DUREZA

Introdução

A propriedade mecânica de dureza é de extrema importância na área de ciência dos materiais. Ela define a resistência de um material à deformação plástica, indicando sua capacidade de resistir a riscos, abrasões e penetrações. Neste artigo, exploraremos em detalhes o conceito de dureza, sua medição, diferentes tipos e sua relevância na indústria. Além disso, apresentaremos exemplos de materiais com alta e baixa dureza para ilustrar sua importância prática.

Definição de Dureza

A dureza é uma propriedade mecânica que mede a resistência de um material à deformação plástica. Em termos mais simples, ela indica a resistência de um material a ser arranhado, cortado ou penetrado. Materiais duros são mais difíceis de deformar, enquanto materiais macios são facilmente deformados.

O conceito de dureza está relacionado à capacidade de um material resistir a forças externas sem falhar. Ela está diretamente ligada a outras propriedades mecânicas, como a resistência, tenacidade e elasticidade. A dureza é uma característica essencial para determinar a adequação de um material para uma determinada aplicação.

Medição de Dureza

A medição da dureza é realizada por meio de ensaios específicos que envolvem a aplicação de carga sobre a superfície do material. Esses ensaios geram uma impressão ou penetração no material, que é medida e usada para determinar a dureza. Existem vários métodos de teste de dureza disponíveis, cada um adequado para diferentes tipos de materiais e condições de teste.

Medição e Importância

O ensaio de dureza é uma técnica utilizada para medir a resistência de um material à deformação plástica permanente. Ele fornece informações importantes sobre a durabilidade e a resistência de um material, permitindo que sejam tomadas decisões fundamentadas na seleção de materiais para diferentes aplicações industriais. Neste artigo, exploraremos os diferentes tipos de ensaio de dureza, como eles são medidos e a importância desse ensaio na indústria.

Como medir a dureza?

A dureza  de um material pode ser medida por meio de vários métodos. A medição da dureza envolve a aplicação de uma carga controlada sobre a superfície do material e a avaliação da indentação resultante. 

Os métodos de medição de dureza mais comuns incluem ensaio de dureza: 

• Brinell 
• Vickers 
• Rockwell 
• Shore 
• Knoop. 

Tipos de Dureza e sua utilização 

Existem diferentes tipos de dureza utilizados para medir a resistência de materiais. Os principais são:

• Dureza Brinell: A dureza Brinell é amplamente utilizada para materiais metálicos. Ela é expressa como o resultado da divisão da carga aplicada pela área da impressão deixada pela esfera de aço endurecido. O valor da dureza Brinell é indicado por uma escala numérica, geralmente representada como HB.
• Dureza Vickers: A dureza Vickers é frequentemente usada para medir a dureza de cerâmicas, metais duros e materiais finos. É calculada pela divisão da carga aplicada pela área da impressão deixada pelo diamante piramidal. O valor da dureza Vickers é representado por uma escala numérica, geralmente representada como HV.
• Dureza Rockwell: A dureza Rockwell é amplamente utilizada na indústria para medir a dureza de diferentes materiais, incluindo metais, plásticos e borrachas. É determinada pela profundidade de penetração do penetrador em uma escala pré-calibrada. A dureza Rockwell é representada por uma combinação de letras e números, como HRA, HRB ou HRC.
• Dureza Shore: É usada principalmente para medir a dureza de materiais elastoméricos, como borrachas. O teste Shore mede a resistência à penetração de uma ponta hemisférica em diferentes graus de dureza.
• Dureza Knoop: É semelhante ao ensaio Vickers, mas usa uma pirâmide alongada de diamante como penetrador. A dureza Knoop é determinada pela medição da área da impressão deixada pela pirâmide no material.

Cada um desses métodos possui suas próprias características e faixas de aplicação.

Vídeo : Ensaios de dureza Rockwell, Vockers e Brinell 

Processo de Medição da Dureza: Etapas e Detalhes

A medição da dureza de um material envolve uma série de etapas cuidadosamente executadas para garantir resultados precisos e confiáveis. Aqui estão as principais etapas do processo de medição da dureza:

Preparação da Superfície: Antes de realizar o ensaio de dureza, a superfície do material deve ser preparada adequadamente. Isso pode envolver o polimento, retificação ou limpeza da superfície para remover irregularidades, oxidação ou camadas indesejadas que possam interferir na medição.

