Ensaio de Dureza

EM-641

ENSAIO DE DUREZA

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DEFINIÇÃO:

⇒ Dureza é a resistência à deformação permanente

⇒ Aplicação de uma carga na superfície da peça com um penetrador padronizado

⇒ Características da marca de impressão (área ou profundidade) e da carga aplicada dão a medida de dureza (no)

⇒ Pode ser feito em peças acabadas

⇒ Fornece dados quantitativos quanto a resistência à deformação superficial

⇒ Amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, tratamentos térmicos, vidros e laminados

⇒ Sofre influência: tratamentos superficiais, anisotropia, microestrutura, ambiente, densidade de discordâncias

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TIPOS DE PENETRADORES:

d

D

P

Laterald

Impressão

Esfera de Aço (HBs) ouCarbeto de Tungstênio (HBw)

(D = 10 mm)D

t

P

Lateral Impressão

Cone de Diamante

120o

Rockwell (A, C, D)P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf)

Rockwell (B, F, G)P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf)

t

P

Lateral Impressão

Esfera de açoD = 1/16´´ - 1/8´´

120°

Brinell

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P

Lateral Impressão

Pirâmide de Diamante

d1d1

136o

Base quadrada

P

Lateral Impressão

Pirâmide de Diamante l

b

t

l/b = 7,11b/t = 4,00

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Dureza por Risco:

⇒ mais utilizados em minerais e pouco em metais

⇒ capacidade de um material riscar o outro

⇒ Dureza Mohs é a mais conhecida:

escala de 10 minerais padrões

(diamante, safira, topázio,

quartzo...........gesso, talco: silicato de magnésio)

2

410Kλ

=

⇒ Microdureza Bierbaum (K) : carga de 3 gf por

um diamante igual a um canto de cubo

λ [µm]

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Dureza por Rebote:

⇒ Queda livre de um êmbolo com ponta padronizada

⇒ Valor de dureza é proporcional à energia de deformação consumida

e representada pela altura de rebote

⇒ Materiais mais dúcteis apresentam menor valor de altura que frágeis

⇒ Mais conhecida é a Dureza SHORE

barra de peso 2,5 N (0,250 kgf)

ponta arredondada de diamante colocada em um tubo

de vidro graduado de 0 a 140

altura padrão de 256 mm

leitura é realizada no momento de inversão do êmbolo

leve e portátil

peças acabadas

condições adversas

0

140

35

70

105

R

Escala

Ponta deDiamante

Tubo de Vidro

Peça de Ensaio

Barra de Açode Massa 'm'

ho

L

h0, L, m, R(Padronizados)

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Dureza por Penetração:BRINELL (HB): proposto em 1900 ( 1o industrialmente )

esfera de aço temperado ou carboneto de tungstênio

dureza = P / S (expressa em termos σ )

Correlaciona a área de impressão

Tabelas técnicas de dureza ou fórmula

Valor numérico seguido do símbolo HB

Esfera de aço HBs

Esfera de carboneto de tungstênio HBw

Tempo de aplicação da carga 10 a 15 s

Geralmente utiliza-se esfera D = 10 mm

Tb esferas de D = 5, 2.5, 2, 1 mm

Cargas e diâmetros : relação P / D2 = cte

Pelos menos 2 leituras (90o)

Maioria dos materiais :carga 29,42 kN (3000 kgf) dureza até 450 HB

Materiais mais moles :carga 14,70 kN (1500 kgf) carga de 4,9 kN (500 kgf)

Materiais mais duros : carga de 2,452 kN (250 kgf) dureza 450 e 650 HB

]N[P;dDD.D.

P.2102,0HB22

−−π

=

d

D

P

Laterald

Impressão

Esfera de Aço (HBs) ouCarbeto de Tungstênio (HBw)

(D = 10 mm)D

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CORPO DE PROVA:

Distância entre centros de impressão

4d da calota para ferrosos;

6d da calota para outros materiais

Distância da borda

2,5d da calota

Espessura mínima

10x a profundidade da calota

2,5 d 4 d 2,5 d

10 p

p

Para materiais com alta capacidade de encruamento, ocorre amassamento das bordas

d ’ < d

Para materiais com pequena capacidade de encruamento, ocorre aderência (já trabalhado a frio)

d ’ > d

d real

d ,

d rea l

,d

INFORMAÇÕES ADICIONAIS:

- Norma NBR – 6394 (ABNT) ou ASTM E 10-93

- Pode ser considerado destrutivo

- Penetrador polido e isento de defeitos

- CP limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza

- Indicado para microestrutura não uniforme (tamanho da impressão)

- Não recomendado para peças que sofreram cementação

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Correlação entre HB e limite de resistência à tração

. H Bu α=σ

Aço carbono 3,60Aço Cr, Aço Mn, Aço Cr Mn 3,50Aço Ni, Aço Cr Ni, Aço Cr Mo 3,40Aço carbono tratado termicamente 3,40Aço liga tratado 3,30Latão encruado 3,45Cobre recozido 5,20Alumínio e suas ligas 4,00

