Flvia Spitale Jacques Poggialiflaviaspitale@gmail.com

A palavra dureza pode ter vrios significados:

na Metalurgia considera-se dureza como a resistncia deformao plstica permanente; na Mecnica a resistncia penetrao de um material duro no outro.

A dureza uma propriedade mecnica que consiste em uma medida da resistncia de uma material a uma deformao plstica localizada.

A dureza a capacidade do material de: resistir ao risco; ser deformado plasticamente; ser cortado; absorver energia no impacto; resistir ao desgaste.

O Ensaio de Dureza pode ser dividido em:

por risco (Mohs);penetrao (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop);

O primeiro mtodo padronizado de ensaio de dureza foi baseado no processo de riscagem de minerais padres, desenvolvido por Mohs, em 1822.

1: talco 6: feldspato2: gipsita 7: quartzo3: calcita 8: topzio4: fluorita 9: safira5: apatita 10: diamante

A maioria dos metais apresenta durezas Mohs 4 e 8, e pequenas diferenas de dureza no so acusadas por este mtodo. Por exemplo, um ao dctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma dureza Mohs de um ao temperado.

Consiste em comprimir lentamente uma esfera de ao temperado, de dimetro D, sobre uma superfcie plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esfrica de dimetro d.

d

A superfcie da amostra em que ser feita a medida da dureza deve estar plana, limpa e paralela base de apoio da mquina de ensaio.

Os penetradores so esferas de ao ou de carboneto de tungstnio com diferentes dimetros.

Carga aplicada (Q em kgf ou N) rea da impresso (Sc) Dimetro da esfera (D) e da impresso (d)

EXEMPLO: Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou uma esfera de 2,5 mm de dimetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas dos dimetros de impresso foram de 1 mm. Qual a dureza do material ensaiado?

O ensaio padronizado, proposto por Brinell, realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de dimetro, de ao temperado. Porm, usando cargas e esferas diferentes, possvel chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condies:

F (carga) 0,25.D < d < 0,5.D , ideal d = 0,375.D

Para obter o dimetro de impresso dentro do intervalo anterior, deve-se manter constante a relao entre a carga (F) e o dimetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a relao:

Fator de carga

Para padronizar o ensaio, fatores de carga foram fixados. O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e as respectivas faixas de dureza e indicaes do material.

O dimetro da esfera determinado em funo da espessura do corpo de prova ensaiado. No caso da norma brasileira, a espessura mnima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota.

O quadro a seguir mostra os dimetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em funo do fator de carga escolhido.

Uma empresa comprou um lote de chapas de ao carbonocom a seguinte especificao: espessura: 4 mm, dureza Brinell (HB): 180. Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de dureza Brinell para confirmar se esto de acordo com as especificaes.Essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm?

A espessura do material ensaiado (no mnimo) = 17.p De acordo com a tabela F/D2 = 30 (ao-carbono) F = 3000 kgf 180 = 3000 / .10.p p = 0,53 mm

Espessura mnima = 17 . 0,53 = 9,01 mmResposta: As chapas de 4 mm no podem ser ensaiadas com esfera de 10 mm.

A execuo do ensaio de dureza Brinell consiste em:

Preparar uma superfcie plana na amostra;Colocar e fixar a amostra na mesa da mquina;Aplicar manualmente a pr-carga;Acionar o dispositivo para liberao da carga principal;

Retirar a carga;Ler o tamanho da impresso;Usar a tabela para converter os dados dos ensaios para dureza Brinell.

Representao da dureza Brinell:

XXX HBS D/Q/t ou XXX HBW D/Q/t

XXX: valor da dureza Brinell da amostra;HBS: para ensaio com uma esfera de ao;HBW para esfera de tungstnio;D: dimetro da esfera;Q: carga de compresso da esfera em kgf;t: tempo de aplicao da carga em segundo.

EXEMPLO: 400 HBS 5/500/30

Dureza Brinell: 400Esfera de aoDimetro 5mmCarga de 500 kgfTempo de 30 s

Ao: R 0,36HB

Cu-Zn: R 0,41HB

Liga Cu: R 0,52HB

Liga Al: R 0,40HB

O baixo custo do equipamento para medida de dureza Brinell. usado especialmente para avaliao de dureza de metais no ferrosos, ferro fundido, ao, produtos siderrgicos em geral e de peas no temperadas; o nico ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que no tenham estrutura interna uniforme (materiais heterogneos); feito em equipamento de fcil operao.

A possibilidade de se cometer erro no momento da medida dos dimetros das impresses.

A impresso da esfera na amostra maior que a dos outros mtodos de ensaio de dureza, por isso a mais adequada para medir materiais heterogneos, que tm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito discrepantes (ferros fundidos, bronzes etc);

O uso deste ensaio limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de ao temperado s possvel medir dureza at 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera.

A recuperao elstica uma fonte de erros, pois o dimetro da impresso no o mesmo quando a esfera est em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto mais sensvel quanto mais duro for o metal, Fig. 1.

O ensaio no deve ser realizado em superfcies cilndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o dimetro da esfera, pode haver escoamento lateral do material e a dureza medida ser menor que a real, Fig. 2.

rDFigura 1 Recuperao elsticaFigura 2 Escoamento lateral (r < 5.D)

Proposto em 1922, levando o nome do seu criador, o processo mais utilizado no mundo, devido rapidez, facilidade de execuo, iseno de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho da impresso.

Este mtodo apresenta algumas vantagens em relao ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles at os mais duros.

Ao temperadoCone de diamante

Penetrador de diamante:

Neste mtodo, a carga do ensaio aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pr-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita.

A leitura do grau de dureza feita diretamente num mostrador acoplado mquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada faixa de dureza do material.

