aula 3 - dureza [modo de compatibilidade]engbrasil.eng.br/pp/em/aula3.pdf · tópicos abordados...

Ensaios Mecânicos de Materiais

Aula 3 – Ensaio de Dureza

Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

Tópicos Abordados Nesta Aula

� Ensaio de Dureza.� Dureza Brinell.� Dureza Rockwell.

Aula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

� Dureza Vickers.


Definições de DurezaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

�� DurezaDureza - propriedade mecânica muito utilizada naespecificação de materiais, nos estudos e pesquisamecânicas e metalúrgicas e na comparação de materiaisdiversos.

Outros significados conforme a área de aplicação:


� Mecânica - resistência à penetração de um material emoutro.

� Usinagem - resistência ao corte de um metal.� Mineralogia - resistência ao risco de um material sobre o

outro.� Metalurgia - resistência à deformação plástica permanente.


�� DurezaDureza - Propriedade de um material que permite a eleresistir à deformação plástica (permanente), usualmentepor penetração.

� O termo dureza também pode ser associado à resistênciaà flexão, risco, abrasão ou corte.


à flexão, risco, abrasão ou corte.


�� EnsaiosEnsaios dede DurezaDureza – A maioria dos ensaios de durezaestáticos consiste na impressão de uma pequena marcafeita na superfície da peça, pela aplicação de pressão, comuma ponta de penetração.

� A medida da dureza do material é dada em função das


� A medida da dureza do material é dada em função dascaracterísticas da marca de impressão e da cargaaplicada.

Objetivos dos Ensaios de DurezaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

�� ConhecimentoConhecimento dada resistênciaresistência aoao desgastedesgaste..

�� ConhecimentoConhecimento aproximadoaproximado dada resistênciaresistência mecânicamecânica atravésatravésdodo usouso dede tabelastabelas dede correlaçãocorrelação..

�� ControleControle dede qualidadequalidade dede tratamentostratamentos térmicostérmicos..


�� ControleControle dede qualidadequalidade dede tratamentostratamentos térmicostérmicos..

�� ControleControle dede qualidadequalidade emem processosprocessos dede conformaçãoconformaçãoplásticaplástica ee emem processosprocessos dede ligaçãoligação..

�� PesquisaPesquisa ee desenvolvimentodesenvolvimento dede novasnovas ligasligas ee materiaismateriais..

Principais Tipos dos Ensaios de DurezaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

�� PorPor riscorisco → Dureza Mohs

�� PorPor choquechoque ouou ressaltoressalto → Dureza Shore

�� PorPor penetraçãopenetração → Dureza Brinell

→ Dureza Meyer

→ Dureza Vickers


→ Dureza Vickers

→ Dureza Rockwell

� O ensaio de dureza é considerado não destrutivo; deixauma pequena marca no material, não comprometendo autilização da peça ou corpo de prova.

Dureza de RiscoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

�� MohsMohs - Primeiro método padronizado de ensaio de durezabaseado no processo de riscagem de minerais padrões,desenvolvido por Mohs, em 1822.

Consiste de uma escala


de10 minerais, organizadosde tal forma que odiamante, material maisduro, risca todos os outros.


�� MohsMohs – É um método pouco utilizado nos materiaismetálicos, pois, a maioria dos metais apresenta durezasMohs entre 4 e 8, e pequenas diferenças de dureza nãosão acusadas por este método.

� Exemplo: Aço dúctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs,


� Exemplo: Aço dúctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs,a mesma dureza Mohs de um aço temperado.

� Mais aplicado na mineralogia.


�� BierbaumBierbaum - Microdureza Bierbaum - Consiste na aplicaçãode uma força de 3gf, por meio de um diamantepadronizado, com formato igual a um canto de cubo comângulo de contato de 35°, sobre uma superfície previamentepreparada por polimento e ataque químico.


� A dureza Bierbaum é determinada a partir da medição dalargura do risco, realizada por meio de um microscópio(quanto menor essa medida maior é a dureza).

� Também é um método pouco utilizado.

