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

Compreender as escalas de dureza dos metais

Explicação da escala de dureza de Mohs

A Escala de Dureza de Mohs, criada por Friedrich Mohs em 1812, é uma forma simples de medir a facilidade com que os minerais se podem riscar uns aos outros. Esta escala qualitativa ordinal classifica os minerais de 1 a 10, com cada número a representar a capacidade de um mineral riscar os que estão abaixo dele e ser riscado pelos que estão acima dele. A escala vai do talco, o mineral mais macio com 1, ao diamante, o mais duro com 10.

Contexto histórico e utilização primária dos minerais

A escala de Mohs foi originalmente desenvolvida para ajudar os geólogos a identificar os minerais no terreno. Fornece um método fácil e eficaz para classificar os minerais com base na sua dureza ao risco, que é determinada observando se um mineral pode riscar outro material ou ser riscado por ele. Este facto torna a escala uma ferramenta prática para geólogos e mineralogistas.

Descrições pormenorizadas do ensaio de dureza Rockwell

O teste de dureza Rockwell mede a dureza de metais e outros materiais pressionando um indentador neles e medindo a indentação.

Metodologia e intervalos de escala

As diferentes escalas Rockwell utilizam indentadores e cargas diferentes, como HRA para aço fino, HRB para metais mais macios e HRC para materiais mais duros.

• Rockwell A (HRA): Utiliza um indentador de cone de diamante de 120° e uma carga de 60 kgf, adequado para aço fino e aço cementado.
• Rockwell B (HRB): Utiliza uma esfera de aço endurecido de 1,588 mm e uma carga de 100 kgf, utilizada para metais mais macios como o alumínio, ligas de cobre e aços macios.
• Rockwell C (HRC): Utiliza um indentador cónico de diamante de 120° e uma carga de 150 kgf, ideal para materiais mais duros como o aço endurecido e as ligas de titânio.

Este método é rápido e direto, requerendo uma preparação mínima da amostra e é adequado para uma vasta gama de materiais. No entanto, é menos preciso para materiais muito finos ou revestimentos de superfície e pode não ser adequado para materiais com dureza não uniforme.

Visão geral do teste de dureza Brinell

O teste de dureza Brinell utiliza um indentador esférico duro para pressionar o material e mede o diâmetro da indentação para calcular a dureza.

Procedimento e aplicações típicas

Este teste envolve a pressão de uma esfera de carboneto de tungsténio no material sob uma carga específica durante um determinado período. O diâmetro da indentação é medido e utilizado para calcular o número de dureza Brinell (BHN).

• Gama de carga: Tipicamente entre 500 kgf e 3000 kgf, consoante o material.
• Aplicações: Normalmente utilizado para peças de grandes dimensões, peças fundidas e peças forjadas.

Este teste é ótimo para peças grandes e materiais grosseiros, mas não é adequado para materiais muito duros ou finos.

Introdução ao ensaio de dureza Vickers

O teste de dureza Vickers utiliza um indentador de pirâmide de diamante para medir a dureza de vários materiais, incluindo metais e cerâmicas.

Processo de ensaio e precisão

O ensaio Vickers consiste em pressionar um indentador de pirâmide de diamante com uma base quadrada no material sob uma carga especificada. As diagonais da indentação resultante são medidas para calcular o número de dureza Vickers (VHN).

• Gama de carga: Tipicamente de 1 kgf a 100 kgf.
• Aplicações: Ideal para testes de microdureza, secções finas e revestimentos.

Este teste é muito preciso e funciona para todos os materiais, mas pode ser mais lento e mais caro.

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.

Teste de dureza Rockwell, Brinell e Vickers

Teste de dureza Rockwell

O teste de dureza Rockwell é normalmente utilizado para medir a dureza dos metais. Este ensaio avalia a profundidade de penetração de um indentador sob uma grande carga em comparação com a penetração efectuada por uma pré-carga.

Equipamento e procedimento

Equipamento necessário:

Máquina de ensaio de dureza Rockwell.

Indentadores: Cone de diamante (para materiais mais duros) ou esfera de aço (para materiais mais macios).

Amostra: Amostra preparada do material a ensaiar.

Procedimento:

Preparar o espécime: Assegurar que a superfície do provete está limpa e lisa para não afetar os resultados do ensaio.

Selecionar a escala adequada: Escolha a escala Rockwell com base na dureza do material, como HRC para materiais duros e HRB para materiais mais macios.

Posicionar a amostra: Colocar o provete firmemente sobre a bigorna da máquina de ensaio.