⇒ Devido ao tamanho da impressão, é o único aplicável

para FoFo

⇒ Não recomendado para materiais com tratamento

superficiais

σ [MPa]

595Martensita

380Perlita Fina

240Perlita Grosseira

80Ferrita

Dureza Brinell - HBMicroconstituintes

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ROCKWELL (HR): Indústria Rockwell 1922 ( mais utilizado )

Penetrador diamante cônico 120o esfera de açoendurecido

Aplicação de pré-carga e carga

Utiliza a profundidade, e não a área

Número seguido HR mais categoria

Dividida em comum ou superficial

Cargas de 10, 60, 100 e 150 kgf comum

Cargas de 3, 15, 30 e 45 kgf superficial

Dividida de acordo com as cargas e penetradores

t

P

Lateral Impressão

Cone de Diamante

120o

Rockwell (A, C, D)P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf)

Rockwell (B, F, G)P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf)

t

P

Lateral Impressão

Esfera de açoD = 1/16´´ - 1/8´´

120°

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Ensaio Jominy – Temperabilidade de Aços

determina a profundidade de endurecimento por têmpera

24°C water

specimen (heated to γ phase field)

flat ground

4”

1”

Ha

rdn

ess

, HR

CDistance from quenched end

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Curvas de Resfriamento com a posição a partir da extremidade > microestruturas resultantes

distance from quenched end (in)Ha

rdn

ess

, HR

C

20

40

60

0 1 2 3

600

400

200A → M

A → P

Martensite

Martensite + Pearlite

Fine Pearlite

Pearlite

0.1 1 10 100 1000

T(°C)

M(start)

Time (s)

0

0%100%

M(finish)

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Influência do teor de elemento de liga:contem Ni, Cr, Mo (0.2 a 2 % em peso): 4140 (Cr,Mo), 4340 , 5140 (Cr),

8640

Cooling rate (°

Ha

rdn

ess

, HR

C

20

40

60

100 20 30 40 50Distance from quenched end (mm

210100 3

4140

8640

5140

104050

80

100

%M4340

T(°C)

10-1 10 103 1050

200

400

600

800

Time (s)

M(start)M(90%)

TE

A Bshift from A to B due to alloying

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Mesma Rockwell K, L , M, P e R ou SVermelha150Esfera 12,700 mmV

Mesma Rockwell K, L e M, plásticosVermelha100Esfera 12,700 mmS

Mesma Rockwell K, L e M, plásticosVermelha60Esfera 12,700 mmR

Mesma Rockwell K, L e M, plásticosVermelha150Esfera 6,350 mmP

Mesma Rockwell K e L, madeira e plásticosVermelha100Esfera 6,350 mmM

Mesma Rockwell K, borracha e plásticosVermelha60Esfera 6,350 mmL

Metal duro e metais de baixa durezaVermelha150Esfera 3,175 mmK

Alumínio, Zinco, chumbo, abrasivosVermelha60Esfera 3,175 mmH

Bronze, fósforo, ligas de berílio, FoFo maleávelVermelha150Esfera 1,588 mmG

Metais moles, ligas de cobreVermelha60Esfera 1,588 mmF

FoFo, ligas de alumínio e magnésio, metal duroVermelha100Esfera 3,175 mmE

Aço fundido com reduzida espessuraPreta100Diamante (cone)D

Metal duro, aço fundido/temperado/rápidoPreta60Diamante (cone)A

Aço temperado ou cementadoPreta150Diamante (cone)C

FoFo e aços não temperadosVermelha100Esfera 1,58 mmB

AplicaçõesLeituraCarga (Kgf)PenetradorEscala

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45Y45X45W45T45N45

30Y30X30W30T30N30

15Y15X15W15T15N15

Escala YEsfera 12,700 mm

Escala XEsfera 6,350 mm

Escala WEsfera 3,175 mm

Escala TEsfera 1,588 mm

Escala NDiamante

Carga Aplicada (kgf)

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Determinação da profundidade de impressão:

Penetrador de diamante Comum p = (100 – HR) . 0,002 [mm]Superficial p = (100 – HR) . 0,001 [mm]

Penetrador esférico Comum p = (130 – HR) . 0,002 [mm]Superficial p = (100 – HR) . 0,001 [mm]

Conversão dureza Rockwell em dureza Brinell

(HB)D.PCCHR 21 π

∆−=

C1 e C2 são constantes tabeladas∆p = p2-p1 (variação na profundidade);p2 = profundidade de penetração com a carga total; ep1 = profundidade de penetração com a carga inicial (pré-carga).

