7/18/2019 Dureza

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Dureza

Basicamente, a dureza pode ser avaliada a partir da capacidade de um material "riscar" o outro, como na popular  escala

de Mohs para os minerais,1 que é uma tabela arbitrada de 1 a 10 na qual figuram alguns desses em escala crescente a

partir do talco ao diamante. Outra maneira de avaliar a dureza é a capacidade de um material penetrar o outro.

Na engenharia e na metalurgia,o chamado ensaio de penetração para a medição da dureza. A partir de um referencial

intermediário, a dureza pode ser expressa em diversas unidades. São comuns usar os seguintes processos:

Dureza Materiais

Brinell Metais

Rockwell Metais

Meyer Metais

Vickers Metais, Cerâmicas

Knoop Metais, Cerâmicas

Shore Polímeros, Elastômeros, Borrachas

Barcol  Alumínio, Borrachas, Couro, Resinas

IRHD Borrachas

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O método Brinell é um método de medição da dureza, utilizado principalmente nos materiais metálicos. Este método foi

proposto em 1900, pelo engenheiro sueco Johan August Brinell. É o primeiro ensaio de dureza normatizado e

amplamente utilizado na engenharia emetalurgia. 

O teste típico consiste em um penetrador de formato esférico com 10 mm de diâmetro, feito de aço de elevada dureza ou

de carbeto de tungstênio.

 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.

O número Brinell de dureza (HB) é função da carga aplicada e do diâmetro da impressão resultante e pode ser obtido

através da seguinte relação:

onde “P” é o valor da carga aplicada (em kgf), “D” é o diâmetro do penetrador e “d” é o diâmetro da impressão

resultante, ambos em milímetros.

Uma das grandes desvantagens do ensaio Brinell é o tamanho do penetrador, que muitas vezes causa danos

consideráveis à peça analisada.

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O método Rockwell é um método de medição direta da dureza, sendo um dos mais utilizados em indústrias. Este é umdos métodos mais simples e que não requer habilidades especiais do operador. Além disso, várias escalas diferentespodem ser utilizadas através de possíveis combinações de diferentes penetradores e cargas, o que permite o uso desteensaio 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 pelosímbolo HR seguido pela identificação apropriada da escala. Por exemplo, 80 HRB representa uma dureza Rockwell de

80 na escala B.

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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.

Simbolo PenetradorCarga

(kgF)

A Cone de Diamante 60

B Esfera de 1/16" 100

C Cone de Diamante 150

D Cone de Diamante 100E Esfera de 1/8" 100

F Esfera de 1/16" 60

G Esfera de 1/16" 150

H Esfera de 1/8" 60

K Esfera de 1/8" 150

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 A escala de dureza Meyer  é um método de medição da dureza de um material através de um "ensaio de penetração".

Meyer propôs uma definição mais racional do que a proposta por Brinell, sugerindo que a dureza fosse obtida através daárea projetada da impressão, ao invés da área superficial, já que a tensão média na superfície da amostra devido a

aplicação da carga é igual a carga divido pela área projetada.

 A escala Meyer é menos sensível do que a Brinell com o aumento da carga aplicada. Para materiais trabalhados a frio, a

dureza Meyer é essencialmente constante e independente da carga, ao contrário da Brinell, que diminui com o aumento

da carga. Para metais recozidos, a dureza Meyer aumenta continuamente com o aumento da carga, devido ao

encruamento produzido pela penetração. A Brinell, no entanto, primeiramente aumenta e depois diminui com o aumento

da carga aplicada nos ensaios com estes materiais.

No entanto, a escala Meyer é muito pouco usado nos ensaios práticos de medida de dureza em comparação a Brinell.

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Dureza Vickers é um método de classificação da dureza dos materiais baseada num ensaio laboratorial. 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:

onde

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). Por ser dependente da área a escala Vickers varia rapidamente quando

comparada a Rockwell, por exemplo: 68 HRC~940 HV e 60 HRC~697 HV.

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.

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 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.

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O método Knoop é utilizado para a medição de micro-dureza, na qual um penetrador de diamante, com formato

piramidal, é pressionado contra uma superfície devidamente polida.

 A dureza Knoop é dada pela fórmula:

onde “P” é a carga aplicada em kgf, “A” é a área superficial de impressão em mm2, “L” é o comprimento da

impressão (em mm) ao longo do maior eixo e “Cp” é um fator de correção relacionado ao formato do penetrador

(idealmente 0,070279)

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O durômetro Shore é utilizado na medição da dureza. O método consiste em medir a profundidade da impressão

deixada no material com a aplicação da carga e é dependente de outros fatores além da dureza, como das propriedades

viscoelásticas e da duração do ensaio.1 

Este aparelho de medição foi desenvolvido em 1920, pelo fabricante de instrumentos  Albert F. Shore, e é amplamente

utilizado na medição da dureza de polímeros, elastômeros e borrachas.

Existem diversas escalas utilizadas em materiais com propriedades diferentes. As mais comuns são a A e D, sendo a A

utilizada em plásticos macios e a D em plásticos rígidos. No entanto, a   ASTM D 2240 contém 12 escalas, dependentes

da intenção de uso, sendo elas: A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S e R. Cada escala resulta em um valor entre

0 e 100, sendo que valores maiores.

O que é dureza ou escala Shore de dureza e como ela é medida? 

