Conceito do DurezaDureza a propriedade de um material (no estado slido) que permite a ele resistir deformao plstica, usualmente por penetrao.Dureza expressa sua resistncia a deformaes permanentes e est diretamente relacionada com a fora de ligao dos tomos.

O termo dureza tambm pode ser associado resistncia flexo, risco, abraso ou corte.

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

1. Conhecimento da resistncia ao desgaste; 2. Conhecimento aproximado da resistncia mecnica (resistncia a trao) atravs do uso de tabelas de correlao; 3 .Controle de qualidade de tratamentos trmicos; 4. Controle de qualidade em processos de conformao plstica e em processos de ligao.

AplicaesEsse ensaio amplamente utilizado na indstria de componentes mecnicos, tratamentos superficiais, vidros, e laminados devido vantagem de fornecer dados quantitativos das caractersticas de resistncia deformao permanente das peas produzidas. utilizado como um ensaio para o controle das especificaes da entrada de matria prima e durante as etapas de fabricao de componentes; Deve-se observar que os resultados fornecidos pela medida de dureza devem variar em funo de tratamentos sofridos pela pea ( tratamentos termoqumicos, tratamento trmicos, etc.).

Medio de DurezaA dureza no uma propriedade intrnseca do material, ditada por definies precisas em termos de unidades fundamentais de massa, comprimento e tempo. Um valor da propriedade de dureza o resultado de um procedimento especfico de medio.

Durmetro

Medio de DurezaNos materiais metlicos, a dureza pode ser alterada por tratamentos trmicos especiais, adio de solutos (elementos qumicos), trabalho mecnico a frio (encruamento), tratamentos trmicos especficos. Ao temperado maior dureza Ao encruado maior dureza maior dureza Ao com maior quantidade de C maior dureza

IntroduoVantagens Rapidez de execuo; Baixo custo dos equipamentos envolvidos.

Mtodos de medio Risco (escala de dureza de MOHS); Ressalto (mtodo SHORE); Penetrao (BRINNEL, VICKERS, ROCKWELL).

Ensaio de DurezaConsiste na impresso de uma pequena marca (endentao), feita na superfcie da pea, pela aplicao de presso com uma ponta de penetrao (endentador);A medida da dureza do material ou da dureza superficial dada como funo das caractersticas da marca de impresso, e da carga aplicada em cada tipo de ensaio de dureza realizado.

Mtodos de DurezaPara materiais mais 'moles' como borrachas e plsticos, a dureza usualmente determinada por choque, onde um instrumento causa impacto sobre a superfcie do material. Parte da energia do choque usada para a medida da dureza.

Por razes prticas e de calibrao, cada um dos mtodos divido em campos de escala, definidos por uma combinao de carga aplicada e geometria do endentado.

Mtodos de DurezaOs mtodos de medio de dureza mais utilizados so 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 Escleroscpio -Escala Shore- Durmetro

Mtodos de DurezaDureza por risco (dureza Mohs)Esse tipo de dureza pouco utilizado para materiais metlicos, sendo sua maior utilizao na rea de mineralogia. Entre os ensaios por risco a dureza Mohs a mais conhecido e consiste numa escala de 10 minerais padres, onde o mais duro o diamante e risca todos os demais minerais. O mais mole (dureza 1) o silicato de magnsio (talco), este no tem condies de riscar nenhum material.

Mtodos de DurezaOs intervalos da escala no so de mesmo valor, isto , o intervalo entre 9 e 10 muito maior do que entre 1 e 2. A dureza determinada pela pesquisa de qual mineral da escala padro o material de teste risca ou no risca. A dureza do material de teste fica entre os dois pontos da escala, sendo o primeiro o mineral riscado pelo material de teste e o segundo o mineral no arranhado pelo material de teste.

Mtodos de DurezaMtodos similares de avaliao de dureza relativa so ainda utilizados atualmente. Um exemplo o teste da lima, onde uma lima temperada numa dureza desejada friccionada na superfcie do material a testar. Se a lima desliza sem morder ou marcar a superfcie, o material considerado mais duro que a lima. Caso contrrio, o material menos duro que a lima.

Mtodos de DurezaDureza por rebote (Shore) O equipamento de dureza Shore leve e porttil, sendo adequado determinao de dureza de peas grandes. Ex.: borrachas, polmeros, elastmeros e para ensaios em campo.

Mtodos de DurezaEntre as precaues que devem ser tomadas para a realizao do ensaio, importante que a superfcie do material esteja limpa e lisa, e que o aparelho esteja na posio vertical e perpendicular a superfcie. Esse ensaio indicado para materiais macios como borracha. Pode ser utilizado para peas como ao temperado, aos cementados e outros materiais de alta dureza, porm a confiabilidade baixa.