Aplicar a carga menor: Aplicar uma carga mínima de 10 kgf para assentar o indentador e penetrar na oxidação da superfície.

Aplicar a carga principal: Aumentar a carga até à carga principal especificada para a escala Rockwell escolhida, como 150 kgf para HRC.

Medir a indentação: Depois de aplicar a carga principal, a máquina mede a profundidade da indentação e calcula automaticamente o número de dureza Rockwell.

Teste de dureza Brinell

O ensaio de dureza Brinell mede a dureza de materiais grandes e de grão grosso, avaliando o diâmetro de uma indentação efectuada por um indentador esférico.

Equipamento e procedimento

Equipamento necessário:

Máquina de ensaio de dureza Brinell.

indentador esférico (normalmente com 10 mm de diâmetro, feito de aço endurecido ou carboneto de tungsténio).

Amostra: Amostra corretamente preparada do material a ensaiar.

Procedimento:

Preparar o espécime: Verificar se a superfície do provete está plana e limpa.

Posicionar a amostra: Colocar o provete firmemente sobre a bigorna da máquina de ensaio.

Selecionar a carga: Selecionar uma carga entre 500 kgf e 3000 kgf, em função do material.

Aplicar a carga: Aplicar a carga selecionada durante 10 a 30 segundos e, em seguida, medir o diâmetro da indentação com um microscópio.

Calcular a dureza: Utilize o diâmetro da indentação para calcular o número de dureza Brinell (BHN) utilizando a fórmula: [ \text{BHN} = \frac{2P}{\pi D (D - \sqrt{D^2 - d^2})} ] onde (P) é a carga, (D) é o diâmetro do indentador e (d) é o diâmetro da indentação.

Teste de dureza Vickers

O teste de dureza Vickers é um método versátil para medir a dureza de materiais, incluindo metais e cerâmicas, utilizando um indentador de pirâmide de diamante.

Equipamento e procedimento

Calcular a dureza: Calcular o número de dureza Vickers (VHN) utilizando as medições diagonais e a fórmula:

em que (P) é a carga e (d) é o comprimento médio das diagonais da indentação.

Equipamento necessário:

Máquina de ensaio de dureza Vickers.

Alfinete de pirâmide de diamante com base quadrada.

Amostra: Amostra corretamente preparada do material a ensaiar.

Procedimento:

Preparar o espécime: Assegurar que a superfície do provete está lisa e limpa.

Posicionar a amostra: Colocar o provete firmemente sobre a bigorna da máquina de ensaio.

Selecionar a carga: Selecionar uma carga entre 1 gf e 120 kgf, em função do material e da precisão necessária.

Aplicar a carga: Aplicar a carga durante 10 a 15 segundos e, em seguida, medir as diagonais da indentação com um microscópio.

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.

Comparação de métodos de ensaio de dureza

Cada método de ensaio de dureza tem caraterísticas únicas adequadas a aplicações específicas.

Intervalos de carga e tipos de indentação

• Rockwell: Utiliza cargas menores e maiores com um cone de diamante ou um indentador de esferas de aço, adequado para vários materiais.
• Brinell: Aplica cargas elevadas (500 kgf a 3000 kgf) com um indentador esférico, ideal para materiais grandes e de granulação grossa.
• Vickers: Utiliza um indentador em pirâmide de diamante com uma vasta gama de cargas (1 gf a 120 kgf), adequado para medições precisas em todos os materiais.

Normas e referências

• Normas Rockwell: ASTM E18, ISO 6508.
• Normas Brinell: ASTM E10, ISO 6506.
• Normas Vickers: ASTM E384, ISO 6507.

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:

Perguntas mais frequentes

Seguem-se as respostas a algumas perguntas frequentes:

Para que é utilizada a escala de dureza de Mohs?

A escala de dureza de Mohs é utilizada para medir a resistência ao risco dos minerais. Desenvolvida por Friedrich Mohs em 1812, é uma escala qualitativa ordinal que ajuda a identificar e classificar os minerais com base na sua capacidade de se riscarem uns aos outros. Embora utilizada principalmente em geologia e mineralogia, a escala de Mohs também tem aplicações na ciência dos materiais para avaliar a durabilidade relativa e a resistência à abrasão de vários materiais. No entanto, para medições precisas da dureza dos metais, são preferidos testes mais quantitativos, como os testes de dureza Vickers, Rockwell ou Brinell.

Como é que o teste de dureza Rockwell funciona?

