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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
ENSAIO DE DUREZA
Disciplina: Mecânica dos Materiais
Professor: Edilson Roth
Alunas: Piero Pietro Paruchi
Thiago Evaristo Wenceslau Moreno
PONTA GROSSA
2009
Existem vários modos de definir dureza, como:
Habilidade de um material absorver energia sem fraturar;
Medida da resistência de um material a uma deformação plástica
localizada (por exemplo, uma pequena impressão ou um risco);
Propriedade mecânica largamente utilizada na especificação de
materiais, nos estudos e pesquisas mecânicas e metalúrgicas e na
comparação de diversos materiais.
O módulo de dureza é a densidade de energia de deformação quando o
material é tensionado até o ponto de fratura. Quanto maior o módulo de
dureza maior a habilidade de o material absorver energia sem fraturar.
A técnica é baseada em um pequeno penetrador que é forçado contra a
superfície de um material a ser testado, sob condições controladas de carga
e taxa de aplicação. Faz-se a medida da profundidade ou do tamanho da
impressão resultante, a qual por sua vez é relacionada a um número índice
de dureza. Quanto mais macio o material, maior e mais profunda é a
impressão e menor é o índice de dureza. As durezas medidas são apenas
relativas e não absolutas, devendo tomar cuidado para não comparar valores
determinados com técnicas diferentes.
Os ensaios de dureza são realizados com mais freqüência do que
qualquer outro ensaio mecânico por:
serem mais simples e baratos;
serem não destrutivos (não fratura o corpo de prova e é pouco
deformado sofrendo apenas uma pequena impressão);
outras propriedades mecânicas poderem ser estimadas a partir de dados
obtidos para ensaios de dureza como o limite de resistência e a
tração.
Sendo dividido em três tipos de ensaio:
Por Penetração
Por Choque
Por Risco
Sendo o ensaio por penetração o mais utilizado, por ser mais viável e
oferecer bons resultados. O ensaio por choque é pouco utilizado por ser um
método muito sensível a erros, sendo que o ensaio por risco não é utilizado
por ser muito impreciso.
Por Penetração:
1 - Dureza Brinell
È o tipo de dureza mais utilizado na área de engenharia sendo
simbolizada por HB. Consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço de
diâmetro D sobre a superfície plana, polida e limpa de um metal através de
uma carga Q, durante um tempo t. Essa compressão provocara uma impressão
permanente no metal com formato de uma calota esférica, tendo um diâmetro
d. o valor de d deve ser tomado como a media de duas leituras feitas a 90°
uma da outra. A dureza Brinell é definida como N/ mm² ou kgf/ mm², como o
quociente entra a carga aplicada pela área de contato (área superficial)
Sc, a qual é relacionada com os valores D e d conforme a expressão:
HB = Q = Q = 2Q .
Sc π D p π D (D - D² - d²)
Sendo p a profundidade da impressão.
Este ensaio é efetuado com a aplicação de uma carga padrão de 500 a
3.000 kgf, sobre uma esfera de aço duro, 10 mm de diâmetro, a qual está em
contato com o material de ensaio.
Após 10 a 30 segundos a carga é retirada e a impressão que se forma no
corpo de prova é medida por um microscópio calibrado. O valor assim obtido
aplicado a formula Brinell ou usado numa tabela já preparada da o valor da
dureza.
2 - Dureza Rockwell
Simbolizada por HR. Difere fundamentalmente do ensaio de dureza
Brinell pelo fato de eliminar o tempo necessário para medição de qualquer
dimensão da impressão causada, pois o resultado é direto e automaticamente
lido na máquina de ensaio, sendo assim mais rápido e livre de erros
pessoais. Usando penetradores pequenos, que podem ser cones de diamante com
120° de conicidade ou esferas de aço temperado, a impressão pode muitas
vezes não prejudicar a peça ensaiada e podendo também indicar pequenas
diferenças de dureza numa mesma região de uma peça.
O penetrador é em primeiro lugar aplicado à superfície do material de
ensaio sob uma carga secundária de 10 kgf, sendo o objetivo penetrar nas
imperfeições da superfície da peça. Após a carga de 10 kgf ser aplicada, um
braço é acionado para aplicar a carga principal. Um mostrador graduado na
máquina indica em escalas de dureza Rockwell, baseadas na profundidade da
penetração sendo designadas por letras (A, B, C etc.), as quais devem
sempre aparecer após a sigla HR para diferenciar e definir a dureza, a
diferença em profundidade de penetração causada pelas cargas principal e
secundária.. O número obtido de dureza é adimensional. O ensaio pode ser
realizado em dois tipos de máquina que se diferenciam pela precisão dos
componentes, tendo ambas a mesma técnica de operação: máquina padrão mede
dureza Rockwell comum e a máquina mais precisa, dureza Rockwell
superficial.
3 - Dureza Vickers
O ensaio de dureza Vickers também emprega o princípio de penetração. O
penetrador é uma pequena pirâmide de diamante, cujo ângulo ao vértice é de
136°. A carga aplicada no penetrador pode ser variada entre 1 a 120 kgf por
acréscimos selecionados. A dureza é determinada colocando um microscópio
sobre a impressão. Entrando numa tabela preparada, pode-se obter o valor da
dureza; ou pode-se usar a seguinte expressão:
Dureza Vickers = 1,8544 carga (kgf) (N/mm² ou kgf/mm²)
diagonal² (mm²)
As vantagens deste método são: expressões extremamente pequenas que
não inutilizam a peça; escala contínua; grande precisão de medida;
deformação nula do penetrador; existência de apenas uma escala de dureza,
aplicação para toda a gama de dureza encontradas nos diversos materiais;
aplicação em qualquer espessura de material, podendo, portanto medir também
durezas superficiais.
O ensaio é, porém mais demorado e exige uma preparação cuidadosa do
material a ser ensaiado para tornar nítida a impressão. Metais recozidos
resultam numa diagonal maior que a real, e os encruados, menor.
4 - Microdureza
Projetado para medir a dureza de micro constituintes, isolados, e de
metais de secções extremamente finas. O penetrador é uma ponta de diamante
de alta precisão tendo três facetas em ângulos retos uma com a outra
(representando a aresta de um cubo perfeito). A leitura da microdureza é
determinada medindo-se a largura da impressão com um microscópio calibrado.
Quando se emprega esta forma de penetrador, a dureza é inversamente
proporcional ao quadrado da largura da impressão.
Por Choque
É um ensaio dinâmico que produz a impressão num corpo de prova por
meio de um penetrador que bate na sua superfície plana. Esse choque pode
ser produzido por meio de um pêndulo ou por quedo livre de um êmbolo, tendo
na ponta o penetrador. Pela altura padronizada de queda do êmbolo (h), com
um penetrador piramidal da ponta, de modo a não haver quase ressalto do
penetrador.
