Conceito do Dureza

Dureza é a propriedade de um material (no estadosólido) que permite a ele resistir à deformação plástica,usualmente por penetração.

Dureza expressa sua resistência a deformaçõespermanentes e está diretamente relacionada com aforça de ligação dos átomos.

O termo dureza também pode ser associado àresistência à flexão, risco, abrasão ou corte.

Por que fazer o Ensaio de Dureza?Interesse do conhecimento da dureza

1. Conhecimento da resistência ao desgaste;

2. Conhecimento aproximado da resistência mecânica(resistência a tração) através do uso de tabelas de correlação;

3 .Controle de qualidade de tratamentos térmicos;

4. Controle de qualidade em processos de conformação plásticae em processos de ligação.

AplicaçõesEsse ensaio é amplamente utilizado na indústria decomponentes mecânicos, tratamentos superficiais, vidros, elaminados devido à vantagem de fornecer dados quantitativosdas características de resistência à deformação permanentedas peças produzidas.

É utilizado como um ensaio para o controle das especificaçõesda entrada de matéria prima e durante as etapas de fabricaçãode componentes;

Deve-se observar que os resultados fornecidos pela medida dedureza devem variar em função de tratamentos sofridos pelapeça ( tratamentos termoquímicos, tratamento térmicos, etc.).

Medição de DurezaA dureza não é uma propriedade intrínseca do material, ditadapor definições precisas em termos de unidades fundamentaisde massa, comprimento e tempo.

Um valor da propriedade de dureza é o resultado de umprocedimento específico de medição.

Durômetro

Medição de DurezaNos materiais metálicos, a dureza pode ser alterada portratamentos térmicos especiais, adição de solutos(elementos químicos), trabalho mecânico a frio(encruamento), tratamentos térmicos específicos.

Aço temperado → maior dureza

Aço encruado maior dureza → maior dureza

Aço com maior quantidade de C → maior dureza

IntroduçãoVantagens

Rapidez de execução;

Baixo custo dos equipamentos envolvidos.

Métodos de medição

Risco (escala de dureza de MOHS);

Ressalto (método SHORE);

Penetração (BRINNEL, VICKERS, ROCKWELL).

Ensaio de Dureza

Consiste na impressão de uma pequena marca(endentação), feita na superfície da peça, pela aplicaçãode pressão com uma ponta de penetração (endentador);

A medida da dureza do material ou da dureza superficial édada como função das características da marca deimpressão, e da carga aplicada em cada tipo de ensaio dedureza realizado.

Métodos de DurezaPara materiais mais 'moles' como borrachas e plásticos, adureza é usualmente determinada por choque, onde uminstrumento causa impacto sobre a superfície domaterial. Parte da energia do choque é usada para amedida da dureza.

Por razões práticas e de calibração, cada um dos métodosé divido em campos de escala, definidos por umacombinação de carga aplicada e geometria do endentado.

Métodos de DurezaOs métodos de medição de dureza mais utilizados são

Teste de Dureza Rockwell

Teste de Dureza Superficial Rockwell

Teste de Dureza Brinell

Teste de Dureza Vickers

Teste de Microdureza(Knoop/Vickers)

Teste de Dureza Mohs

Teste do Escleroscópio -Escala Shore- Durômetro

Métodos de DurezaDureza por risco (dureza Mohs)

Esse tipo de dureza é pouco utilizado para materiais metálicos,sendo sua maior utilização na área de mineralogia.

Entre os ensaios por risco a dureza Mohs é a mais conhecido econsiste numa escala de 10 minerais padrões, onde o maisduro é o diamante e risca todos os demais minerais.

O mais mole (dureza 1) é o silicato de magnésio (talco), estenão tem condições de riscar nenhum material.

Métodos de Dureza

Os intervalos da escala não são de mesmovalor, isto é, o intervalo entre 9 e 10 émuito maior do que entre 1 e 2. A durezaé determinada pela pesquisa de qualmineral da escala padrão o material deteste risca ou não risca. A dureza domaterial de teste fica entre os dois pontosda escala, sendo o primeiro o mineralriscado pelo material de teste e o segundoo mineral não arranhado pelo material deteste.

