358030606-08-Ensaio-de-dureza-ppt

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Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Curitiba
Departamento Acadêmico de Mecânica
Ensaio de Dureza
Prof. Euclides Alexandre Bernardelli.
ebernardelli@utfpr.edu.br
Permanência: DAMEC
Site: Moodle
Prof. Euclides Alexandre Bernardelli
2
 Dureza
 Significado de Dureza x Contexto:
Metalurgia - Resistência à deformação plástica;
Mecânica - Resistência à penetração;
 Projetos – Resistência do tratamento térmico ou
mecânico e resistência ao desgaste;
 Usinagem - Resistência ao corte;
Mineralogia - Resistência ao risco.
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3
 Dureza
 Porque realizar ensaio de dureza:
 Conhecimento da resistência ao desgaste;
 Conhecimento aproximado da resistência
mecânica (resistência a tração) através do uso de
tabelas de correlação;
 Controle de qualidade de tratamentos térmicos e
termoquímicos;
 Controle de qualidade em processos de
fabricação.
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 Tipos principais de ensaios de dureza:
Por penetração;
 Brinell;
 Rockwell;
 Vickers;
Microdureza.
Por choque;
 Shore.
Por risco.
Cobre – entre 2 e 3;
Aços ferramenta – entre 7 e 8.
Indicação 
qualitativa
Minerais
Martensita - 7
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• Representação (HB);
• Princípio: D, F, t, d;
• Matematicamente:
F - Carga aplicada
Sc - Área da calota
 Dureza Brinell Proposta por J. A. Brinell, 1900.
O
ntamente
perfície
dindo
O
ado
N/mm2
Normalmente se utiliza 
tabelas
ABNT NBR ISO 6506-4:2010
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 Dureza Brinell
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Condições de ensaio:
Proposta de Brinell: F=3000kgf e D=10mm;
Requisitos:
 d = 0,25 a 0,5 de D;
 Fator de carga
 Dureza Brinell
Valores de D:
1, 2, 5, 10 mm
Requisitos
Os
er
eve
orma,
seja,
sfera
deforme
A
ação
bre
D
a
Outra
a
Dureza Brinell utilizada para materiais que apresentam 
estrutura interna não uniforme. Ex. Ferro fundido. 
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 Dureza Brinell
 Fator de Carga
Utilizando esta relação consegue-se 
determinar o carregamento a ser utili
zado no ensaio. 
Porque existem alguns diâmetros de 
esferas e algumas cargas que pode
m ser utilizados?
Porque existem alguns diâmetros de esfer
as e diversas cargas?
Chapas de pequena espessura
Materiais muito moles
Materiais muito duros
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 Dureza Brinell
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 Dureza Brinell
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 Dureza Brinell X Limite de Resistência Convencional
R=0,36 HB
Acima
ação
residuais
X
R  dado em kgf/mm
2
Relação válida para HB até 380.
Relação válida aços doces.
Para aços médio carbono e aços liga o valor cai para 
0,34 e 0,33, respectivamente.
Para níquel recozido o valor é de 0,49.
Para níquel e latão encruados o valor é de 0,41.
Para alumínio o valor é de 0,40.
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Condições de ensaio (ABNT NBR ISO 6506-1:2010):
• Espessura do CP = 8-10 x p
Exemplo:
Chapas de aço com 3mm de espessura e dureza 180HB
podem ser ensaiadas com uma esfera de 10mm?
F = 3000kgf p = 0,53 8 x p = 4,24 mm  NÃO
 Dureza Brinell
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Condições de ensaio
(ABNT NBR ISO 6506-1:2010):
• Espessura mínima em rela
ção ao diâmetro da impres
são.
 Dureza Brinell
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Condições de ensaio:
d d
A B
A = 2,5 x d – Ligas ferrosas e cobre e suas ligas ( 150 HB);
= 3 x d – Outros metais e ligas ( 150 HB).
B = 4 x d – Ligas ferrosas e cobre e suas ligas ( 150 HB);
= 6 x d – Outros metais e ligas ( 150 HB).
Corpo de prova:
 Superfície lisa e plana, 
 Livre de oxidação, materiais 
estranhos e, 
 Livre de lubrificantes e 
 Que permita medição correta 
do diâmetro da impressão.
 Dureza Brinell
d  0,06 mm
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Aplicação:
Metais não ferrosos;
Ferro fundido;
Aço;
Peças não temperadas;
Macro-dureza.
De maneira a utilizar a maior área
representativa do corpo de prova,
deverá ser escolhido o maior diâmetro possível para a esfera.
