ENSAIO DE DUREZA: SUA IMPORTANCIA E REALIZAÇÃO

Ensaio de Dureza: Sua Importância e Realização

Yasmin Cury Marques Carlos

Máquina de Ensaio de Dureza

A dureza é uma propriedade mecânica utilizada principalmente na especificação e comparação de materiais. Essa dureza depende do tipo de forças de ligação entre átomos, íons ou moléculas

Vários fatores influenciam a dureza de um material. Dentre eles citam-se: composição química do metal de base; o grau de trabalho mecânico (encruamento) do metal de base; composição química do consumível; efeitos metalúrgicos devido a soldagem; tratamento térmico e parâmetros de soldagem.

Ou seja, a dureza não é uma propriedade absoluta, ela pode ter diferentes significados, dependendo da área de aplicação. Existem diversos tipos de ensaio, como segue: ensaio de choque mais utilizado na metalurgia, ensaio de risco na mineralogia e de penetração na mecânica

É possível, por meio de tabelas, obter uma correlação aproximada entre os métodos de determinação de dureza que são Brinell, Rockwell e Vickers e os valores de limite de resistência à tração.

Ensaios de dureza por risco:

A dureza Mohs é a mais conhecida, e consiste em uma escala de 10 minerais padrões organizados de tal forma que o último deles (diamante) risca todos os outros, o mineral localizado imediatamente abaixo dele risca os que se seguem (safira) e assim sucessivamente, terminando por aquele localizado no ponto 1 da escala, que é o talco. Como esta escala localiza os metais entre seus pontos 4 e 8, ela não permite uma definição adequada da dureza dos metais.

 

Ensaios de dureza por choque:

Esse ensaio mede a altura do ressalto de um peso que cai livremente até bater na superfície lisa e plana de um Corpo de Prova (CP). Esta altura de ressalto mede a perda de energia cinética do peso, absorvida pelo CP.




Ensaios de dureza por penetração:

Este ensaio consiste em comprimir uma esfera de aço de diâmetro D, através de uma carga P durante um tempo T padronizado, gerando uma calota esférica de diâmetro d, na superfície do material ensaiado, com a superfície plana e polida e isenta de impurezas. Este tipo de ensaio utiliza a profundidade de penetração sob ação de uma carga constante como a medida de dureza.

 

Ensaio de Dureza Brinell:

O método de ensaio de dureza tipo Brinell funciona da seguinte forma: uma força “F” com uma esfera de diâmetro “D” é aplicada contra a superfície do material (plana e polida) a ensaiar. Este procedimento leva um tempo “T” para comprimir o material ensaiado. Essa compressão produz uma impressão permanente no metal (mossa) de diâmetro “d”. A mossa pode ser medida, depois da remoção da força. Para isso usamos uma lupa graduada ou um micrômetro óptico do durômetro.

Cargas:

Teoricamente quaisquer cargas ou quaisquer esferas podem ser usadas, para um mesmo material, porém, verificou-se que existem certas restrições.

Aplicação:

O método Brinell é usado especialmente para metais não ferrosos, ferros fundidos, aços, produtos siderúrgicos em geral e peças não temperadas, é largamente empregado pela facilidade de aplicação, pois pode ser efetuado em qualquer máquina de ensaio de compressão e mesmo em aparelhos portáteis de baixo custo. 

Sua escala é “única” e contínua, diferentemente da Rockwell por exemplo. E pode ser usada como referência de dureza, mesmo as durezas de peças temperadas são expressas pela escala Brinell.

 

Ensaio de Dureza Rockwell:

O método de dureza Rockwell, representado pelo símbolo HR (Hardness Rockwell), leva em consideração a profundidade que o penetrador chega, descontando a recuperação elástica (com a retirada da maior carga).

Nesse método, o resultado é lido diretamente na máquina de ensaio. Além da rapidez maior, este método elimina o possível erro de medição que depende do operador. Os penetradores do ensaio de dureza Rockwell podem ser: tipo esférico, que é uma esfera de aço temperado ou tipo cônico, um cone de diamante com conicidade de 120º.




Etapas do ensaio:

O método é realizado em três etapas : na primeira etapa, o corpo de prova recebe uma pré-carga, garantindo contato do penetrador com a superfície a ser ensaiada; na segunda etapa, aplica-se a carga maior que, somada à pré-carga, resulta na carga total ou carga nominal do ensaio; na terceira etapa, retira-se a carga.