Métodos de Dureza

Métodos similares de avaliação de dureza relativa sãoainda utilizados atualmente. Um exemplo é o teste dalima, onde uma lima temperada numa dureza desejada éfriccionada na superfície do material a testar.

Se a lima desliza sem morder ou marcar a superfície, omaterial é considerado mais duro que a lima. Casocontrário, o material é menos duro que a lima.

Métodos de DurezaDureza por rebote (Shore)

O equipamento de dureza Shore é leve e portátil, sendoadequado à determinação de dureza de peças grandes.Ex.: borrachas, polímeros, elastômeros e para ensaios emcampo.

Métodos de DurezaEntre as precauções que devem ser tomadas para arealização do ensaio, é importante que a superfície domaterial esteja limpa e lisa, e que o aparelho esteja naposição vertical e perpendicular a superfície.

Esse ensaio é indicado para materiais macios comoborracha. Pode ser utilizado para peças como açotemperado, aços cementados e outros materiais de altadureza, porém a confiabilidade é baixa.

Métodos de DurezaO método mais comum de obtenção do valor dedureza é medir a profundidade ou área deixada porum instrumento de endentação de formato específicosobre o material, usando-se para tal uma forçadefinida, aplicada durante um tempo específico.

Esse tipo de ensaio é denominado dureza porpenetração.

Métodos de DurezaDureza por penetração

Para os metais, é uma medida da resistência do material àdeformação plástica localizada.

Neste tipo de dureza, um pequeno endentador é forçado contra asuperfície do material a ser testado, sob condições controladasde carga e taxa de carregamento.

A profundidade ou tamanho da endentação resultante é medida,que é então relacionada a um número de dureza; quanto maismacio o material, mais larga ou mais profunda é a endentação, emenor o número de dureza.

Ensaio BrinellDescrição

O método de teste de dureza Brinell consiste em endentar omaterial com uma esfera de aço endurecido ou metal durocom 10 mm de diâmetro com uma carga de 3000 kg.

Para materiais mais moles a carga pode ser reduzida para 1500kg ou 500 kg para reduzir endentação excessiva.

A carga total é normalmente aplicada por 10 ou 15 segundosno caso de ferro fundido ou aço, e pelo menos durante 30segundos para outros metais.

Ensaio Brinell

Endentador:CW (carboneto detungstênio)

Ensaio Brinell

Ensaio Brinell

Onde D é o diâmetro da esfera e Di é o diâmetro da impressão, ou daendentação.O diâmetro da impressão é a média de duas leituras tomadas em ânguloreto, porém na utilização do ensaio a aplicação da relação que calcula ovalor da dureza é desnecessária, já que existem tabelas preparadas parafornecer o mesmo a partir dos diâmetros da impressão formada.

Ensaio BrinellÉ prática usual (ASTM E10-93) utilizar as denotações HB – no caso de esfera

de aço e HBw – no caso de carboneto de tungstênio, sendo que a escolhadepende da faixa de dureza do material a submetido a ensaio.

O tempo de aplicação da carga é da ordem de 10 a 15 segundos. Tanto acarga quanto o diâmetro da esfera dependem do material, devendo taisparâmetros serem adequados ao tamanho, espessura e estrutura internado CP.

Na prática, utilizam-se com maior freqüência esferas com diâmetro de 10mm (aços em geral).

Endentação (mm)Ferros fundidos: 30Aços em geral: 10Ligas de Cu e Al: 5Ligas de Pb e Sn:2.5

Ensaio BrinellExemplo de microestruturas de materiais típicos utilizados paraensaio HB.

Ensaio Brinell

Na maioria dos ensaios (materiais com valores de durezaBrinell até 450 HB), utiliza-se uma carga de 3000 Kgf).Entretanto, para metais mais moles utilizam-se cargas de 1500Kgf ou 500 Kgf, para evitar a formação de uma impressãomuito profunda.