�� ShoreShore – Ensaio Dinâmico - A impressão é causada pelaqueda livre de um êmbolo. Utiliza uma barra de aço(êmbolo) de peso 2,5 N, com uma ponta padronizada(arredondada) de diamante colocada dentro de um tubo devidro com um escala graduada de 0 a 140, tal barra éliberada de uma altura padrão (256 mm),

Dureza por choque ou ressaltoDureza por choque ou ressalto


� O valor da dureza é proporcional à energia consumidapara formar a marca no corpo de prova e representada pelaaltura alcançada no rebote do êmbolo. Materiais dúcteisconsomem mais energia na deformação do corpo e oêmbolo alcança uma altura menor no retorno, indicandouma dureza mais baixa.



�� OO EscleroscópioEscleroscópio é umdos mais antigosdispositivos de mediçãode dureza. Foi criadoem 1905 pela ShoreInstrument Mfg Co.



Instrument Mfg Co.

� a) Original, com tubograduado.

� b) Com escala.


�� O EscleroscópioO Escleroscópio



�� CuidadosCuidados nono TesteTeste

� O material a ser testado deve ser firmemente apoiadopara evitar vibrações que podem alterar a leitura;

� O êmbolo deve cair e retornar na direção vertical, portantoa superfície a testar deve estar exatamente na direção




a superfície a testar deve estar exatamente na direçãohorizontal.

�� CuidadosCuidados nono TesteTeste

� A superfície a medir deve ser lisa. Superfície rugosa podeabsorver o impacto do êmbolo e fornecer um valor menordo que o real;

O impacto sobre a peça causa endurecimento localizado




� O impacto sobre a peça causa endurecimento localizadosobre a área de contato. O impacto só deve ser feito umavez sobre um mesmo ponto.

�� VantagensVantagens

� Equipamento portátil e de fácil utilização;

� Possibilidade de medir dureza de peças degrandes dimensões que não podem sercolocadas e maquinas de dureza por


Van

tag

ens

Van

tag

ens


colocadas e maquinas de dureza porpenetração;

� A impressão Shore é pequena e pode serutilizada para medir durezas de peças jáacabadas.


Van

tag

ens

Van

tag

ens

�� DesvantagensDesvantagens

� Deve ser executado com o tubo perfeitamentena vertical;

� Muito sensível ao acabamento superficial;


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens


� Medições em peças pouco espessas sãosensíveis ao tipo de apoio;

� Peças pouco espessas ou de baixa rigidezpodem entrar em vibração com o impacto.


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens

�� Durômetro ShoreDurômetro Shore

� É uma evolução do antigo escleroscópio - O princípio de medição de queda de peso foi substituido por um sistema de medição por mola.



medição por mola.

� Utilizado para medir a dureza de endentação de borrachas, plásticos e materiais com comportamento similar.


�� DurômetroDurômetro ShoreShore

� O material é submetido a uma pressão aplicada através deuma mola calibrada que atua sobre o endentador, quepode ser esférico ou cônico. Um dispositivo de indicaçãofornece a profundidade de endentação. O valor da dureza



fornece a profundidade de endentação. O valor da durezaé dado pela profundidade da penetração.


�� DurômetroDurômetro ShoreShore –– EscalasEscalas ShoreShore

� As diferentes escalas Shore foram criadas utilizando:

7 diferentes de endentadores

5 diferentes molas

2 diferentes extensões do endentador



2 diferentes extensões do endentador

2 diferentes especificações dos suportes

� As escalas A e D são as mais utilizadas. Como osmateriais respondem de forma diferente às diferentesescalas, não há correlação entre escalas.


�� DurômetroDurômetro ShoreShore - Características do Processo

� Os resultados obtidos são medidas úteis de resistênciarelativa à endentação para várias gamas de polímeros.

� Não serve para prever outras propriedades comoresistência a abrasão ou desgaste.



resistência a abrasão ou desgaste.

� Não deve ser usado sozinho para especificação de projetodo produto.