Cone de diamanteAo temperado

1 Passo Aproximar a superfcie do corpo de prova do penetrador.

2 Passo Submeter o corpo de prova a Uma pr- carga (carga menor).

3 Passo Aplicar a carga maior at o ponteiro parar.

4 Passo Retirar a carga maior e fazer aleitura do valor indicado no mostrador, na escala apropriada.

A superfcie da amostra deve ser lixada para eliminar alguma irregularidade que possa ocasionar erros; A primeira leitura do ensaio de dureza Rockwell deve ser desprezada, porque a primeira impresso serve apenas para ajustar bem o penetrador na mquina;

Se a superfcie da amostra no for plana, deve-se fazer uma correo no valor de dureza encontrado. A dureza Rockwell baseada na profundidade e no na rea;A espessura mnima da amostra para o ensaio de dureza Rockwell dez vezes a profundidade da impresso.

A execuo do ensaio de dureza Rockwell consiste em:

Aplicao da pr-carga;Aplicao da carga principal;Retirada da carga;Leitura da dureza.

Representao da dureza Rockwell:

64 HRC: dureza Rockwell de 64 na escala C

50 HR15N: dureza Rockwell superficial de 50 na escala 15 N

A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio importante para definir a espessura mnima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mnima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador.

Penetrador de diamante:HR normal: P = 0,002 x (100 - HR)HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)Penetrador esfrico:HR normal: P = 0,002 x (130 - HR)HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)

Ensaio de dureza Rockwell avano em relao ao ensaio Brinell, j que possibilitou avaliar a dureza de vrios metais, que antes no podiam ser ensaiados quanto dureza.

Suas escalas no tm continuidade. Por isso, materiais que apresentam dureza no limite de uma escala e no incio de outra no podem ser comparados entre si quanto dureza; No tem relao com o valor de resistncia trao, como acontece no ensaio Brinell.

Este mtodo leva em conta a relao ideal entre o dimetro da esfera do penetrador Brinell e o dimetro da calota esfrica obtida, e vai alm porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza, incluindo desde os materiais mais duros at os mais moles.

A dureza Vickers se baseia na resistncia que o material oferece penetrao de uma pirmide de diamante de base quadrada e ngulo entre faces de 136, sob uma determinada carga.

A mquina que faz o ensaio Vickers no fornece o valor da rea de impresso da pirmide, mas permite obter, por meio de um microscpio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vrtices opostos da base da pirmide.

[mm]F [kgf]

Representao da dureza Vickers:

XXX HV Q/t

XXX: valor da dureza Vickers da amostra;HV: dureza Vickers;Q: carga de compresso da esfera em kgf;t: tempo de aplicao da carga em segundo.

Polimento at a lixa 1.000 ou com alumina; Fixao da amostra na mquina de ensaio;Seleo da carga a ser aplicada;Seleo do tempo de aplicao.

Acionamento do dispositivo para aplicar a carga;Medida das diagonais do quadrado impresso;Clculo da mdia das diagonais da impresso;Tabelas de converso do tamanho da impresso na dureza.

Escala contnua de dureza, medindo todas as gamas de valores de dureza numa nica escala;Impresses extremamente pequenas que no inutilizam a pea;Possibilita grande preciso de medida;O penetrador, por ser de diamante, praticamente indeformvel;

Utiliza apenas uma escala de dureza;Possvel a medida de todos os valores de dureza encontrados nos diversos materiais; Este ensaio aplica-se a materiais de qualquer espessura, e pode tambm ser usado para medir durezas superficiais;

Por outro lado, devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicao de carga, que alteram muito os valores reais de dureza. A preparao do corpo de prova para microdureza deve ser feita, obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-se, de preferncia, o polimento eletroltico, para evitar o encruamento superficial;

Quando se usam cargas menores do que 300 gf, pode haver recuperao elstica, dificultando a medida das diagonais;

A mquina de dureza Vickers requer aferio constante, pois qualquer erro na velocidade de aplicao da carga traz grandes diferenas nos valores de dureza.

A diferena entre o ensaio de dureza convencional e o de microdureza est na intensidade da carga usada para comprimir o penetrador.A marca deixada na superfcie da amostra pelo penetrador da mquina de ensaio de microdureza somente visvel no microscpio.

Determinao da dureza das camadas finas de revestimento;Determinao da dureza de constituintes individuais de uma microestrutura, de materiais frgeis, de peas pequenssimas ou extremamente finas; aplicvel a todos os tipos de materiais e no apenas aos metais.

Utiliza o mesmo mtodo de ensaio da dureza Vickers convencional.

Penetrador na forma de pirmide alongada.

A amostra deve ter uma superfcie plana e polida para permitir a visualizao da marca; Qualquer movimento da amostra durante a aplicao da carga pode danificar o penetrador;Quanto melhor o polimento da amostra mais fcil a leitura das dimenses da impresso por meio de um microscpio acoplado ao equipamento.

Para o clculo da dureza Knoop (HK) usa-se as expresses abaixo:

onde Ap a rea da indentao projetada (mm2), Q a carga aplicada em gf, Lm a diagonal maior da impresso em micrmetro, c uma constante do penetrador que relaciona a rea da deformao com o comprimento diagonal maior do penetrador.

Emprega-se a mesma equao usada na dureza Vickers e o resultado obtido na expresso abaixo tambm deve ser multiplicado por 1.000, pois a carga Q tambm em gramas-fora e o valor do comprimento da marca ( L ) em micrometro.

O esclermetro mede a dureza superficial do concreto e a correlaciona com a resistncia compresso desse concreto. muito usado em obras em execuo, para avaliar a resistncia de concretos cujos corpos de prova padro deram resultado abaixo do esperado.Tambm usado para estimar a resistncia do concreto de obras antigas .