Já no caso de materiais muito duros (dureza entre 450 e 650HB) utiliza-se esfera de carboneto de tungstênio para evitardeformação na esfera padronizada.

Ensaio BrinellO diâmetro da impressão formada deve ser medido por meiode microscópio ou lupa graduada e por duas leituras, sendouma a 90° da outra, visando minimizar leituras errôneas eresultados imprecisos.

Endentação

Os equipamentos atuais, em geral,são microprocessados e eliminam opasso da leitura da endentação,apresentando o resultado final emdisplay.

Ensaio BrinellPara se evitar danos ao equipamento e garantir resultados adequados,deve-se sempre observar sistemas de fixação e apoio das peças, garantindoque o endentação penetre perpendicularmente na superfície da peça semque esta sofra movimentos ou deslocamentos durante a penetração.

Ensaio Brinell

A norma brasileira para a realização do ensaio é a NBR 6394 e anorma internacional de maior utilização no país é a ASTM E10-93.

Devido ao tamanho da impressão formada, o ensaio pode serconsiderado destrutivo.

O penetrador deve ser polido e isento de defeitos na superfície, e asuperfície do CP deve estar liso e isento de substâncias como óxidos,carepas, sujeiras, óleos e DEVE ESTAR PLANA (bem apoiada sobre osuporte).

Ensaio Brinell

Como a impressão formada abrange uma área maior do que asdos outros ensaios de dureza, é a única indicada paramateriais com estrutura interna não-uniforme (ferro fundidocinzento). Por outro lado, o grande tamanho da impressãopode impedir o uso desse teste com peças pequenas.

Não é um ensaio de dureza adequado para caracterizar peçasque tenham sofrido tratamentos térmicos superficiais(cementação), pois a penetração pode ultrapassar a camadacementada, e gerar erros nos valores obtidos.

Ensaio BrinellVantagens e Desvantagens

Comparada a outros métodos, a esfera do teste Brinell provoca aendentação mais profunda e mais larga.

Com isto a dureza medida no teste abrange uma porção maior dematerial, resultando numa média de medição mais precisa, tendoem conta possíveis estruturas policristalinas e heterogeneidades domaterial.

Este método é o melhor para a medição da dureza macro-dureza deum material, especialmente para materiais com estruturasheterogêneas.

Ensaio BrinellCorrelação entre dureza Brinell e limite de resistência à tração convencional

A existência de relações que permitamconverter dureza em tensão é útil emsituações onde é necessária uma estimativada resistência de um material e não se dispõede uma maquina de ensaio de tração.Existem relações experimentais que, emboranão sejam necessariamente precisas,constituem ferramentas úteis nesse sentido,como a relação entre dureza Brinell e o limitede resistência a tração:

α = 3,60 (para aços ao carbono)

Ensaio VickersDescrição

É um método semelhante ao ensaio dedureza Brinell, já que relaciona cargaaplicada com a área superficial daimpressão.

O penetrador padronizado é uma pirâmidede diamante de base quadrada e comângulo de 136° entre faces opostas.

Esse ângulo foi escolhido em função de suaproximidade com o ângulo formado noensaio Brinell entre duas linhas tangentesàs bordas da impressão e que partem dofundo desta impressão.

Ensaio VickersDescrição

A carga plena é aplicada normalmentedurante um tempo de 10 a 15 segundos.

As duas diagonais da endentaçãodeixadas na superfície do material depoisda remoção da carga são medidasusando-se uma régua acoplada aoduromêtro ou um microscópio.

Ensaio Vickers

Ensaio Vickers

A escolha da carga aplicada depende da maquina.

Sempre se busca uma carga que possa fornecer umaendentação suficiente para que se tenha uma boa leitura damesma.

Pode-se utilizar do mínimo até o máximo que a máquina podeoferecer.

O mais comum é utilizar uma carga de 30 Kgf para aços, poisessa é uma carga que, geralmente, obtêm-se boas leituras deendentações.

Ensaio Vickers

Onde:F = é a carga em Kgfd = é a medida aritmética entre duas diagonais, d1 e d2 em mmHV = é a dureza Vickers

Ensaio Vickers

Calculada a média das diagonais da endentação, a durezaVickers pode ser calculada pela fórmula anterior.