Mtodos de DurezaO mtodo mais comum de obteno do valor de dureza medir a profundidade ou rea deixada por um instrumento de endentao de formato especfico sobre o material, usando-se para tal uma fora definida, aplicada durante um tempo especfico. Esse tipo de ensaio denominado dureza por penetrao.

Mtodos de DurezaDureza por penetraoPara os metais, uma medida da resistncia do material deformao plstica localizada.

Neste tipo de dureza, um pequeno endentador forado contra a superfcie do material a ser testado, sob condies controladas de carga e taxa de carregamento. A profundidade ou tamanho da endentao resultante medida, que ento relacionada a um nmero de dureza; quanto mais macio o material, mais larga ou mais profunda a endentao, e menor o nmero de dureza.

Ensaio BrinellDescrioO mtodo de teste de dureza Brinell consiste em endentar o material com uma esfera de ao endurecido ou metal duro com 10 mm de dimetro com uma carga de 3000 kg. Para materiais mais moles a carga pode ser reduzida para 1500 kg ou 500 kg para reduzir endentao excessiva. A carga total normalmente aplicada por 10 ou 15 segundos no caso de ferro fundido ou ao, e pelo menos durante 30 segundos para outros metais.

Ensaio Brinell

Endentador: CW (carboneto de tungstnio)

Ensaio Brinell

Ensaio Brinell

Onde D o dimetro da esfera e Di o dimetro da impresso, ou da endentao. O dimetro da impresso a mdia de duas leituras tomadas em ngulo reto, porm na utilizao do ensaio a aplicao da relao que calcula o valor da dureza desnecessria, j que existem tabelas preparadas para fornecer o mesmo a partir dos dimetros da impresso formada.

Ensaio Brinell prtica usual (ASTM E10-93) utilizar as denotaes HB no caso de esfera de ao e HBw no caso de carboneto de tungstnio, sendo que a escolha depende da faixa de dureza do material a submetido a ensaio. O tempo de aplicao da carga da ordem de 10 a 15 segundos. Tanto a carga quanto o dimetro da esfera dependem do material, devendo tais parmetros serem adequados ao tamanho, espessura e estrutura interna do CP. Na prtica, utilizam-se com maior freqncia esferas com dimetro de 10 mm (aos em geral).Endentao (mm) Ferros fundidos: 30 Aos em geral: 10 Ligas de Cu e Al: 5 Ligas de Pb e Sn:2.5

Ensaio BrinellExemplo de microestruturas de materiais tpicos utilizados para ensaio HB.

Ensaio BrinellNa maioria dos ensaios (materiais com valores de dureza Brinell at 450 HB), utiliza-se uma carga de 3000 Kgf). Entretanto, para metais mais moles utilizam-se cargas de 1500 Kgf ou 500 Kgf, para evitar a formao de uma impresso muito profunda.

J no caso de materiais muito duros (dureza entre 450 e 650 HB) utiliza-se esfera de carboneto de tungstnio para evitar deformao na esfera padronizada.

Ensaio BrinellO dimetro da impresso formada deve ser medido por meio de microscpio ou lupa graduada e por duas leituras, sendo uma a 90 da outra, visando minimizar leituras errneas e resultados imprecisos.Os equipamentos atuais, em geral, so microprocessados e eliminam o passo da leitura da endentao, apresentando o resultado final em display.Endentao

Ensaio BrinellPara se evitar danos ao equipamento e garantir resultados adequados, deve-se sempre observar sistemas de fixao e apoio das peas, garantindo que o endentao penetre perpendicularmente na superfcie da pea sem que esta sofra movimentos ou deslocamentos durante a penetrao.

Ensaio BrinellA norma brasileira para a realizao do ensaio a NBR 6394 e a norma internacional de maior utilizao no pas a ASTM E10-93.Devido ao tamanho da impresso formada, o ensaio pode ser considerado destrutivo. O penetrador deve ser polido e isento de defeitos na superfcie, e a superfcie do CP deve estar liso e isento de substncias como xidos, carepas, sujeiras, leos e DEVE ESTAR PLANA (bem apoiada sobre o suporte).

Ensaio BrinellComo a impresso formada abrange uma rea maior do que as dos outros ensaios de dureza, a nica indicada para materiais com estrutura interna no-uniforme (ferro fundido cinzento). Por outro lado, o grande tamanho da impresso pode impedir o uso desse teste com peas pequenas.No um ensaio de dureza adequado para caracterizar peas que tenham sofrido tratamentos trmicos superficiais (cementao), pois a penetrao pode ultrapassar a camada cementada, e gerar erros nos valores obtidos.