�� Durômetro ShoreDurômetro Shore



� Os ensaios de penetração baseiam-se em produzir umadeformação permanente na superfície de um material pelaaplicação de uma carga, durante um determinado intervalode tempo, através de um penetrador.

� São os ensaios mais utilizados atualmente.

Dureza por penetraçãoDureza por penetração


� São os ensaios mais utilizados atualmente.


�� DurezaDureza BrinellBrinell

� Proposta por Brinell em 1900, leva o seu nome e ésimbolizada por HB ( Hardness Brinell), é o tipo mais usadona engenharia. É definida por N/mm² ou kgf/mm².

Exemplo de representação: 360 HBS 5 / 750 / 10.

Dureza por Dureza por PenetraçãoPenetração


� Exemplo de representação: 360 HBS 5 / 750 / 10.

360 é a dureza obtida,HBS é o material da esfera (HBS=Aço e HBW=Tunstênio),

5 é diâmetro da esfera,

750 é a força utilizada no ensaio,

10 duração da aplicação da força.


�� Dureza BrinellDureza Brinell

� Consiste em fazer penetrar lentamente a superfície do material com uma esfera de aço endurecido ou metal duro com 10mm de diâmetro “D”, sob a ação de uma força



de diâmetro “D”, sob a ação de uma força “F”de 3000 kgf.

� Em materiais mais moles, para reduzir endentação excessiva, pode-se reduzir a força para 1500 ou 500 kgf.



� A carga é aplicadapor 10 ou 15segundos no caso deFoFo ou aço , e peloAc = π.D. p



FoFo ou aço , e pelomenos 30 segundospara outros metais.Quanto menor aimpressão (caloteesférico) de diâmetro“d” maior é a durezado material.


Ac = π.D. p

Muito pequeno, difícil medição

�� Dureza BrinellDureza Brinell






� Impressão normal.

� Defeito – Aderênciado material àesfera durante a



esfera durante aaplicação da carga.

� Defeito - bordasestão abauladas,dificultando a leiturado diâmetro.

�� DrurezaDrureza BrinellBrinell – Correlação de dureza e resistência atração

� Para alguns materiais, a resistência à tração pode serestimada a partir da dureza Brinell com a relação:

(Kgf / mm²)




A tabela abaixo dá alguns valores de k.

Material Aço-carbono Aço-liga Cobre, latão Bronze laminado

Bronze fundido

k 0,36 0,34 0,40 0,22 0,23

Material Liga Al Cu Mg Liga Al Mg Outras ligas

MgAlumínio fundido -

k 0,35 0,44 0,43 0,26 -

(Kgf / mm²)

� Onde k é um valor tabelado para cada material

�� Dureza BrinellDureza Brinell – Vantagens

� Baixo custo de equipamentos;

� Baixo tempo de preparação das superfícies;

� Único possível para materiais pouco homogêneos.


Van

tag

ens

Van

tag

ens


� Único possível para materiais pouco homogêneos.


Van

tag

ens

Van

tag

ens

�� Dureza Dureza BrinellBrinell – Desvantagens

� Não linearidade carga-impressão;

� Dureza máxima admissível baixa (500HB);

� Necessário um acabamento superficial mínimo;


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens


� Necessário um acabamento superficial mínimo;

� Sujeito a erro de medição pelo operador;

� Impressões grandes, podem inutilizar a peça.


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens

Formulação MatemáticaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Exemplo de CálculoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Tabela de Dureza BrinellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Condições para Realização do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Valores dos Fatores de Carga



Diâmetro da EsferaAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Solução do ExemploAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Representação dos ResultadosAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Tempo de Realização do Ensaio



Vantagens e Limitações do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


�� Dureza MeyerDureza Meyer

� Apresenta um número de dureza que representa umaaproximação muito melhor que o método de Brinell (asforças laterais na superfície inclinada da calota tendem a seanular.




anular.

� Lei de Meyer; para uma dada esfera de diamante “D”, existeuma relação entre carga aplicada e o diâmetro daimpressão. FF == kdⁿkdⁿ

K = Constante do material que indica a resistência do metal.