O teste de dureza Rockwell mede a dureza dos materiais através da determinação da profundidade de penetração de um indentador sob uma grande carga, em comparação com a penetração efectuada por uma carga preliminar. O ensaio começa com a aplicação de uma carga menor (normalmente 10 kgf), estabelecendo uma profundidade de base. Em seguida, é aplicada uma carga maior, que pode variar consoante a escala Rockwell específica que está a ser utilizada. Depois de manter esta carga durante um período específico, ela é removida, deixando a carga menor no lugar. O valor da dureza é calculado com base na diferença das medições de profundidade antes e depois da aplicação da carga maior. Este ensaio é vantajoso pela sua simplicidade, resultados rápidos, danos mínimos no material e leituras diretas da dureza. É amplamente utilizado no controlo de qualidade e na seleção de materiais em várias indústrias.

Quais são as diferenças entre os testes de dureza Brinell e Vickers?

Os ensaios de dureza Brinell e Vickers diferem principalmente nos seus indentadores, procedimentos e aplicabilidade do material. O ensaio Brinell utiliza um indentador de esferas de aço ou de carboneto de tungsténio, normalmente com um diâmetro de 1 a 10 mm, e é mais lento devido à aplicação de uma carga elevada, o que o torna adequado para materiais com superfícies grosseiras ou não homogéneas, mas menos preciso para materiais muito duros. Em contrapartida, o ensaio Vickers utiliza um indentador piramidal de diamante com um ângulo de abertura de 136 graus, proporcionando uma maior precisão e fiabilidade, e é mais rápido, exigindo uma superfície bem preparada. O ensaio Vickers é versátil, adequado para uma vasta gama de materiais, incluindo chapas finas e aços endurecidos, enquanto o ensaio Brinell é melhor para superfícies rugosas e determinados metais, mas é limitado pela potencial deformação do indentador e por tamanhos de indentação maiores.

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

A melhoria da dureza dos metais através do tratamento térmico envolve vários processos concebidos para alterar a microestrutura do metal e melhorar as suas propriedades mecânicas. Os principais métodos incluem:

1. Resfriamento: Isto envolve o aquecimento do metal a uma temperatura elevada e, em seguida, o seu arrefecimento rápido utilizando um meio como o óleo, a água ou a salmoura. A têmpera aumenta a dureza através da formação de fases duras, como a martensite, no aço.
2. Têmpera: Após a têmpera, o revenido reaquece o metal a uma temperatura mais baixa e depois arrefece-o lentamente. Este processo reduz a fragilidade enquanto mantém uma dureza significativa, equilibrando a tenacidade e a dureza.
3. Endurecimento por precipitação (envelhecimento): Utilizado para ligas específicas, este método envolve o aquecimento da liga para dissolver os elementos solúveis, seguido de um arrefecimento rápido e, em seguida, de um envelhecimento a uma temperatura mais baixa. Isto forma precipitados na microestrutura, aumentando a dureza e a resistência.
4. Case Hardening: Esta técnica introduz uma camada dura de carbono ou azoto na superfície do metal através de processos como a cementação ou a nitruração. Aumenta a dureza da superfície e a resistência ao desgaste, mantendo o núcleo mais duro.
5. Normalização: Embora não se destine principalmente a maximizar a dureza, a normalização refina a estrutura do grão através do aquecimento do metal acima da sua gama crítica e, em seguida, do arrefecimento ao ar. Este processo pode aumentar a resistência e a uniformidade do metal.

Ao aplicar estes processos de tratamento térmico, a dureza e outras propriedades mecânicas dos metais podem ser optimizadas para várias aplicações industriais.

Porque é que a dureza dos metais é importante nas aplicações industriais?

A dureza dos metais é crucial nas aplicações industriais porque tem um impacto direto no desempenho, durabilidade e adequação dos materiais a várias utilizações. Os metais mais duros oferecem uma melhor resistência ao desgaste, à abrasão e à deformação, o que é essencial em ambientes onde os componentes estão sujeitos a cargas pesadas, fricção e impacto. Isto assegura a longevidade e a integridade estrutural de máquinas e estruturas. Além disso, os ensaios de dureza ajudam na seleção de materiais e no controlo de qualidade, verificando se os materiais cumprem normas e especificações específicas. Isto é particularmente importante para manter a consistência e a fiabilidade dos processos de fabrico. Em geral, a dureza dos metais é uma propriedade fundamental que influencia a eficácia e o tempo de vida dos produtos industriais.