Tabela de dureza dos metais: Mohs, HB, HV, HS, HRC

A dureza de um metal refere-se à sua capacidade de resistir a deformações locais, nomeadamente a deformações plásticas, indentações ou riscos. É uma medida da suavidade ou dureza do material.

Existem dois tipos principais de métodos de ensaio de dureza de metais: estático e dinâmico. Os métodos de ensaio estáticos incluem Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Meyer e Barcol, sendo Brinell, Rockwell e Vickers os mais utilizados. Os métodos de ensaio dinâmicos envolvem a aplicação dinâmica e de impacto das forças de ensaio.

A medição da dureza é determinada principalmente pela profundidade da indentação, pela área projectada da indentação ou pelo tamanho da impressão da indentação. Por exemplo, a dureza Brinell (HB) é calculada pressionando um determinado diâmetro de uma esfera de aço endurecido ou de liga dura na superfície metálica ensaiada sob uma determinada carga de ensaio, mantendo-a durante um período de tempo especificado, descarregando-a em seguida e medindo o diâmetro da indentação na superfície ensaiada.

Existem inúmeros métodos para aumentar a dureza do metal, incluindo a liga com elementos duros no material, o endurecimento por processo, o reforço do refinamento do grão, o reforço da dispersão, o reforço da segunda fase, o reforço do tratamento térmico (como a têmpera, a cementação, a nitruração, a infiltração de metal) e o reforço da superfície. Para além disso, a resistência ao desgaste dos materiais metálicos pode ser melhorada através da alteração da forma estrutural e do estado cristalino.

Tabela de dureza de Mohs dos metais

O Dureza de Mohs é um padrão para representar a dureza dos minerais, proposto pela primeira vez em 1822 pelo mineralogista alemão Frederich Mohs. É um padrão utilizado em mineralogia ou gemologia. A dureza de Mohs é determinada utilizando uma agulha piramidal de diamante para riscar a superfície do mineral testado e medir a profundidade do risco. A profundidade deste risco é a dureza de Mohs, representada pelo símbolo HM. Também é utilizado para indicar a dureza de outros materiais.

A profundidade do risco medido é dividida em dez níveis para representar a dureza (método do risco): talco 1 (dureza mais pequena), gesso 2, calcite 3, fluorite 4, apatite 5, ortoclase (feldspato) 6, quartzo 7, topázio 8, corindo 9, diamante 10. A dureza do mineral testado é determinada comparando os riscos com os minerais padrão no medidor de dureza Mohs. Embora a medição deste método seja grosseira, é cómoda e prática. É frequentemente utilizado para medir a dureza dos minerais naturais.

Os valores de dureza não são valores de dureza absolutos, mas sim valores representados por ordem de dureza.

Ao aplicar, comparar a dureza por riscagem. Por exemplo, se um mineral consegue riscar calcite mas não fluorite, a sua dureza de Mohs é de 3 a 4, e as outras são inferidas. A dureza de Mohs é apenas uma dureza relativa, que é áspera. A dureza do talco é 1, a do diamante é 10 e a do corindo é 9, mas a dureza absoluta medida por um aparelho de microdureza é 4192 vezes a do talco para o diamante e 442 vezes a do talco para o corindo. A dureza de Mohs é conveniente e é frequentemente utilizada em operações de campo. Por exemplo, a dureza das unhas é de cerca de 2,5, a das moedas de cobre é de 3,5-4, a das facas de aço é de 5,5 e a do vidro é de 6,5.

Para além da lista original de 1 a 10 tipos de minerais, os valores de dureza dos metais comuns são aqui listados para referência.

Tabela de dureza de materiais metálicos

Tabela de dureza de metais ferrosos e não ferrosos

1. Gráfico de dureza de metais não ferrosos

2. Gráfico de dureza de metais ferrosos

Os dados que se seguem aplicam-se principalmente às emissões de baixo teor de carbono aço (aço macio).

Leitura relacionada: Gráfico de comparação da dureza dos metais: HV, HB, HRC

Dureza comummente utilizada

Dureza Brinell

O ensaio de dureza Brinell utiliza uma esfera de aço endurecido ou um liga dura com um diâmetro D como indentador.

Uma força de ensaio F especificada é aplicada à superfície do material a ensaiar e, após um tempo de espera designado, a força de ensaio é removida, deixando uma indentação com um diâmetro d.

O Dureza Brinell é calculado dividindo a força de ensaio pela área de superfície da indentação. O símbolo para o valor da dureza Brinell é representado como HBS ou HBW.

A diferença entre o HBS e o HBW reside no tipo de indentador utilizado.

A HBS indica a utilização de uma esfera de aço endurecido como indentador e é utilizada para determinar a dureza Brinell de materiais com um valor inferior a 450, como o aço macio, ferro fundido cinzentoe metais não ferrosos.

A HBW, por outro lado, refere-se à utilização de uma esfera de liga dura como indentador e é utilizada para medir a dureza Brinell de materiais com um valor inferior a 650.

