Dureza de materiais metálicos

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1 Dureza de materiais metálicos Podemos considerar a dureza de um material de engenharia como sendo a propriedade mecânica de resistir à penetração ou riscamento na sua superfície. No caso dos materiais metálicos, a sua dureza pode ser também compreendida como sendo a sua resistência à deformação plástica (permanente) na superfície considerada. Os ensaios de dureza para peças metálicas, que são realizados normalmente nas industrias e instituições de ensino e pesquisa, empregam um equipamento denominado "durômetro", que promove a penetração de uma outra peça, chamada penetrador (ou identador), de geometria variável, na superfície da peça em que se quer medir a dureza (amostra ou corpo-deprova), sob a ação de uma carga determinada. Dessa forma, provoca-se nessa superfície uma impressão (ou identação), proporcional à dureza do material, cujo valor pode ser obtido em tabelas ou diretamente no visor do equipamento utilizado, desde que este possua a escala de dureza préselecionada. Este último procedimento encontra-se ilustrado abaixo: Antes da aplicação dessa carga, chamada carga principal, aplica-se uma outra carga menor, ou précarga, para que o valor da dureza a ser obtido não seja influenciado pela rugosidade da superfície a ser ensaiada, que deve ser previamente aplainada. As formas e dimensões do identador, assim como os valores dessas cargas, dependem da escala de dureza considerada. Além disso, o identador deve ser feito de um material mais duro do que o da peça ensaiada, para poder deformá-la na superfície, sob as condições padronizadas do ensaio. Como a dureza de um material metálico está associada à deformação plástica em sua superfície, os valores de dureza obtidos são proporcionais aos valores de resistência mecânica (Limite de Resistência), obtidos no seu ensaio de tração, decorrentes da deformação plástica ocorrida em sua estrutura cristalina. - Escalas de Dureza: dentre as escalas mais comuns utilizadas para a medida da dureza dos materiais metálicos, destacam-se: a) Escala Brinell (HB): A dureza é medida no visor do durômetro, resultando da área de penetração do identador, uma esfera de aço duro ou de carbeto de Tungstênio, geralmente com diâmetro de 10 mm. Utiliza uma pré-carga de 10 kgf e carga principal de 3000 kgf. Esta escala é muito utilizada em ensaios de peças metálicas de baixa dureza, como as de aço-carbono comum e de ligas não ferrosas. Para as ligas metálicas mais comuns, existe uma relação entre a dureza Brinell (HB) e o limite de resistência à tração ( ) correspondente: = O,36.HB para aços doces; = (0,33 a 0,34).HB para aços carbono e aços-liga tratados termicamente; 1

2 = 0,49.HB para níquel recozido; = 0,41.HB para latão e níquel encruados; = 0,52.HB para cobre recozido; = 0,55.HB para latão recozido; = 0,40.HB para alumínio e suas ligas. b) Escala Rocwell (HR): obtida pela profundidade de penetração e transformada em leitura direta no visor calibrado do durômetro. Utiliza uma pré-carga, para fixação da amostra, ainda no regime elástico, e uma carga principal, para a deformação plástica correspondente à impressão (identação) provocada. As impressões de dureza Rockwell devem ser espaçadas umas das outras de pelo menos 3 vezes o diâmetro da impressão, para evitar interferência entre elas. esta escala subdivide-se em várias subescalas, das quais as mais usadas são: - sub-escala Rocwell B: impressa na cor vermelha, o seu identador é uma esfera de aço duro, com diâmetro de 1,59 mm, pré-carga de 10kgf e carga principal de 100 kgf, também utilizada para peças de baixa dureza, como no caso anterior. - sub-escala Rocwell C: impressa na cor preta, o seu identador é um cone de diamante, a pré-carga é de 10 kgf e a carga principal de 150 kgf. É normalmente utilizada para aços mais duros, como os aços ligados, temperados, cementados, além de certos ferros-fundidos. A tabela abaixo mostra as aplicações típicas das escalas de dureza Rocwell: 2

3 Na maioria dos projetos de engenharia, a dureza constitui a propriedade mecânica fundamental para a seleção e adequação dos materiais e peças sujeitos a diversos tipos de solicitação mecânica, particularmente ao desgaste por abrasão em suas superfícies, como mancais, polias, engrenagens, entre outras aplicações. c) Escala Vickers: Nesta escala, o penetrador é de diamante e forma uma pirâmide de base quadrada, com um ângulo de 136 entre as faces opostas. Como o penetrador é de diamante, sendo portanto praticamente indeformável, e como todas as impressões são semelhantes entre si, não importando o seu tamanho, a dureza Vickers é independente da carga aplicada, em materiais homogêneos. A carga pode variar de1gf até 120 kgf. Para cargas pequenas, a dureza Vickers é na verdade uma microdureza, pois a impressão é muito pequena, sendo então observada com o auxílio de um microscópio acoplado ao equipamento. A forma da impressão é de um losango regular, onde L é a média das diagonais, como esquematizado abaixo: A dureza Vickers (HV) é assim determinada por: HV =. As principais vantagens da dureza Vickers são: 1. Escala contínua; 2. Impressões extremamente pequenas que não inutilizam a peça; 3. Grande precisão medida; 4. Deformação nula do penetrador; 5. Existência de apenas uma escala de dureza; 6. Aplicação para toda a gama de durezas encontradas nos diversos materiais; 7. Aplicação em qualquer espessura de material, sendo usada para medir também durezas superficiais. No entanto, o ensaio é mais demorado e exige uma preparação cuidadosa do material, sendo menos utilizada do que as dureza Brinell e Rockwell. Utiliza-se muito a dureza Vickers para pesquisa, determinação da profundidade de têmpera, profundidade de camada cementada ou de descarbonetação, ensaios de metais muito duros ou muito moles. 3

4 - Resumo das escalas de dureza e tabelas comparativas complementares 4

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6 Comparação entre algumas escalas de dureza 6