N = Índice de Meyers e se relaciona com o grau do encruamentodo material

HM = 4FAc = πd²HM = F


�� DurezaDureza MeyerMeyer

� Idêntica a dureza Brinell, mas em vez da área da calotaimpressa usa a área da calota projetada no plano dasuperfície.



HM = 4Fπd²

Ac = πd²4

HM = FAc

� HM é definida como pressão media na área projetada.

� Método pouco utilizado nos metais.

Dureza RockwellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. RodriguesAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Ensaio RockwellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Penetradores de Dureza Rockwell



Descrição do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues



�� Dureza RockwellDureza Rockwell

� Método mais utilizado internacionalmente.

� A denominação deve-se de sua proposta ter sido feita pela indústria Rockwell, dos Estados Unidos, em 1922.



� Não apresenta relação com a área da impressão.

� O número de dureza é sempre citado com o símbolo HR, seguido da escala utilizada (A, B, C, D, E...).


� Uma segunda carga (100 kg) é introduzida, aumentando a penetração (c).

� Atingido novamente o equilíbrio a carga é removida, mantendo-se a pré-carga (d). A remoção da carga provoca



mantendo-se a pré-carga (d). A remoção da carga provoca uma recuperação parcial, reduzindo a profundidade da penetração (HR = E – e).


� O ensaio consiste em endentar o material com um cone de diamante, com ângulo de 120o e ponta arredondada (r = 2mm), ou de esfera de aço endurecido (a).

� O endentador é pressionado contra a superfície do corpo de



� O endentador é pressionado contra a superfície do corpo de prova com uma pré-carga F0 , usualmente de 10kgf . Quando o equilíbrio é atingido a profundidade de penetração é ajustada para a posição zero (b).

F0 aplicada pelo ajuste da alavanca


Dureza por penetraçãoDureza por penetraçãoAproximação do endentador

Introdução da carga menor

Marcação da posição de equilíbrio - zeragem Adição da força maior

Marcação da segunda posição de equilíbrio


Remoção da carga maior -recuperação

Posição final de leitura –profundidade e

�� Dureza Rockwell Dureza Rockwell - Vantagens

� Rapidez;

� Isenção de erros humanos;

� Pequeno tamanho de impressão;


Van

tag

ens

Van

tag

ens


Pequeno tamanho de impressão;

� As superfícies não necessitam de polimento;

� Pequenas irregularidades são eliminadas pela pré-carga;

� Não necessita de sistema óptico;

� Equipamento mais simples.


Van

tag

ens

Van

tag

ens

�� Dureza Dureza RockwellRockwell – Desvantagens

� Escala C só para aços temperados;

� Necessidade de usar muitas escalas e esferas diferentes para abranger toda a gama de materiais possíveis.


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens


materiais possíveis.

� Não é uma escala contínua de dureza. Funciona para faixas de dureza.

� O valor de HR não tem relação com a resistência à tração dos materiais ensaiados.


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens

Modelo do Penetrador de Diamante



Equipamento para Ensaio RockwellAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Leitura do ResultadoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Ensaio de Dureza VickersAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


�� DurezaDureza VickersVickers

� Consiste em endentar o material sob teste com umendentador de diamante, na forma de uma pirâmide retade base quadrada e um ângulo de 136o entre as facesopostas, utilizando carga de 1 a 100 kgf.



opostas, utilizando carga de 1 a 100 kgf.

� A carga é aplicada durante um tempo de 10 a 15segundos.


�� Dureza VickersDureza Vickers


Aproximação do endentador Aplicação da carga



Aspecto da impressão e posição das medidas


� As duas diagonais da endentação deixadas na superfíciedo material são medidas usando-se um microscópio. Comos valores lidos calcula-se a média aritmética. A seguircalcula-se a área da superfície inclinada da endentação.



calcula-se a área da superfície inclinada da endentação.

� A dureza Vickers é o quociente obtido dividindo a carga(em kgf) pela área da endentação.