O uso de tabelas de cálculo também é comum. A durezaVickers deve ser representada na seguinte forma: 400HV/30.

O formato significa que foi obtido um valor de dureza de 400através do método Vickers (HV), usando uma carga de 30 kgf.

Ensaio VickersComo o penetrador éindeformável, a dureza obtidaindepende da carga utilizada,devendo apresentar o mesmonúmero representativo dadureza.

A designação da dureza éformada pelo valor da durezaseguida pelo símbolo HV.

Ensaio VickersComparação entre tamanhos de impressões das durezasVickers e Brinell.

MicrodurezaMicrodureza

Em algumas situações práticas ocorre a necessidade dadeterminação da dureza de pequenas áreas do corpo-de-prova.

A medida do gradiente de dureza que se verifica emsuperfícies cementadas e tratadas termicamente (têmpera porindução), a determinação da dureza individual demicroconstituintes de uma estrutura metalográfica, são algunsexemplos destas situações.

MicrodurezaO ensaio produz umaimpressão microscópicae se utiliza depenetradores dediamante e cargasmenos que 1 kgf.

Existem dois métodos demedida de microdureza:

– Knoop

– Vickers

MicrodurezaA microdureza Vickers utiliza o mesmo procedimento descritoanteriormente, enquanto que a microdureza Knoop utiliza umpenetrador de diamante na forma de uma pirâmide alongada,que provoca uma impressão onde a diagonal maior e a diagonalmenor apresentam uma relação de 7:1.

MicrodurezaImpressões feitas cruzando uma camadatemperada (endurecida) em uma amostra deaço.

Impressões Vickers emcobre infiltrado em umaço que sofreu processode sinterização pormetalurgia do pó.

Impressões Knoop em camadas de Ni, Cu e nometal base (aço), respectivamente, de cima parabaixo.

MicrodurezaA área da impressão obtida no ensaio Knoop é cerca de 15% da áreacorrespondente no ensaio Vickers, enquanto que a profundidade daimpressão é menor que a metade.

O ensaio Knoop permite a determinação de dureza de materiaismuito frágeis como vidro, e de camadas finas como películas detinta ou camadas eletrodepositadas.

Os ensaios de microdureza requerem uma preparação cuidadosa doCP, sendo recomendável o polimento com pano de 1 µm eembutimento da amostra em baquelite.

MicrodurezaEndentação em ferro fundido nodular,162 HV (fase clara – ferrita), 325 HV(fase escura – perlita).

Endentação em aço, 1060 HV (fase clara –carboneto de cromo), 588 HV (faseescura – perlita).

Microdureza

Liga de AL-Si Hipoeutético.Fase clara (rica em Al).Fase escura (Eutético).

Liga de Al-Si Hipereutético.Fase clara (rica em Si). Faseescura (Eutético) – Destaquea rachadura do bloco de Siapós endentação.

Ensaio VickersVantagensÉ aplicável a todos os materiais metálicos, de qualquer dureza, muitofinos, pequenos e irregulares;É indicado para o levantamento de curvas de profundidade detratamentos superficiais como tempera e cementação;A escala de dureza é contínua;As impressões deixadas no material são extremamente pequenas;A deformação do penetrador é nula;Oferece grande precisão de medidas.

DesvantagensRegulação de velocidade mais crítica (mais demorado);Superfície muito mais cuidada (maiores ampliações);Ensaio globalmente menos econômico.

Ensaio RockwellConceito

O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, é hoje oprocesso mais utilizado no mundo inteiro, devido à rapidez e àfacilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade emdetectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho daimpressão.

Esse tipo de ensaio de dureza utiliza-se da profundidade daimpressão causada por um penetrador sob a ação de uma carga,como indicador da medida de dureza, e não há relação com a áreada impressão, como no caso da Brinell.

Ensaio RockwellA dureza Rockwell pode ser classificada como comum ou superficial,dependendo do penetrador e da pré-carga e cargas aplicadas.