Cuidados especiais:

Alguns cuidados devem ser observados quando da preparação do ensaio Rockwell a fim de garantir resultados satisfatórios. O primeiro ensaio serve para posicionar corretamente o penetrador. Por isso não considere o resultado antes da troca do penetrador. A espessura mínima do material a ser ensaiado deve ser 10 vezes maior que a profundidade da mossa (buraco, vazio) provocada no ensaio.

Equipamento:

O equipamento de dureza Rockwell é constituído por um sistema de aplicação de força, por um penetrador cônico de diamante com 120º de conicidade ou esférico com diâmetros variados, e por um relógio comparador para medição da profundidade da impressão. O durômetro é aprovado para uso quando os resultados estiverem dentro dos limites de tolerância dos valores de dureza em relação aos blocos padrão (aos quais estão vinculados).

 

Ensaio de Dureza Vickers:

O método de dureza Vickers, representado pela abreviação HV (Hardness Vickers), é um ensaio em que um penetrador de diamante em forma de pirâmide de base quadrada e ângulo entre faces de 136° é comprimido contra a peça a ensaiar por uma força pré-determinada.
Após a remoção da força medem-se as diagonais da impressão e o número de dureza Vickers é calculado dividindo o valor da carga de ensaio P pela área de impressão S. Os valores da dureza HV podem ser obtidos por meio de tabelas que acompanham as máquinas de dureza e mostram o valor em função das diagonais (d) medidas na máquina e das cargas aplicadas disponíveis.

Cargas:

A carga para o ensaio Vickers deve ser aplicada progressivamente sem choque nem vibrações por meio de um pistão movido por alavanca e mantida por um período de 10 a 15 segundos. Em seguida, retira-se a carga e movimenta-se manualmente o microscópio de maneira a focalizar a impressão deixada pelo penetrador. O penetrador, feito de diamante, tem tamanho praticamente indeformável e permite impressões independentes da carga aplicada. Isso significa que para qualquer carga utilizada, o valor de dureza será o mesmo para materiais homogêneos. A troca de carga é fundamental para obter uma impressão regular, sem deformação e de tamanho adequado para a medida no visor da máquina. E isso depende naturalmente da dureza do material ensaiado.

Aplicação:

O método de dureza Vickers tem aplicação em uma ampla faixa de durezas encontradas nos diversos materiais. Pode ser aplicado para qualquer espessura e inclusive, pode ser utilizado para determinar durezas superficiais. Tudo isso graças à utilização de cargas relativamente baixas e do tipo de penetrador. É possível utilizar a microdureza para determinar a dureza individual de uma microestrutura, de superfícies cementadas e temperadas. Até peças extremamente pequenas e finas podem ter sua dureza determinadas pelo ensaio de dureza Vickers.

Esse tipo de dureza fornece uma escala contínua de dureza para cada carga usada, mas também apresenta outras vantagens como impressões extremamente pequenas que não inutilizam a peça, grande precisão de medida, deformação nula do penetrador, existência de apenas uma escala de dureza, aplicação para toda a gama de durezas encontradas nos diversos materiais e aplicação em qualquer espessura de material, podendo medir também dureza superficiais.

Interessante ressaltar que muitas das aplicações da dureza Vickers estão voltadas atualmente para o ensaio da microdureza, que soluciona problemas tais como: determinação das profundidades de superfícies cementadas/temperadas.; determinação de componentes de uma microestrutura; determinação da dureza em peças extremamente pequenas ou finas e determinação da dureza em metais muito duros ou muito moles.

O ensaio de dureza tipo Vickers é também muito utilizado em juntas soldadas, em especial na detecção de heterogeneidades. Isso permite detectar as transformações metalúrgicas capazes de comprometer o comportamento da junta soldada.

 

Cuidados especiais:

O método de dureza Vickers requer algumas providências para garantir resultados satisfatórios: a superfície ou área de interesse deve estar preparada através de retificação/polimento, limpa e plana; o acabamento da superfície deve ser tanto melhor quanto menor for a impressão e deve-se ter cuidado ao eliminar partes que foram cortadas ou afetadas pelo corte (durante a usinagem do corpo de prova);

É possível considerar dois tipos de desvio quanto a impressão obtida. 

Equipamentos:

O equipamento para o ensaio de dureza Vickers é constituído por um sistema de aplicação de forças, um penetrador de diamante em forma de pirâmide de base quadrada e um microscópio de grande ampliação com micrômetro acoplado. A verificação da calibração do equipamento é idêntica ao durômetro Rockwell, acrescido da exigência da verificação de medições ao microscópio. As medições serão das diagonais da impressão ao invés da profundidade.

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