100010045-T

100010030-T

100010015-T

100010045-N

100010030-N

100010015-N

500130G

500130F

500130E

500100D

500100A

500100C

500130B

C2 (1/mm)C1Escala Rockwell

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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:

Norma NBR – 6671 (ABNT) ou ASTM E 18-94

Pode ser considerado destrutivo

Penetrador polido e isento de defeitos

Pré-carga de 3 s

Carga total de 1 a 8 s

C.P. limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza

Distância entre centros de 3x p e 2,5x p das bordas

Espessura do C.P. 10 x maior que a profundidade da impressão

Não deve ocorrer impacto no momento da medida

Deve-se realizar o ensaio em materiais desconhecidos:

partindo de escalas mais altas para evitar

danos no penetrador,

seguido posteriormente, de escalas mais baixas

Vantagens: rapidez, exatidão, materiais duros,pequena impressão

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VICKERS (HV): Industria Vickers-Armstrong 1925 (similar Brinell)

Penetrador pirâmide diamante com ângulo de 136o

(similar ao ângulo da Brinell)

Correlaciona carga com a área da impressão

Aplicáveis em todos os materiais

Número seguido HV

Tabelas para conversão em função das diagonais

Dividida em comum ou superficial

cargas de 5 a 100 kgf (49 a 980 N) comum

cargas de 2 a 5 kgf (1,96 a 49 N) superficial

cargas de 0,001 a 2 kgf (0,0098 a 1,92 N) microdureza

Também conhecida como dureza de pirâmide dediamante

Aplicável em materiais muito finos, pequenos eirregulares

]N[P;d

P.189,0HV 21

=

P = carga [N];d = comprimento da diagonal [mm] θ = 136°.

P

Lateral Impressão

Pirâmide de Diamante

d1d1

136o

Base quadrada

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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:

Relação entre dureza Vickers e σp

⇒ Materiais Duros 2 a 3 σp

Materiais Metálicos 3 a 4 σp

1660Chumbo

60220Alumínio Recozido

150470Cobre Recozido

7002.100Aço

7.00013.000Berílio

7.00021.000Carboneto de Tungstênio

11.30020.000Alumina

54.10084.000Diamante

Limite de Proporcionalidade

[MPa]VickersMaterial

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MICRODUREZA

KNOOP (HK):

Penetrador de pirâmide alongada de diamante

Relação das diagonais de 7:1

Profundidade é 1/30 da diagonal maior

Valor deve ser multiplicado por 103

Materiais frágeis, vidro e camadas finas

Preparação cuidadosa da amostra

Recomendado polimento eletrolítico

Área e profundidade menores que a Vickers

= 2l

P.2,14HK

P = carga aplicada [gf];l = comprimento da diagonal maior [µm];

P

Lateral Impressão

Pirâmide de Diamante l

b

t

l/b = 7,11b/t = 4,00

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Impressão na camada

cementada

Impressão na camada não cementada

100 µm

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Identação em um fofo Cz, na região interna aos veios de grafite. Sem ataque 500x

Identação em um fofo Br Hipo, na

região da Ledeburita. 951HV (Inter-Ledeburita), 750HV (fase clara

– Cementita), 534HV (fase

escura - Perlita). Ataque Nital, 500x

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Identação em um fofo Nodular, 162HV (fase clara – Ferrita), 324HV (fase escura –Perlita). Ataque Nital, 500x

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500x Fase clara (Carboneto de Cromo) 1059.3HV; Fase escura (Perlita) 587.6HV

1000x Destaque no carboneto trincado após a identação.

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Liga de Al-Si Hipoeutético, 500x Fase clara (fase α - Rica em Al) Fase escura (Eutético)

Liga de Al-Si Hipereutético, 500x Fase clara (fase β - Rica em Si) Fase escura (Eutético) –Destaque a rachadura do bloco de Si após a identação

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Componentes fundidos, forjados e laminados.Depende da razão P/D2

Esfera de aço 10, 5 e 1 mm

Pirâmide de diamante, base rômbica (razão

7:1)

MicrodurezaKnoop (HK)

Ferrosos e não-ferrosos, esfera de aço para durezas da ordem de 450 HB e esfera de carboneto de tungstênio

para durezas da ordem de 650 HB.

Acima de 3000 kgf para aço

Esfera de carboneto de

tungstênio

Brinell (HB)

Todos os aços e ligas não ferrosas. Materiais de alta dureza incluindo carboneto de tungstênio e cerâmicos.1 a 120 kgf

Pirâmide de diamante, base quadrada e 136°

Vickers (HV)

Ferrosos e não ferrosos, forjados e fundidos.Maior que 60 a 150 kgf e menor que 10

kgf

Cone de diamante, 120°

ou esfera de aço diâmetro ‘d’

1/16” ≤ d ≤ ½”

Rockwell HRB, HRC, etc.

Camadas superficiais, folhas finas, arames, fases microscópicas, zona termicamente afetada (ZTA) em

soldas.1 a 1000 gf

Pirâmide de diamante, base quadrada e 136°

MicrodurezaVickers (HV)

AplicaçãoCargaImpressãoMétodo de Ensaio de

Dureza

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