Seleção do Método de Ensaio: Com base no tipo de material e na faixa de dureza esperada, é selecionado o método de ensaio de dureza apropriado, como Brinell, Vickers, Rockwell, Shore ou Knoop.

Preparação do Equipamento: O equipamento de ensaio de dureza deve ser configurado corretamente de acordo com o método escolhido. Isso pode incluir a calibração do equipamento, ajuste da carga aplicada e preparação do penetrador apropriado.

Aplicação da Carga: A carga específica é aplicada à superfície do material por meio de um penetrador adequado. A carga pode ser aplicada de forma estática (como no ensaio Brinell e Vickers) ou dinâmica (como no ensaio Rockwell e Shore).

Avaliação da Indentação: Após a aplicação da carga, é feita a avaliação da indentação resultante na superfície do material. Isso envolve a medição das dimensões da indentação, como diâmetro, comprimento ou profundidade, dependendo do método de ensaio utilizado.

Cálculo da Dureza: Com base nas dimensões da indentação, é realizado o cálculo da dureza usando fórmulas específicas para cada método de ensaio. Essas fórmulas relacionam as dimensões da indentação com a carga aplicada para determinar a dureza do material.

Registro dos Resultados: Os resultados da medição de dureza são registrados, incluindo os valores obtidos e quaisquer observações relevantes. Essas informações podem ser usadas para análise posterior, controle de qualidade e comparação com as especificações exigidas.

É importante observar que cada método de ensaio de dureza possui suas próprias etapas específicas e considerações adicionais. Além disso, a interpretação dos resultados deve levar em conta os fatores de influência, como a rugosidade da superfície, a homogeneidade do material e a seleção adequada das cargas e penetradores.

O processo de medição da dureza requer habilidade técnica, precisão e atenção aos detalhes para garantir resultados confiáveis. Portanto, é recomendado que os ensaios de dureza sejam realizados por profissionais treinados e utilizando equipamentos de qualidade.

A importância do ensaio de dureza

O ensaio de dureza desempenha um papel crucial na indústria, fornecendo informações valiosas sobre a resistência e a durabilidade dos materiais. Algumas das principais razões pelas quais o ensaio de dureza é importante incluem:

Controle de qualidade: O ensaio de dureza é usado para garantir que os materiais atendam aos padrões de qualidade exigidos, evitando falhas prematuras ou quebras durante o uso.

Seleção de materiais adequados: O conhecimento da dureza de um material permite selecionar o material mais adequado para uma determinada aplicação. Materiais mais duros podem ser escolhidos quando a resistência é essencial, enquanto materiais mais macios podem ser selecionados quando a maleabilidade é uma preocupação.

Durabilidade e resistência: A medição da dureza é fundamental para avaliar a durabilidade e a resistência dos materiais em diferentes condições de trabalho. Materiais mais duros tendem a ser mais resistentes à abrasão, impacto e deformação.

Materiais com Alta Dureza

A alta dureza é uma propriedade desejável em diversos materiais, pois confere resistência e durabilidade. Abaixo, apresentaremos alguns exemplos de materiais com alta dureza, juntamente com seus valores de dureza em escalas comumente utilizadas.

• Aço Inoxidável: O aço inoxidável é um material amplamente utilizado devido à sua excelente resistência à corrosão e alta dureza. Ele é composto principalmente por ferro, cromo e outros elementos de liga. A dureza do aço inoxidável pode variar dependendo da composição específica e do tratamento térmico aplicado.
• Aço inoxidável austenítico: apresenta dureza na faixa de 150 a 200 HB (escala Brinell) e 70 a 80 HRA (escala Rockwell A).
• Aço inoxidável martensítico: possui dureza entre 400 e 600 HB (escala Brinell) e 40 a 60 HRC (escala Rockwell C).
• Titânio: O titânio é um metal leve, resistente à corrosão e com alta dureza. Ele é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, automotiva e médica, devido à sua excelente relação resistência-peso. A dureza do titânio pode variar dependendo da sua liga e tratamento térmico.
• Titânio comercialmente puro: apresenta dureza na faixa de 150 a 300 HB (escala Brinell).
• Liga de titânio Ti6Al4V: possui dureza entre 330 e 440 HB (escala Brinell) e 32 a 36 HRC (escala Rockwell C).
• Cerâmica: A cerâmica é um grupo diversificado de materiais inorgânicos, que podem ter alta dureza e resistência ao desgaste. Alguns exemplos de cerâmicas com alta dureza são:
• Carbeto de silício (SiC): possui dureza entre 2.500 e 3.000 HV (escala Vickers).
• Nitreto de boro cúbico (c-BN): apresenta dureza na faixa de 2.000 a 4.000 HV (escala Vickers).
• Óxido de alumínio (Al2O3): possui dureza entre 1.200 e 2.000 HV (escala Vickers).