Quando a espessura do corpo de prova permitir, deve ser
dada preferência à esfera com 10 mm de diâmetro.
 Dureza Brinell
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Aparelhagem:
 Máquina para medição, capaz de aplicar uma força prede
terminada ou forças na faixa de 9,807 N a 29,42 kN, de
acordo com a ABNT NBR ISO 6506-1:2010;
 Penetrador, uma esfera polida de aço endurecido ou esfera
polida de metal duro (carboneto de tungstênio), conforme
ABNT NBR ISO 6506-1:2010;
 Instrumento de medição, conforme especificado na
ABNT NBR ISO 6506-1:2010.
 Dureza Brinell
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LIMITAÇÃO:
• A esfera de aço é utilizada para materiais com dureza 
Brinell menor que 350;
• A esfera de metal duro (carboneto de tungstênio) é utiliz
ada para materiais com dureza Brinell menor que 650.
• Os dois tipos de esfera fornecem resultados essencial
mente idênticos, para valores de dureza até 350.
 Dureza Brinell
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LIMITAÇÕES:
Recuperação elástica;
Peças cilíndricas; (r  5 x D)
Deformações.
Normal
Aderência
Abaulada
 Dureza Brinell
Valores
peça
o
A
materiais
região
nima
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LIMITAÇÕES:
 Dureza Brinell
Solução: diminuir a carga para diminuir a área 
amassada. Ocorre com maior frequência em m
ateriais muito dúcteis.
Solução: utilizar esfera com dureza maior para 
evitar a deformação da mesma e a aderência 
do substrato. Ocorre com maior frequência em 
materiais encruados.
Pode-se pintar a esfera com uma tinta es
cura para delimitar a área.
OK
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Representação dos resultados:
A dureza Brinell tem como notação os seguintes símbolos:
 HBS nos casos em que é utilizada esfera de aço;
 HBW nos casos em que é utilizada esfera de metal duro 
(carboneto de tungstênio).
Os símbolos são precedidos do valor da dureza e seguidos 
por um índice que indica as condições da medição.
 Dureza Brinell
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Ex.
85 HBS (85 HBW) 10 / 1000 / 30
 85 - Valor de dureza Brinell;
 10 - Diâmetro da esfera em mm;
 1000 - Valor da carga em kgf;
 30 - Tempo de aplicação da carga em 
segundos.
Ex.: 120 HBS (HBW) 2,5/62,5
350 HBS (HBW)
 Dureza Brinell
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 Dureza Brinell
 Exemplo de microestruturas de materiais típicos 
utilizados para ensaio HB
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Características:
Cobre uma grande gama de durezas;
Processo mais utilizado no mundo;
Rapidez, facilidade de execução;
Minimização de erros humanos;
Pequeno tamanho de impressão;
Facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas
Próprio para linha de produção.
Introduzido em 1922 por Rockwell. Dureza Rockwell
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Descrição do método:
Baseado na profundidade da impressão;
Aplica-se um pré-carregamento – fixação do penetrador;
Aplica-se a carga principal;
Retira-se a carga principal.
 Dureza Rockwell
O
e
raída
a
a
ção
A
corpo
ato
de
A
no
a
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Penetradores:
• Tipo esférico (aço temperado);
• Cônico (diamante com 120º de conicidade).
Escalas para leitura:
• Escala preta;
• Escala vermelha.
 Dureza RockwellProf. Euclides Alexandre Bernardelli
Equipamento:
Rockwell normal;
 Indicado para avaliação de 
dureza em geral.
Rockwell superficial.
 Indicado para avaliação de 
dureza em folhas finas ou lâ
minas, ou camadas superfic
iais de materiais.
 Dureza Rockwell
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Ricardo Reis
 Dureza Rockwell
Prof. Euclides Alexandre Bernardelli
Escalas de dureza:
Determinadas em função do tipo de penetrador e do valor 
da carga maior.
Rockwell normal Rockwell superficial
pré carga = 10 kgf pré carga = 3 kgf
carga maior = 60, 100 carga maior = 15, 30
ou 150 kgf ou 45 kgf
 Dureza Rockwell
Prof. Euclides Alexandre Bernardelli
 Dureza Rockwell
Prof. Euclides Alexandre Bernardelli
 Dureza Rockwell
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Representação da dureza Rockwell:
Ex.
64 HRC
ø 64 é o valor de dureza obtido no ensaio;
ø HR indica que se trata de dureza Rockwell;
ø C indica a escala empregada.