Ensaio BrinellVantagens e Desvantagens Comparada a outros mtodos, a esfera do teste Brinell provoca a endentao mais profunda e mais larga. Com isto a dureza medida no teste abrange uma poro maior de material, resultando numa mdia de medio mais precisa, tendo em conta possveis estruturas policristalinas e heterogeneidades do material.

Este mtodo o melhor para a medio da dureza macro-dureza de um material, especialmente para materiais com estruturas heterogneas.

Ensaio BrinellCorrelao entre dureza Brinell e limite de resistncia trao convencionalA existncia de relaes que permitam converter dureza em tenso til em situaes onde necessria uma estimativa da resistncia de um material e no se dispe de uma maquina de ensaio de trao. Existem relaes experimentais que, embora no sejam necessariamente precisas, constituem ferramentas teis nesse sentido, como a relao entre dureza Brinell e o limite de resistncia a trao:

= 3,60 (para aos ao carbono)

Ensaio VickersDescrio um mtodo semelhante ao ensaio de dureza Brinell, j que relaciona carga aplicada com a rea superficial da impresso. O penetrador padronizado uma pirmide de diamante de base quadrada e com ngulo de 136 entre faces opostas.

Esse ngulo foi escolhido em funo de sua proximidade com o ngulo formado no ensaio Brinell entre duas linhas tangentes s bordas da impresso e que partem do fundo desta impresso.

Ensaio VickersDescrioA carga plena aplicada normalmente durante um tempo de 10 a 15 segundos.

As duas diagonais da endentao deixadas na superfcie do material depois da remoo da carga so medidas usando-se uma rgua acoplada ao duromtro ou um microscpio.

Ensaio Vickers

Ensaio VickersA escolha da carga aplicada depende da maquina. Sempre se busca uma carga que possa fornecer uma endentao suficiente para que se tenha uma boa leitura da mesma. Pode-se utilizar do mnimo at o mximo que a mquina pode oferecer. O mais comum utilizar uma carga de 30 Kgf para aos, pois essa uma carga que, geralmente, obtm-se boas leituras de endentaes.

Ensaio Vickers

Onde: F = a carga em Kgf d = a medida aritmtica entre duas diagonais, d1 e d2 em mm HV = a dureza Vickers

Ensaio VickersCalculada a mdia das diagonais da endentao, a dureza Vickers pode ser calculada pela frmula anterior. O uso de tabelas de clculo tambm comum. A dureza Vickers deve ser representada na seguinte forma: 400HV/30.O formato significa que foi obtido um valor de dureza de 400 atravs do mtodo Vickers (HV), usando uma carga de 30 kgf.

Ensaio VickersComo o penetrador indeformvel, a dureza obtida independe da carga utilizada, devendo apresentar o mesmo nmero representativo da dureza. A designao da dureza formada pelo valor da dureza seguida pelo smbolo HV.

Ensaio VickersComparao entre tamanhos de impresses das durezas Vickers e Brinell.

MicrodurezaMicrodureza Em algumas situaes prticas ocorre a necessidade da determinao da dureza de pequenas reas do corpo-deprova. A medida do gradiente de dureza que se verifica em superfcies cementadas e tratadas termicamente (tmpera por induo), a determinao da dureza individual de microconstituintes de uma estrutura metalogrfica, so alguns exemplos destas situaes.

MicrodurezaO ensaio produz uma impresso microscpica e se utiliza de penetradores de diamante e cargas menos que 1 kgf.

Existem dois mtodos de medida de microdureza: Knoop Vickers

MicrodurezaA microdureza Vickers utiliza o mesmo procedimento descrito anteriormente, enquanto que a microdureza Knoop utiliza um penetrador de diamante na forma de uma pirmide alongada, que provoca uma impresso onde a diagonal maior e a diagonal menor apresentam uma relao de 7:1.

MicrodurezaImpresses feitas cruzando uma camada temperada (endurecida) em uma amostra de ao. Impresses Knoop em camadas de Ni, Cu e no metal base (ao), respectivamente, de cima para baixo.

Impresses Vickers em cobre infiltrado em um ao que sofreu processo de sinterizao por metalurgia do p.

MicrodurezaA rea da impresso obtida no ensaio Knoop cerca de 15% da rea correspondente no ensaio Vickers, enquanto que a profundidade da impresso menor que a metade. O ensaio Knoop permite a determinao de dureza de materiais muito frgeis como vidro, e de camadas finas como pelculas de tinta ou camadas eletrodepositadas. Os ensaios de microdureza requerem uma preparao cuidadosa do CP, sendo recomendvel o polimento com pano de 1 m e embutimento da amostra em baquelite.