É importante ressaltar que os valores de dureza podem variar de acordo com as condições de teste e a composição específica de cada material. Os exemplos acima fornecem uma visão geral das faixas de dureza encontradas em materiais com alta dureza.

Materiais com Baixa Dureza

• Borracha: A borracha é um material com baixa dureza, o que lhe confere uma excelente capacidade de absorção de impactos e flexibilidade. Sua dureza é geralmente medida em uma escala Shore, que varia de 0 a 100. Alguns exemplos de borrachas com diferentes durezas são:
• Borracha natural: possui dureza entre 30 e 50 Shore A.
• Borracha de silicone: apresenta dureza na faixa de 20 a 80 Shore A, dependendo da formulação.
• Alumínio: O alumínio é um metal leve com baixa dureza, especialmente quando comparado a outros metais. A dureza do alumínio pode variar dependendo da sua liga e tratamento térmico.
• Alumínio comercialmente puro: possui dureza na faixa de 20 a 30 HB (escala Brinell).
• Liga de alumínio 6061: apresenta dureza entre 60 e 75 HB (escala Brinell).
• Madeira: A madeira é um material natural com baixa dureza, sendo facilmente moldável e trabalhável. A dureza da madeira pode variar amplamente dependendo da espécie.
• Pinho: possui dureza na faixa de 1 a 4 HB (escala Brinell).
• Carvalho: apresenta dureza entre 2 e 5 HB (escala Brinell).

É importante ressaltar que a dureza dos materiais com baixa dureza é geralmente medida em escalas diferentes daquelas utilizadas para materiais metálicos e cerâmicos. As escalas Shore e Brinell são comumente usadas para medir a dureza de borrachas e madeiras, respectivamente.

Outros  exemplos, nomes, valores e descrição de materiais que podem ser medidos através do Ensaio de Dureza

O ensaio de dureza é uma ferramenta amplamente utilizada para medir a resistência de diversos materiais. Aqui estão alguns exemplos de materiais com seus respectivos valores de dureza e uma breve descrição:

• Aço carbono: O aço carbono é um material comumente utilizado em aplicações industriais. Dependendo da composição e do tratamento térmico, os valores de dureza do aço carbono podem variar. Por exemplo, o aço carbono comum apresenta uma dureza Brinell média de 120 a 200 HB (Hardness Brinell).
• Alumínio: O alumínio é amplamente utilizado em várias indústrias devido à sua baixa densidade e boa resistência à corrosão. O valor típico de dureza Brinell para o alumínio é de cerca de 60 a 100 HB.
• Cobre: O cobre é conhecido por sua excelente condutividade elétrica e térmica. A dureza do cobre pode variar dependendo da liga. Por exemplo, a dureza do cobre eletrolítico (Cu-ETP) é geralmente de 40 a 55 HB.
• Vidro: O vidro é um material não metálico com propriedades únicas. Embora o vidro não seja uma substância dúctil e, portanto, não seja facilmente medido por ensaios de dureza tradicionais, existem métodos específicos, como o ensaio de dureza Knoop, que podem ser aplicados. O valor típico de dureza do vidro é de cerca de 500 a 600 HK (Hardness Knoop).
• Cerâmica: A cerâmica engloba uma ampla variedade de materiais, desde cerâmicas tradicionais até materiais avançados. Os valores de dureza da cerâmica podem variar consideravelmente. Por exemplo, a cerâmica de óxido de alumínio (alumina) pode apresentar uma dureza Vickers de 1500 a 2000 HV (Hardness Vickers).

É importante ressaltar que os valores de dureza mencionados acima são apenas referências gerais e podem variar dependendo das especificações do material, do método de ensaio e das condições de teste. O ensaio de dureza é uma ferramenta valiosa para avaliar as propriedades dos materiais e selecionar os mais adequados para cada aplicação específica.

Quais as principais vantagens do ensaio de dureza?