HV = FA 136º

2

d²

2 senA =

F x 2 sen 68º

d²HV =

1,8544 x F

d²HV =





d² d²

F = carga em kgfd = média entre as duas diagonais, d1 e d2 em mmHV = dureza Vickers

Exemplo de medida:

540 HV 20/20Valor da dureza;Valor da força;Duração da aplicação da força.





Durômetro Brinell e VickersDurômetro Portátil Vickers

�� Dureza Dureza VickersVickers

� A Microdureza Vickersenvolve o mesmo procedimento, só que utiliza cargas menores que 1 kgf



cargas menores que 1 kgf

� Pode ter valores tão pequenos como 10 gf.


Microdureza Vickers




� A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por meio de um microscópio acoplado, as medidas das diagonais “d1” e “d2”. Conhecendo as medidas das diagonais e a sua média “d”, é possível calcular a dureza Vickers através da equação.


Vickers através da equação.

� Uma grande desvantagem do método de microdureza Vickers é fato de que seus resultados vêm influenciados pela medição do operador do microdurômetro, que é responsável por ler as medidas deixadas pela impressão do penetrador.

1,8544 x F

d²HV =



� O método de microdureza automatizada é independente do operador etem dado bons resultados com grande confiabilidade além de permitiruma analise mais completa do material, adicionando mais recursos aoensaio.



ensaio.

� Suwanprateeb (1998), realizou uma análise geométrica do penetradorVickers e encontrou a fórmula em função da profundidade “h” dapenetração no material. Como demonstra a equação, o que facilitou aautomatização do ensaio.

1,8544 x F cos² 74º

4 x h² x cos² 16ºHV =



�� Passos do ensaio automatizado de Passos do ensaio automatizado de microdurezamicrodureza VickersVickers1. Contato: o programa busca um contato com o material. Ele verifica o

valor da carga exercida a cada passo executado pelo motor, até que o valor da carga saia de zero;



valor da carga saia de zero;

2. Carga: O programa executa passos no motor, aplicando uma carga crescente sobre o material, verificando o valor da carga a cada passo executado, até atingir a carga pré-determinada;

3. Fase de fluência: O programa mantém o processo inerte por um intervalo de tempo previamente estabelecido;



4. Descarga: O programa executa passos no motor na direção inversa atéatingir a carga inicial, verificando o valor da carga a cada passo;

5. Cálculo da dureza: O programa desliga o motor, conta o número depassos executados e traça uma curva de todo o processo. Nessa



passos executados e traça uma curva de todo o processo. Nessacurva, observa-se a diferença entre o número de passos executadosna fase de carga e descarga, e a partir desse valor calcula a dureza domaterial, onde cada passo representa o deslocamento vertical dopenetrador em aproximadamente 21 nm.



� Além de fornecer a dureza, pode;� Disponibilizar os valores do módulo de elasticidade do

material;



� Fornece também os dados da curva de carga versusprofundidade (tensão x deformação);

� Podendo ainda, em alguns equipamentos, captar imagensdas impressões deixadas pelo penetrador, mesmo que essapossua escala nanométrica.

�� Dureza Vickers Dureza Vickers - Vantagens

� Escala contínua;

� Grande precisão de medida (deformação nula do penetrador);


Van

tag

ens

Van

tag

ens


� Possibilidade de fazer impressões muito pequenas;

� Possibilidade de medir durezas em todos os materiais.


Van

tag

ens

Van

tag

ens

�� Dureza Vickers Dureza Vickers - Desvantagens

� Regulagem de velocidade mais crítica (mais moroso);

� Superfície muito mais cuidada (maiores ampliações);


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens


(maiores ampliações);

� Ensaio globalmente menos econômico.


Des

van

tag

ens

Des

van

tag

ens

Cálculo da Dureza VickersAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Cálculo da Área de ImpressãoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Aplicação da EquaçãoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Representação do Resultado do EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Cargas Utilizadas no EnsaioAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Defeitos de ImpressãoAula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues


Próxima Aula

� Ensaio de Dobramento.



aula 3 - dureza [modo de compatibilidade]engbrasil.eng.br/pp/em/aula3.pdf · tópicos abordados...

Documents