Shore é o nome de um fabricante de durômetros, instrumentos que medem a dureza através de agulhas

empurradas por molas; por esse motivo, “Shore” e “dureza” hoje significam a mesma coisa.As escalas

Shore A e D são as mais usadas para medir a dureza dos poliuretanos.A escala A varia de 0 a 100. O valor

100 indica que a agulha não penetrou na peça (infinitamente dura) e um 0 indica nenhuma resistência.Por

exemplo, um elástico tem 20 Shore A, enquanto pneus de carro e solas de sapatos têm 75 Shore A e rodas

de skate têm 95 Shore A.Já a escala D é para materiais mais duros: uma roda de skate com 95 Shore A tem

cerca de 40 Shore D. 

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O método Barcol é uma forma de avaliar a dureza de um material através da medida da resistência a penetração de

uma ponta de aço forçada por uma mola. No instrumento de medição, chamado de durômetro de Barcol, há uma escala

entre 0 e 100.

Este método de medição é usado para obter a dureza de ligas de alumínio, metais de baixa dureza,

como chumbo e latão, polímeros, borrachas e couro. Além disso, é usado para medir o nível de cura de resinas. 

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"C" Brinell Vickers Rockwell Rockwell Rockwell Shore

"A" "B" "D"

HRC HB HV HRA HRB HRD HS

68 --- 940 85,6 --- 76,9 97

67 --- 900 85 --- 76,1 95

66 --- 865 84,5 --- 75,4 92

65 739 832 83,9 --- 74,5 91

64 722 800 83,4 --- 73,8 88

63 705 772 82,8 --- 73 87

62 688 746 82,3 --- 72,2 85

61 670 720 81,8 --- 71,5 83

60 654 697 81,2 --- 70,7 81

59 634 674 80,7 --- 69,9 80

58 615 653 80,1 --- 69,2 78

57 595 633 79,6 --- 68,5 76

56 577 613 79 --- 67,7 75

55 560 595 78,5 --- 66,9 74

54 543 577 78 --- 66,1 72

53 525 560 77,4 --- 65,4 71

52 512 544 76,8 --- 64,6 69

51 496 528 76,3 --- 63,8 68

50 481 513 75,9 --- 63,1 67

49 469 498 75,2 --- 62,1 66

48 455 484 74,7 --- 61,4 64

47 443 471 74,1 --- 60,8 63

46 432 458 73,6 --- 60 62

45 421 446 73,1 --- 59,2 60

44 409 434 72,5 --- 58,5 58

43 400 423 72,2 --- 57,7 57

42 390 412 71,5 --- 56,9 56

41 381 402 70,9 --- 56,2 55

40 371 392 70,4 --- 55,4 54

39 362 382 69,9 --- 54,6 52

38 353 372 69,4 --- 53,8 51

37 344 363 68,9 --- 53,1 50

36 336 354 68,4 -109 52,3 49

35 327 345 67,9 -108,5 51,5 48

34 319 336 67,4 -108 50,8 47

33 311 327 66,8 -107,5 50 46

32 301 318 66,3 -107 49,2 44

31 294 310 65,8 -106 48,4 43

30 286 302 65,3 -105,5 47,7 42

29 279 294 64,7 -104,5 47 4128 271 286 64,3 -104 46,1 41

27 264 279 63,8 -103 45,2 40

26 258 272 63,3 -102,5 44,6 38

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25 253 266 62,8 -101,5 43,8 38

24 247 260 62,4 -101 43,1 37

23 243 254 62 100 42,1 36

22 237 248 61,5 99 41,6 35

21 236 243 61 98,5 40,9 35

20 236 238 60,5 97,8 40,1 34

-18 219 230 --- 96,7 --- 33

-16 212 222 --- 95,5 --- 32

-14 203 213 --- 93,9 --- 31

-12 194 204 --- 92,3 --- 29

-10 187 196 --- 90,7 --- 28

-8 179 188 --- 89,5 --- 27

-6 171 180 --- 87,1 --- 26

-4 165 173 --- 85,5 --- 25

-2 158 160 --- 83,5 --- 24

0 152 160 --- 81,7 ---

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Tenacidade é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à ruptura. Tenacidade é uma

medida de quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. Os materiais cerâmicos, por

exemplo, têm uma baixa tenacidade.

Tal energia pode ser calculada através da área num gráfico Tensão - Deformação do material, portanto basta integrar  a

curva que define o material, da origem até a ruptura.

Segundo a tenacidade um mineral pode ser:

• Friável (frágil, quebradiço): Que pode ser quebrado ou reduzido a pó com facilidade. Ex: calcita, fluorita.  

• Maleável: Pode ser transformado facilmente em lâminas, Ex. ouro, prata, cobre.

• Séctil: Pode ser facilmente cortado com um canivete. Ex ouro, prata, cobre.  

• Dúctil: Pode ser transformado facilmente em fios. Ex. ouro, prata, cobre.  

• Flexível: Pode ser dobrado, mas não recupera a forma anterior. Ex: talco, gipsita.

• Elástica: Pode ser dobrado mas recupera a forma anterior. Ex. micas.  

 A tenacidade é muito usada pelos garimpeiros para diferenciar uma pepita de ouro de um fragmento de pirita, pois

enquanto o ouro é extremamente maleável, a pirita é muito friável. Quando se está lidando com uma partícula muitopequena, da ordem de poucos milímetros, procede-se da seguinte forma para verificar se é maleável: a partícula é

colocada entre dois pedaços de vidros planos, os quais são gentilmente apertado um contra o outro. Se a partícula for

ouro será amassada, se for pirita se quebrará.