O ensaio de dureza possui várias vantagens que o tornam uma técnica amplamente utilizada na indústria. Algumas das principais vantagens incluem:

Rápido e não destrutivo: O ensaio de dureza pode ser realizado de forma rápida e não destrutiva, o que significa que não há necessidade de danificar ou destruir a peça testada.

Resultados confiáveis: Os métodos de ensaio de dureza foram desenvolvidos e aprimorados ao longo dos anos, fornecendo resultados confiáveis e reproduzíveis.

Versatilidade na medição de diferentes materiais: O ensaio de dureza pode ser aplicado a uma ampla variedade de materiais, desde metais até plásticos, cerâmicas e elastômeros.

Informações complementares: Além da dureza em si, o ensaio de dureza pode fornecer informações adicionais sobre as propriedades do material, como sua microestrutura e resposta a tensões mecânicas.

Comparação direta: A dureza é uma propriedade mensurável que permite a comparação direta entre diferentes materiais, facilitando a seleção do material mais adequado para uma determinada aplicação.

Considerações finais 

A dureza é uma propriedade mecânica essencial que mede a resistência de um material à deformação plástica. Ela desempenha um papel crucial na determinação da resistência, durabilidade e adequação de materiais para diferentes aplicações. Compreender os diferentes tipos de dureza e sua importância na indústria é fundamental para selecionar os materiais adequados para cada finalidade. A escolha correta da dureza de um material pode garantir o desempenho, a segurança e a longevidade de produtos e estruturas.O ensaio de dureza desempenha um papel fundamental na indústria, fornecendo informações valiosas sobre a resistência e a durabilidade dos materiais. Ao medir a dureza de diferentes materiais, como metais, plásticos, cerâmicas e vidros, é possível selecionar o material mais adequado para cada aplicação, garantir o controle de qualidade e melhorar a durabilidade dos produtos. Com métodos como o ensaio de dureza Brinell, Vickers, Rockwell, Shore e Knoop, é possível obter resultados confiáveis e comparáveis. Portanto, o ensaio de dureza é uma ferramenta essencial para a indústria moderna.

Algumas perguntas e respostas  importantes

O que é dureza?
Dureza é uma propriedade mecânica que mede a resistência de um material à deformação plástica.

Como a dureza é medida?
A dureza é medida por meio de testes específicos que envolvem a aplicação de carga sobre a superfície do material.

Quais são os diferentes tipos de dureza?
Existem vários tipos de dureza, incluindo Brinell, Vickers e Rockwell, que são utilizados para medir a resistência de diferentes materiais.

Por que a dureza é importante?
A dureza é importante porque determina a resistência e a durabilidade de materiais em diversas aplicações, além de ser crucial para a seleção adequada de materiais na indústria.

Quais são alguns materiais com alta dureza?
Alguns exemplos de materiais com alta dureza incluem aço inoxidável, titânio e cerâmica.

Qual é o objetivo do ensaio de dureza?
O ensaio de dureza tem como objetivo medir a resistência de um material à deformação plástica permanente, fornecendo informações sobre sua durabilidade e resistência.

O ensaio de dureza é aplicável apenas a metais?
Não, o ensaio de dureza pode ser aplicado a uma variedade de materiais, incluindo metais, plásticos, cerâmicas e vidros.

Quais são os equipamentos utilizados no ensaio de dureza?
Os equipamentos utilizados no ensaio de dureza variam de acordo com o método de ensaio, mas geralmente incluem uma máquina de ensaio de dureza, um penetrador adequado e um sistema de medição.

O ensaio de dureza é um método destrutivo?
Não, o ensaio de dureza é geralmente um método não destrutivo, pois envolve a aplicação controlada de uma carga sobre a superfície do material sem causar danos significativos.

Como a escala de dureza Rockwell difere da escala Brinell?
A escala de dureza Rockwell utiliza um penetrador de diamante ou uma esfera de aço endurecido, enquanto a escala Brinell utiliza uma esfera de aço endurecido para medir a dureza dos materiais. A escala Rockwell fornece uma medição mais rápida e é mais adequada para materiais mais duros, enquanto a escala Brinell é usada para materiais de dureza baixa a média.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Material anexo.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Outras tabelas: 

• Tabela ' 1 - Comparação de dureza para aços  - CLIQUE AQUI 
• Tabela 2 -  Comparação  - Escalas de dureza  - ASTM E 140 -  CLIQUE AQUI 
• Calculadora para conversão de dureza -  CLIQUE AQUI 
• Ensaio de dureza Vickers - CLIQUE AQUI