 Dureza Rockwell
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Espessura mínima do CP (ABNT NBR NM ISO 6508-1:2008):
 10 x profundidade atingida pelo penetrador (penetrador côni
co);
 15 x profundidade atingida pelo penetrador (penetrador esfé
rico);
• Penetrador de diamante
HR normal: P = 0,002 x (100 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)
• Penetrador esférico
HR normal: P = 0,002 x (130 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)
 Dureza Rockwell
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Espessura mínima
(ABNT NBR NM ISO 6508-1:2008):
Penetrador de
diamante cônico:
 Dureza Rockwell
Se a impressão for ob
servada do lado opos
to da endentação, te
m-se que trocar de es
cala.
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Espessura
mínima
(ABNT NBR NM ISO 6508
-1:2008):
Penetrador
esférico de aço:
 Dureza Rockwell
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Corpo de prova:
Superfície plana e lisa, isenta de matérias estranhas com
os óxidos, em particular, livre de lubrificantes, exceto esp
ecificação em contrário;
Para medições em superfícies cilíndricas convexas e esfé
ricas deverá ser aplicada correção (ver norma).
Procedimentos:
Após cada troca, remoção ou substituição do penetrador 
ou do suporte do corpo de prova, as duas primeiras impre
ssões deverão ser desprezadas.
Considerações da norma (ABNT NBR NM ISO 6508-1:2008):
 Dureza Rockwell
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Procedimentos:
A = mínimo 2,5 vezes o diâmetro da impressão (não menos 
do que 1 mm).
B = mínimo 4 vezes o diâmetro da impressão (não menos 
do que 2 mm).
 Dureza Rockwell
Considerações da norma (ABNT NBR NM ISO 6508-1:2008):
d d
A B
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 Dureza Rockwell
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 Dureza Rockwell
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Características:
 Utiliza penetrador piramidal de diamante.
 Possibilita medir qualquer valor de dureza.
 A dureza é calculada matematicamente:
F - Carga aplicada (1 a 120 kgf).
A - Área da superfície piramidal.
Introduzida em 1925 por Smith e Sandland,
Companhia Vickers-Armstrong Ltda.
 Dureza Vickers
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Características:
 Impressões pequenas, danificam menos a superfície;
Grande precisão de medida;
Deformação nula no penetrador;
Aplicação em qualquer espessura do material;
Ensaio demorado;
Exige melhor prepara 
ção da superfície;
Mais utilizado em 
pesquisa e estudos.
 Dureza Vickers
Permite
reza
z
s
Valores
necessário
quivalentes,
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Representação do resultado:
Ex.: 440 HV 30 / 20
440 - Valor de dureza Vickers;
HV - Indica dureza Vickers;
30 - Carga aplicada em kgf;
20 - Tempo de aplicação da carga em segundos.
Cargas recomendadas: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 
60, 80, 100, 120 kgf.
Ex. 30 HV 10
 Dureza Vickers
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Observações norma ABNT NBR NM ISO 6507-1:2008:
Corpo de prova:
 Superfície lisa e plana, livre de oxidação, materiais estra
nhos e, em particular, livre de lubrificantes, a menos se e
specificado na norma do produto;
 A espessura do corpo de prova ou do suporte, deverá se
r, pelo menos, uma vez e meia o comprimento da diagon
al da impressão;
 Para medição em superfícies curvas, deverão ser aplica
das correções (ver norma).
 Dureza Vickers
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Espessura mínima
do corpo de prova
em relação à
força de medição
e à dureza:
 Dureza Vickers
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Observações norma ABNT NBR NM ISO 6507-1:2008:
Procedimento:
 A distância entre o centro de cada impressão e a borda
do corpo de prova deverá ser igual a, no mínimo, duas
vezes e meia o comprimento médio da diagonal da
impressão, no caso de aço, cobre e ligas de cobre;
 A distância entre o centro de cada impressão e a borda
do corpo de prova deverá ser igual a, no mínimo, três
vezes o comprimento médio da diagonal da impressão
para materiais leves, chumbo e estanho e suas ligas.
 Dureza Vickers
Prof. Euclides Alexandre Bernardelli
Observações norma ABNT NBR NM ISO 6507-1:2008:
Procedimento:
 A distância entre o centro de duas impressões adjacente
s deverá ser, no mínimo, igual a três vezes o compriment
o médio da diagonal da impressão, no caso de aço, cobr
e e ligas de cobre, e no mínimo seis vezes o compriment
o médio da diagonal da impressão para materiais leves, 
chumbo e estanho e suas ligas.