Mesmo quando são utilizados o mesmo material e as mesmas condições experimentais, os resultados dos dois ensaios podem variar, sendo o valor HBW normalmente mais elevado do que o valor HBS, e não existe uma regra quantitativa exacta a seguir.

Em 2003, a China adoptou as normas internacionais e abandonou a utilização de indentadores de esferas de aço em favor de cabeças de esferas de liga dura.

Consequentemente, o HBS deixou de ser utilizado e todos os valores de dureza Brinell são agora representados por HBW.

Embora a HBW seja frequentemente designada simplesmente por HB, podem ainda ser encontradas referências à HBS na literatura.

O método de medição da dureza Brinell é adequado para testar materiais como o ferro fundido, ligas não ferrosas e vários aços que foram submetidos a recozimento ou processos de têmpera e revenimento.

No entanto, não é adequado para testar amostras ou peças de trabalho demasiado duras, demasiado pequenas, demasiado finas ou que não permitam grandes reentrâncias na superfície.

Dureza Rockwell

O ensaio de dureza Vickers utiliza um cone de diamante com um ângulo de ponta de 120 graus ou uma esfera de aço endurecido com um diâmetro de Ø1,588mm ou Ø3,176mm como indentador, juntamente com uma carga especificada.

A amostra é submetida a uma carga inicial de 10kgf e a uma carga total de 60, 100 ou 150kgf.

Após a aplicação da carga total, a dureza é determinada pela diferença entre a profundidade de indentação quando a carga principal é removida, mantendo a carga inicial, e a profundidade de indentação sob a carga inicial.

O ensaio de dureza Rockwell utiliza três forças de ensaio diferentes e três indentadores diferentes, resultando num total de nove combinações possíveis e nas correspondentes escalas de dureza Rockwell.

Estas nove escalas são adequadas para uma vasta gama de materiais metálicos normalmente utilizados.

As três escalas de dureza Rockwell mais utilizadas são HRA, HRB e HRC, sendo a HRC a mais utilizada.

Tabela de especificações de ensaio de dureza Rockwell comummente utilizadas

O ensaio de dureza Rockwell é adequado para valores de dureza que variam entre 20-70HRC. Se a dureza da amostra for inferior a 20HRC, recomenda-se a utilização da escala HRB, uma vez que a sensibilidade do indentador diminui com o aumento da pressão sobre a peça cónica.

No entanto, se a dureza da amostra for superior a 67HRC, é aconselhável utilizar a escala HRA, uma vez que a pressão na ponta do indentador pode tornar-se demasiado elevada e resultar em danos no diamante e na redução da vida útil do indentador.

O teste de dureza Rockwell é conhecido pela sua facilidade, velocidade e indentação mínima, tornando-o ideal para testar a superfície de produtos acabados e peças de trabalho mais duras e finas.

No entanto, devido à pequena indentação, o valor da dureza pode flutuar muito para materiais com estruturas e dureza irregulares, tornando-o menos exato do que o ensaio de dureza Brinell.

O teste de dureza Rockwell é normalmente utilizado para determinar a dureza de materiais como o aço, metais não ferrosos e carbonetos cimentados.

Dureza Vickers

O princípio subjacente à medição da dureza Vickers é semelhante ao do ensaio de dureza Brinell.

É utilizado um indentador em forma de pirâmide de diamante com um ângulo de 136° para aplicar uma força de ensaio especificada, F, na superfície do material que está a ser testado.

Após um tempo de espera especificado, a força de ensaio é removida e o valor de dureza é calculado como a pressão média sobre a área de superfície unitária da indentação regular em forma de pirâmide, com o símbolo HV.

A medição da dureza Vickers tem uma ampla gama e pode medir materiais com uma dureza que varia de 10 a 1000 HV. A indentação é pequena em tamanho.

Este método de medição é normalmente utilizado para medir materiais finos e camadas endurecidas à superfície criadas através de cementação e nitruração.

Dureza Leeb

O teste de dureza Leeb utiliza um dispositivo equipado com uma esfera de carboneto de tungsténio para fazer chocar a superfície da peça de teste, que depois faz ricochete. A velocidade do ressalto é afetada pela dureza do material a ser testado.

No dispositivo de impacto está instalado um material magnético permanente, que produz um sinal eletromagnético proporcional à velocidade do movimento do corpo de impacto. Este sinal é depois convertido num valor de dureza Leeb por um circuito eletrónico, representado pelo símbolo HL.

O medidor de dureza Leeb é um dispositivo portátil que não necessita de uma bancada de trabalho. O seu sensor de dureza é compacto e pode ser facilmente operado à mão, tornando-o adequado para testar geometrias grandes, pesadas ou complexas.

Uma das principais vantagens do ensaio de dureza Leeb é o facto de resultar apenas em danos superficiais ligeiros, o que o torna uma opção ideal para ensaios não destrutivos. Também proporciona um teste de dureza único para todas as direcções, espaços estreitos e peças especiais.