Os mais utilizados são o Rockwell A e C (aços temperados).

Ensaio RockwellDescrição

Neste método, a carga do ensaio éaplicada em etapas, ou seja, primeirose aplica uma pré-carga, para garantirum contato firme entre o penetrador eo material ensaiado, e depois aplica-sea carga do ensaio propriamente dita.

A leitura do grau de dureza é feitadiretamente num mostrador acopladoà máquina de ensaio, de acordo comuma escala predeterminada, adequadaà faixa de dureza do material.

Ensaio RockwellDescrição

Ainda com a pré-carga aplicada, uma segunda carga é introduzida,aumentando a penetração.

Atingido novamente o equilíbrio a carga é removida, mantendo-se apré-carga.

A remoção da carga provoca uma recuperação parcial, reduzindo aprofundidade da penetração.

O aumento permanente na profundidade da penetração resultanteda aplicação e remoção da carga é usado para calcular o valor dadureza Rockwell.

Ensaio RockwellDescrição

Ensaio RockwellQuando se utiliza o penetrador cônicode diamante, deve-se fazer a leiturado resultado na escala externa domostrador, de cor preta.

Ao se usar o penetrador esférico, faz-se a leitura do resultado na escalavermelha.

Nos equipamentos com mostradordigital, uma vez fixada a escala a serusada, o valor é dado diretamente naescala determinada.

Ensaio RockwellO penetrador tanto pode ser um diamante esferocônico com ângulode 120° e ponta ligeiramente arredondada, como uma esfera de açoendurecido, geralmente de diâmetro 1,59 mm.

Utilizam-se pré-carga de 10 Kgf e força total de 60 Kgf, 100 Kgf e 150Kgf.

A aplicação da pré-carga é necessária para eliminar a ação deeventuais defeitos superficiais, ajudar na fixação do CP no suporte,além de causar pequena deformação permanente, eliminando errosdevido à deformação elástica.

Ensaio RockwellO valor indicado na escala do mostrador é o valor da durezaRockwell.

Este valor corresponde à profundidade alcançada pelopenetrador, subtraídas a recuperação elástica do material,após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrenteda aplicação da pré-carga.

Em outras palavras: a profundidade da impressão produzidapela carga maior é a base de medida do ensaio Rockwell.

Ensaio RockwellA seguir a representação esquemática da profundidade produzida

por um penetrador cônico de diamante.

Ensaio RockwellConclusão:

A escala do mostrador é construída de tal modo que

uma impressão profunda corresponde a um valor

baixo na escala e uma impressão rasa corresponde

a um valor alto na escala.

Desse modo, um valor alto na escala indica que se

trata de um material de alta dureza.

Ensaio RockwellEquipamento para Ensaio de Dureza Rockwell

Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tiposde máquinas, ambas com a mesma técnica de operação, quediferem apenas pela precisão de seus componentes.

A máquina padrão mede a dureza Rockwell normal e éindicada para avaliação de dureza em geral.

A máquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial,e é indicada para avaliação de dureza em folhas finas oulâminas, ou camadas superficiais de materiais.

Na máquina Rockwell normal, cada divisão da escala equivalea 0,02 mm; na máquina Rockwell superficial, cada divisãoequivale a 0,01 mm.

Ensaio RockwellAs escalas de dureza Rockwell foram determinadas em funçãodo tipo de penetrador e do valor da carga maior.

Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf.

Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pré-carga é de 3kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf.

Ensaio Rockwell

Ensaio Rockwell

Ensaio Rockwell

Ensaio RockwellO número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo símboloHR, com um sufixo que indique a escala utilizada.

Veja, por exemplo, a interpretação do resultado 64HRC:

64 é o valor de dureza obtido no ensaio;

HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell;

a última letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada.

Ensaio RockwellVantagens do método Rockwell em relação ao Brinell

Rapidez na execução;

Maior exatidão e isenção de erros pessoais, já que não exigeleitura do tamanho da impressão;

Possibilidade de maior utilização para materiais duros;

Pequeno tamanho de impressão (os componentes podem sertestados sem causar danos).