 Para superfícies planas, a diferença entre os dois compri
mentos das diagonais da impressão não derverá ser mai
or que 5%.
 Dureza Vickers
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Observações:
 No ensaio de dureza Vickers realizado com forças de 
ensaio entre 98 e 980 N não há variações apreciáveis 
da dureza em função da força de ensaio.
 Dureza Vickers
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Anomalias:
 Dureza Vickers
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Aplicação:
Profundidades de camadas (nitretadas, cemen
tadas, tempera superficial, etc):
Dureza de constituintes individuais;
Peças extremamente finas;
etc..
Cargas 1gf – 1000gf
 Microdureza
Penetrador knoop
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 Impressão Knoop é mais estreita (finas regiões de cam
adas eletrodepositadas ou endurecidas);
 Profundidade de impressão Knoop, é menor que a met
ade da profundidade causada pela impressão Vickers 
com a mesma carga 
Materiais extremamente frágeis: vidros ou certas tinta.
 Microdureza
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 Microdureza
Impressões Vickers 
em cobre em um aç
o que sofreu proces
so de sinterização p
or metalurgia do pó.
Impressões Knoop em cam
adas de Ni, Cu e no metal 
base (aço), respectivament
e, decima para baixo.
Impressões feitas cruzando
uma camada temperada (e
ndurecida) em uma amostr
a de aço.
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 Microdureza
Endentação em ferro fundi
do nodular, 162 HV (fase 
clara–ferrita), 325HV (fase 
escura–perlita).
Endentação em aço, 1060
HV (fase clara–carboneto
de cromo), 588HV (fase es
cura–perlita).
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 Ensaio
Superfície deve estar polida.
 Preferência por polimento eletrolítico.
 Peça deve estar embutida.
 Microdureza
Influência da 
recuperação 
elástica
Influência do 
erro de medi
ção
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 ResumoProf. Euclides Alexandre Bernardelli
Ricardo Reis
DUREZA CONVERSÃO ENTRE ESCALAS
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DUREZA CONVERSÃO ENTRE ESCALAS
HB = 169,46 + 0,582 HRc + 0,111 (HRc)2
HV = 109,3 + 8,19 HRc – 0,145 (HRc)2 + 0,0029 
(HRc)3
Melhor utilizar tabelas de conversão.
www.durocontrol.com.br
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 Dureza X Resistência 
a Tração 
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 Dureza X Resistência a Tração
 Aço Microligado
 O refino de grão ferrítico e o endurecimento por precipita
ção de carbonitretos de nióbio, titânio e/ou vanádio - responsá
veis pelos elevados níveis de resistência mecânica observados.
Tensão de escoamento = 1/3 da dureza brinell.
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 Dureza X Resistência a Fadiga 
 Maior a dureza  Maior a resistência à fadiga até um certo li
mite
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 Dureza X Temperatura
 Estudo sobre a dureza e os mecanismos de desgaste de 
materiais metálicos em altas temperaturas
Austenítico
Aço Ferramenta D2
Liga complexa FrCr-C- Nb-Mo- W-B
Aço hipereutético Fe-Cr-C-Mo-Nb
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 Dureza X Temperatura
matriz ledeburítica
matriz austenítica matriz martensítica
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 Dureza X Temperatura
 Durômetro para altas temperaturas
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 Dureza X Desgaste
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 Exercicios
1. Um penetrador para ensaios de dureza Brinell com 10 mm de diâmetro produziu
uma impressão com diâmetro de 2,5 mm em uma liga de aço quando foi usada
uma carga de 1000 kg. Calcule a HB desse material. Qual será o diâmetro de
uma impressão para produzir uma dureza de 300 HB desse material?
2. Estime as durezas Brinell e Rockwell para os seguintes materiais: a)O latão naval
para o qual o comportamento tensão-deformação es~´a mostrado na Figura 6.12
(Livro: Callister); b) A liga de aço para a qual o comportamento tensão-
deformação está mostrado na Figura 6,21 (Livro: Callister).
3. Qual a técnica de dureza mais apropriada para ferros fundidos, aços alto carbono
temperaturados e revenidos, alumínio e latão?
4. Na determinação de dureza de camadas endurecidas, porque se deve utilizar
pequenos carregamentos? Qual a técnica mais apropriada?
5. Como é possível fazer correlações entre as durezas obtidas por diferentes
técnicas?
6. Qual a relação que existe entre a impressão de dureza e a tensão de
escoamento, módulo de elasticidade, módulo de tenacidade e módulo de
resiliência?
7. Discorra sobe dureza shore, dureza instrumentada e nano dureza.