Ensaio de dureza

O ensaio de dureza Brinell mede a dureza de uma amostra pressionando uma esfera de aço ou um cone de diamante na superfície da amostra e medindo a profundidade da indentação. Este método é adequado para determinar a dureza de materiais como aço recozido, normalizado, temperado e revenido, ferro fundido e metais não ferrosos.

O teste de dureza Rockwell utiliza procedimentos específicos e indentadores mais pequenos, como os diamantes, para medir a dureza, tornando-o adequado para uma vasta gama de materiais.

O ensaio de dureza Vickers mantém as vantagens dos ensaios Brinell e Rockwell, sendo capaz de medir materiais que variam de extremamente macios a extremamente duros, e os seus resultados podem ser comparados.

Os pormenores das vantagens e desvantagens do ensaio de dureza Knoop não estão detalhados nas informações que encontrei, mas é um dos métodos de ensaio estáticos, a par de Brinell, Rockwell e Vickers.

O aparelho de teste de dureza Webster é utilizado principalmente para verificar as propriedades mecânicas dos perfis de liga de alumínio, mas também é adequado para materiais como cobre, latão e aço macio.

O aparelho de ensaio de dureza Barcol é um tipo de aparelho de ensaio de dureza por indentação. As informações que encontrei não referem explicitamente as suas vantagens e desvantagens.

Cada método de ensaio de dureza tem as suas características e gama de aplicações:

• O teste de dureza Brinell é adequado para vários materiais, especialmente aço recozido, normalizado, temperado e revenido, ferro fundido e metais não ferrosos.
• O ensaio de dureza Rockwell é adequado para uma vasta gama de materiais, utilizando um indentador mais pequeno para as medições.
• O ensaio de dureza Vickers combina as vantagens dos ensaios Brinell e Rockwell, sendo adequado para materiais desde extremamente macios a extremamente duros, e os seus resultados podem ser comparados.
• O ensaio de dureza Knoop, como um dos métodos de ensaio estático, é adequado para vários materiais, mas é necessário compreender melhor as suas especificidades.
• O aparelho de teste de dureza Webster é particularmente adequado para verificar as propriedades mecânicas dos perfis de liga de alumínio, mas também pode ser utilizado para outros materiais.
• O aparelho de ensaio de dureza Barcol, enquanto aparelho de ensaio de dureza por indentação, ocupa um lugar de destaque nos ensaios de dureza dos materiais.

Testes de dureza

• Máquina de ensaio de dureza Micro Vickers

Série HM:

• Máquina de ensaio de dureza Vickers
  Série HV:

• Máquina de ensaio de dureza Rockwell
  Série HR:

• Medidor de dureza Leeb portátil
  Série HH:

Como é que a dureza dos materiais metálicos pode ser melhorada através do tratamento térmico?

A dureza dos materiais metálicos pode ser melhorada através de tratamento térmico utilizando vários métodos, incluindo:

Carburação e Nitruração: Estes métodos de tratamento térmico químico envolvem a infusão de átomos de carbono (cementação) ou de átomos de azoto ativo (nitruração) na camada superficial do metal. Isto aumenta o teor de carbono ou a resistência à abrasão da camada superficial do metal, melhorando assim a dureza e a resistência ao desgaste. O meio de cementação normalmente utilizado é o carvão vegetal, enquanto a nitruração utiliza átomos de azoto ativo decompostos do gás amoníaco quando aquecidos.

Resfriamento: Para os aços de médio e alto carbono em geral, a dureza pode ser melhorada através da têmpera. A têmpera é um método comum de tratamento térmico que consiste em aquecer o aço a uma temperatura adequada e depois arrefecê-lo rapidamente para obter uma dureza mais elevada.

Alteração do tamanho dos grãos e da composição das fases: O tratamento térmico afecta a dureza alterando o tamanho do grão e a composição das fases do material metálico. Isto pode ser conseguido através de mecanismos como o reforço da solução de contorno de grão, o reforço da solução cristalina e o reforço da transformação de fase.

Tecnologia de revestimento: A utilização da tecnologia de revestimento durante o processo de tratamento térmico de materiais metálicos pode evitar danos significativos na estrutura metálica, ao mesmo tempo que se obtém uma dureza óptima, garantindo uma melhoria significativa nos resultados da aplicação.

Reorganização da estrutura organizacional: O processamento do tratamento térmico pode melhorar a uniformidade e a dureza do material, reorganizando a estrutura organizacional e reduzindo ou eliminando a não uniformidade. Este método pode ser implementado de várias formas, dependendo das necessidades específicas.

Formação de uma camada protetora: A formação de uma fina camada protetora na superfície de materiais metálicos altera a estrutura original do metal. Em comparação com os métodos tradicionais de têmpera, esta abordagem aumenta efetivamente a dureza da superfície do metal e oferece a vantagem de uma operação fácil.