O Ensaio de Dureza

A dureza é uma propriedade mecânica que mensura a resistência que oferecem os materiais sólidos a uma deformação plástica localizada.Desta forma, quando é realizado um ensaio de dureza, está sendo avaliada apenas a superfície do material e não as propriedades mecânicas do material como, por exemplo, a resistência à tração.

Figura 1 – Ensaio de dureza Brinell num engrenagem helicoidal.

(Fonte :https://i.ytimg.com/vi/G2JGNlIvNC4/maxresdefault.jpg– acessado em: 23/04/2017)

Apesar a dureza possa dar uma ideia das caraterísticas do material, e haja varias tabelas na literatura que correlacionam dureza e outras propriedades mecânicas dos materiais através de métodos empíricos, estas relações devem ser utilizadas com bastante cautela pois existem várias formas de definir sua dureza assim como vários métodos, os quais são escolhidos de forma relativamente arbitraria. Dependendo do material a ser medido ou até mesmo o segmento industrial onde se utiliza (metalurgia, mineração, fabricação de polímeros e borrachas, etc) se utilizam mais uns métodos que outros.

O ensaio de dureza é amplamente utilizado na área da metalurgia e da engenharia mecânica em departamentos de controle de qualidade para avaliar as caraterísticas de um material como, por exemplo, antes de realizar um processo de conformação ou depois, para verificar a efetividade de um tratamento térmico.

Principalmente, o ensaio de dureza pode ser realizado através de penetração, rebote e risco.

Dureza por penetração ou indentação

Nos ensaios de dureza por penetração ou indentação, se mede a resistência de um material de ser penetrado por uma peça (indentador) de outro material, a qual pressiona, com uma força controlada e durante um tempo estabelecido, a superfície do material a ser avaliado. É importante que a aplicação da carga seja numa velocidade baixa (velocidade determinada pela norma do ensaio) para não interferir na medida.

Embora haja vários métodos, o valor é oriundo da relação da força aplicada (que varia no tipo e norma de cada ensaio) e a área da superfície da impressão realizada pelo indentador na superfície do material.

Dureza Brinell

O ensaio de dureza brinell consiste em pressionar a superfície do material a ser ensaiado com uma esfera de aço de alta dureza ou carburo de tungstênio, originando uma impressão esférica correspondente à parte da esfera que penetra no material, conforme ilustrado na figura 2.

Figura 2 – Parametros e dimensões envolvidas no ensaio de dureza Brinel. (Adaptação fullmecanica.com/images/stories/d/dureza%20brinell.jpg – acessado em: 23/04/2017)

Ao dividir a carga aplicada P pela superfície da impressão feita pela esfera sobre a superfície obtemos o valor da dureza, quantificado pelo número de Brinell HB. Desta forma temos:

Eq.1 Hb=PπDh kgfmm2

A profundidade h da impressão mede-se através da máquina de ensaio, enquanto a carga aplicada é mantida para garantir um bom contato entre a esfera e o material.

Outra maneira de calcular o número de HB é dividindo o diâmetro d da impressão , o qual traz a vantagem de poder realizar varias medições como é necessário em microscópios. Neste caso, o diâmetro da impressão é resultado da média de duas leituras realizadas a 90º entre si. Logo, admitindo que:

Eq.2 h=D2-α=D2-D22-d22

Substituindo a Eq. 2 na Eq. 1 obtemos uma equação que determina o número de Brinell em função do diâmetro da impressão.

Eq.3 Hb=2PπD(D-D2-d2)

Na prática o número de Brinell pode ser achado em tabelas de forma direta apenas com o valor do diâmetro da impressão feita pelo indentador. Dependendo do material, a esfera produz uma caraterização e em outros uma depressão, conforme ilustrado na figura 3.

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Figura 3 – Variação das referencias das dimensões nas impressões com resultado de caraterização e depressão. (Adaptação: fullmecanica.com/images/stories/d/dureza%20brinell.jpg – acessado em: 29/04/2017)

Dureza Rockwell

Da mesma forma que no ensaio Brinell, a dureza Rockwell se determina a razão do grau de penetração na superfície do material ensaiado resultado da aplicação de uma carga determinada.

Diferentemente do ensaio Brinell, os indentadores de menores dimensões, os quais podem ser esferas de aço ou pontas de diamante com 120º de ângulo, e as cargas aplicadas são mais baixas resultando em impressões de menores dimensões. Ainda, o valor de dureza do ensaio Rockwell é dado pela própria máquina que realiza a medição através do relógio marcador da mesma (vide figura 4), dispensando o uso de nenhuma formula.

Figura 4 – Marcador de durometro de bancada Rockwell HRA, HRB e HRC. (Fonte: https://cdn3.bigcommerce.com/s-j9r5cx/product_images/uploaded_images/7de9e6d13508169bd5be09c3b5597e8b.png – acessado em: 29/04/2017)

Na figura 5 se ilustra a operação de ensaio de dureza Rockwell, onde aplica-se uma carga inicial de 10kg, a qual causa uma penetração A que posiciona o indentador sobre o material. O indicador do relógio marcador vai até a marca zero, isto é, se adota a referencial inicial pela qual será realizada a medição da impressão e se aplica a carga adicional, a qual é de 50 ou 90 kg quando utilizado um indentador esférico de aço e de 140 kg quando se utiliza uma ponta de diamante.

Figura 5 –Sequencia de ensaio de dureza Rockwell(Adaptação: https://www.emcotest.com/fileadmin/_processed_/csm_Rockwell_Functional_Principle_6ffa9340a0.jpg – acessado em: 07/05/2017)

Na tabela a continuação enumera-se as aplicações usuais em processos industriais para medição de dureza Rockwell normal (tabela 1) onde utilizam-se as cargas anteriormente citadas ( precarga de 10kg e cargas de 60, 100 ou 150 kg) e dureza Rockwell superficial (tabela 2), onde a precarga é de 3 kg e a cargas variando entre 15, 30 e 45 kg.

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Tabela 1 –Escala de dureza Rockwell normal e respectivas aplicações (Fonte: