A Dureza de Metais

Dureza

A dureza é uma medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada (por exemplo, uma pequena impressão ou um risco). A dureza de um material é a medida que calcula o quanto um material sólido resiste quando uma força é aplicada sobre ele. No caso da dureza de metais, usamos três escalas para medição, que são: a escala de dureza Brinell, a escala Rockwell e a escala de microdureza de Knoop e de Vickers.

Técnicas quantitativas para a determinação da dureza foram desenvolvidas ao longo dos anos, nas quais um pequeno penetrador é forçado contra a superfície de um material a ser testado, sob condições controladas de carga e taxa de aplicação. O método mais comum de obtenção do valor de dureza é medir a profundidade ou área deixada por um instrumento de endentação de formato específico sobre o material, usando-se para tal uma força definida, aplicada durante um tempo específico. A medida da profundidade ou do tamanho da impressão resultante é relacionada a um número índice de dureza; quanto mais macio o material, maior e mais profunda é a impressão e menor é o número do índice de dureza. As medidas são apenas relativas (e não absolutas) e deve-se tomar cuidado ao se comparar valores determinados segundo técnicas diferentes.

        Ensaios de dureza são realizados com mais frequência do que os outros, e alguns dos motivos para isso, são:

• Ensaios mais simples e baratos;

• Rapidez na execução;

• Ensaio não destrutivo;

• Outras propriedades mecânicas podem ser estimadas a partir de dados obtidos para ensaios de dureza, como limite de resistência e tração.

Dureza de Rockwell

        O método mais utilizado para medir a dureza, é o ensaio de dureza de Rockwell, devido a sua rapidez e facilidade de execução, além de não sofrer interferências por erro humano e pela facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas em pequenos tamanhos de impressão. Este método permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles até os mais duros. Os penetradores incluem bolas de aço esféricas e endurecidas, com diâmetros de 1/16, 1/8, 1/4 e 1/2 polegada, e um penetrador cônico de diamante (brale), que é usado para os materiais mais duros. Neste sistema, o número do índice de dureza é determinado pela diferença na profundidade de penetração, o que resulta da aplicação de uma carga inicial menor seguida por uma carga principal maior, ou seja, a carga é aplicada em etapas: primeiro se aplica uma pré-carga, garantindo um contato firme entre o penetrador e o material a ser analisado, e somente depois é feita a aplicação da carga do ensaio propriamente dita. Nesses casos, a carga menor é de 10kg, enquanto as cargas principais são de 60, 100 e 150 kg. Já nos ensaios superficiais, que são realizados com frequência para os corpos de prova mais finos, a carga menor é de 3 kg, e os valores possíveis para a carga principal são de 15, 30 e 45 kg.

O grau de dureza é apresentado num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com a escala pré-determinada e adequada à faixa de dureza do material. O valor indicado na escala do mostrador é o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, subtraídas a recuperação elástica do material, após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga.

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Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico (de aço temperado) ou cônico (diamante com 120º de conicidade). Quando se utiliza o penetrador cônico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esférico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha. Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor é dado diretamente na escala determinada.

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        O número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo símbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Por exemplo, a interpretação do resultado 64HRC:

• 64 é o valor de dureza obtido no ensaio;

• HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell;

• a última letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada.

Para cada escala, a dureza pode variar até 130; contudo à medida que os valores de dureza se encontram acima de 100 ou caem abaixo de 20 em qualquer escala, eles se tornam muito imprecisos.

A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio é importante para definir a espessura mínima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador. Entretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell.

A seguir, representação esquemática da profundidade produzida por um penetrador cônico de diamante.

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Dureza de Brinell

        Nos ensaios de dureza de Brinell, um penetrador esférico e duro é forçado contra a superfície do metal a ser testado. O ensaio não deve ser realizado em superfícies cilíndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o diâmetro da esfera utilizada, pois haveria escoamento lateral do material e a dureza seria menor que a real. O diâmetro do penetrador de aço endurecido (ou carbeto de tunsgênio) é de 10 mm, e as cargas padrões variam entre 500 e 3000 kg, em incrementos de 500 kg. Durante um ensaio, a carga é mantida constante por um tempo específico, que pode variar entre 10 e 30 s. O índice de dureza Brinell é indicado pelas letras HB, e é uma função tanto da magnitude da carga como do diâmetro da impressão resultante, que é medido com um microscópio especial, utilizando uma escala que está gravada na sua ocular.