Inox 304 0,08 máx 0,2 máx 0,045 máx
Composição Quimica
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5. CONCLUSÃO 
 
Através do experimento e dos resultados, observamos que o ensaio de dureza é um 
ensaio rápido, podendo ser ou não destrutivo, permitindo avaliar propriedades mecânicas 
de um material de forma prática. Se tratando dos ensaios realizados, por serem não 
destrutivos, os mesmos podem ser feitos em máquinas já fabricadas ou em materiais que 
serão usinados sem inviabilizar o seu uso. Em contrapartida, não permite avaliar algumas 
propriedades que só são possíveis através de outros ensaios, como o de tração. 
 
 
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6. BIBLIOGRAFIA 
 
1. ABNT NBR NM ISO 6508-1:2008 
 
2. ABNT NBR NM ISO 6507-1:2008 
 
3. Disponível em: <https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-
ler.php?codConteudo=205>. Acesso em: 12 de abril, 2019 
 
4. Disponível em: <https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-
ler.php?codConteudo=243>. Acesso em: 12 de abril, 2019 
 
5. Disponível em: <http://www.favorit.com.br/produtos/acos-Inoxidaveis/aco-aisi-
304-aisi-304-l>. Acesso em: 12 de abril, 2019 
 
6. GARCIA, A.; SPIM, J.; SANTOS, C. Ensaios dos Materiais: 2. Ed. Rio de 
Janeiro: Editora LTC, 2013. 
 
7. PALÁCIO, Felipe de Oliveira. Efeito do Tratamento Térmico no Grau de 
Sensitização do Aço Inoxidável Austenítico AISI 304, avaliado por método de 
reativação eletroquímica potenciodinâmica na versão ciclo duplo (DL-EPR). 
2008. 43f. Projeto de Graduação – Universidade Federal do Espírito Santo, 
Vitória, 2008. 
 
 
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7. ANEXO A - Tabela de conversão de durezas aproximadas para alguns tipos de 
aços 
 
 
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J.; SANTOS, C. Ensaios dos Materiais: 2. Ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2013.