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

Endentao em ao, 1060 HV (fase clara carboneto de cromo), 588 HV (fase escura perlita).

MicrodurezaLiga de AL-Si Hipoeuttico. Fase clara (rica em Al). Fase escura (Euttico).

Liga de Al-Si Hipereuttico. Fase clara (rica em Si). Fase escura (Euttico) Destaque a rachadura do bloco de Si aps endentao.

Ensaio VickersVantagens aplicvel a todos os materiais metlicos, de qualquer dureza, muito finos, pequenos e irregulares; indicado para o levantamento de curvas de profundidade de tratamentos superficiais como tempera e cementao; A escala de dureza contnua; As impresses deixadas no material so extremamente pequenas; A deformao do penetrador nula; Oferece grande preciso de medidas. Desvantagens Regulao de velocidade mais crtica (mais demorado); Superfcie muito mais cuidada (maiores ampliaes); Ensaio globalmente menos econmico.

Ensaio RockwellConceitoO ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido rapidez e facilidade de execuo, iseno de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenas de durezas e pequeno tamanho da impresso. Esse tipo de ensaio de dureza utiliza-se da profundidade da impresso causada por um penetrador sob a ao de uma carga, como indicador da medida de dureza, e no h relao com a rea da impresso, como no caso da Brinell.

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

Os mais utilizados so o Rockwell A e C (aos temperados).

Ensaio RockwellDescrio 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.

Ensaio RockwellDescrio Ainda com a pr-carga aplicada, uma segunda carga introduzida, aumentando a penetrao. Atingido novamente o equilbrio a carga removida, mantendo-se a pr-carga.

A remoo da carga provoca uma recuperao parcial, reduzindo a profundidade da penetrao.O aumento permanente na profundidade da penetrao resultante da aplicao e remoo da carga usado para calcular o valor da dureza Rockwell.

Ensaio RockwellDescrio

Ensaio RockwellQuando se utiliza o penetrador cnico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta.

Ao se usar o penetrador esfrico, fazse a leitura do resultado na escala vermelha.Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor dado diretamente na escala determinada.

Ensaio RockwellO penetrador tanto pode ser um diamante esferocnico com ngulo de 120 e ponta ligeiramente arredondada, como uma esfera de ao endurecido, geralmente de dimetro 1,59 mm. Utilizam-se pr-carga de 10 Kgf e fora total de 60 Kgf, 100 Kgf e 150 Kgf. A aplicao da pr-carga necessria para eliminar a ao de eventuais defeitos superficiais, ajudar na fixao do CP no suporte, alm de causar pequena deformao permanente, eliminando erros devido deformao elstica.

Ensaio RockwellO valor indicado na escala do mostrador o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde profundidade alcanada pelo penetrador, subtradas a recuperao elstica do material, aps a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicao da pr-carga.

Em outras palavras: a profundidade da impresso produzida pela carga maior a base de medida do ensaio Rockwell.

Ensaio RockwellA seguir a representao esquemtica da profundidade produzida por um penetrador cnico de diamante.

Ensaio RockwellConcluso:

A escala do mostrador construda de tal modo que uma impresso profunda corresponde a um valor baixo na escala e uma impresso 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 RockwellPode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de mquinas, ambas com a mesma tcnica de operao, que diferem apenas pela preciso de seus componentes.A mquina padro mede a dureza Rockwell normal e indicada para avaliao de dureza em geral.

A mquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial, e indicada para avaliao de dureza em folhas finas ou lminas, ou camadas superficiais de materiais.Na mquina Rockwell normal, cada diviso da escala equivale a 0,02 mm; na mquina Rockwell superficial, cada diviso equivale a 0,01 mm.

Ensaio RockwellAs escalas de dureza Rockwell foram determinadas em funo do tipo de penetrador e do valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma prcarga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf.

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

Ensaio Rockwell

Ensaio Rockwell

Ensaio Rockwell

Ensaio RockwellO nmero de dureza Rockwell deve ser seguido pelo smbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Veja, por exemplo, a interpretao do resultado 64HRC: 64 o valor de dureza obtido no ensaio;

HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; a ltima letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada.

Ensaio RockwellVantagens do mtodo Rockwell em relao ao Brinell Rapidez na execuo; Maior exatido e iseno de erros pessoais, j que no exige leitura do tamanho da impresso; Possibilidade de maior utilizao para materiais duros; Pequeno tamanho de impresso (os componentes podem ser testados sem causar danos).