Ensaio de dureza de aço inoxidável: Normas e Técnicas

1. Métodos e normas relevantes para o ensaio de dureza do aço inoxidável

(Norma nacional, Estados Unidos, Japão)

Os produtos de aço inoxidável podem ser classificados por forma de entrega em chapas de aço inoxidável, tiras, tubos, varetas, fios, etc.

Se forem classificados de acordo com a estrutura metalográfica, podem ser divididos nos cinco tipos seguintes: aço inoxidável austenítico, aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável austenítico-ferrítico, aço inoxidável martensítico e aço inoxidável endurecido por precipitação.

Vários materiais de aço inoxidável são fornecidos em diferentes estados de tratamento térmico, tais como recozimentoO tratamento de superfície é o tratamento de superfície, a têmpera, o tratamento de solução, a têmpera ou o revenido.

O ensaio de dureza consiste em pressionar lentamente um indentador duro na superfície de uma amostra em condições específicas e, em seguida, medir a profundidade ou o tamanho da indentação para determinar a dureza do material.

É o método mais simples, mais rápido e mais facilmente implementado no ensaio das propriedades mecânicas dos materiais.

O ensaio de dureza não é destrutivo e existe uma relação de conversão aproximada entre os valores de dureza e os valores de resistência à tração.

Devido à inconveniência dos ensaios de tração e à facilidade de converter a dureza em resistência, as pessoas testam cada vez mais a dureza do material e menos frequentemente a sua resistência.

Especialmente com o progresso e a inovação contínuos na tecnologia de ensaio de dureza, alguns materiais que não podiam ser diretamente testados quanto à dureza no passado, tais como tubos de aço inoxidável, fio de aço inoxidável, chapas de aço inoxidável extremamente finas e tiras de aço inoxidável, podem agora ser diretamente testados quanto à dureza.

Por conseguinte, existe uma tendência para que os ensaios de dureza substituam gradualmente os ensaios de tração.

Nas normas de aço inoxidável, são normalmente estipulados três métodos de ensaio de dureza, Brinell, Rockwell e Vickers, que medem os valores de dureza HB, HRB (ou HRC) e HV, respetivamente.

É especificado que apenas um dos três valores de dureza tem de ser medido para o aço inoxidável dureza do aço testes.

Na América material metálico uma caraterística proeminente no que respeita aos ensaios de dureza é a preferência pelo ensaio de dureza Rockwell, complementado pelo ensaio de dureza Brinell, e raramente utilizando o ensaio de dureza Vickers.

A opinião americana é que o ensaio de dureza Vickers deve ser utilizado principalmente para a investigação de metais e para o ensaio de peças finas e pequenas.

Tanto as normas chinesas como as japonesas utilizam simultaneamente três testes de dureza. Os utilizadores podem escolher um destes testes com base na espessura e condição do material, bem como em circunstâncias individuais, para testar materiais de aço inoxidável.

As normas japonesas relativas aos ensaios de tração e aos ensaios de dureza estão muito próximas das normas chinesas correspondentes, tanto em termos de metodologia como de valores numéricos, o que indica que as normas chinesas foram influenciadas pelas do Japão.

O medidor de dureza Rockwell é um instrumento excecionalmente adequado para dureza do aço inoxidável testes.

A sua simplicidade e facilidade de utilização fazem dele uma ferramenta eficiente que não requer um inspetor profissional e pode ler diretamente os valores de dureza, tornando-o altamente adequado para utilização em fábrica.

O aparelho de teste de dureza Rockwell é normalmente utilizado para testar a dureza do aço inoxidável, sendo que as normas geralmente apenas especificam as escalas HRC e HRB.

Para os materiais de aço inoxidável recozido, cada tipo de grau de aço inoxidável deverá ter um valor de dureza que não exceda um determinado valor de HRB, normalmente na gama de 88-96 HRB.

Para temperado e revenido aço inoxidável martensítico, o valor de dureza de cada classe não deve ser inferior a um determinado valor HRC, normalmente dentro do intervalo de 32-46 HRC.

Embora apenas as escalas HRB e HRC do aparelho de ensaio de dureza Rockwell estejam especificadas nas normas do aço inoxidável, o aparelho de ensaio de dureza Rockwell de superfície também pode ser utilizado eficazmente para testar o aço inoxidável.

O seu princípio é idêntico ao do medidor de dureza Rockwell, mas exerce uma força menor. Os seus valores de dureza podem ser convenientemente convertidos em HRB, HRC, Brinell dureza HBou dureza Vickers HV.

As tabelas de conversão podem ser encontradas no sítio Web da nossa empresa, com base na norma americana ASTM ou na norma internacional ISO.

O medidor de dureza Rockwell de superfície é particularmente útil para testar tubos de aço inoxidável de paredes finas, placas de aço inoxidável finas, tiras de aço inoxidável finas e fios de aço inoxidável finos.

Em especial, o mais recente desenvolvimento da nossa empresa, o aparelho portátil de ensaio de dureza Rockwell de superfícies e o aparelho de ensaio de dureza Rockwell de tubos, pode efetuar ensaios de dureza rápidos e precisos em chapas e tiras de aço inoxidável tão finas como 0,05 mm e em tubos de aço inoxidável tão finos como 4,8 mm, resolvendo problemas que anteriormente eram difíceis de ultrapassar a nível nacional.

2. Ensaio de dureza de chapas e tiras de aço inoxidável

As chapas de aço inoxidável, incluindo as variedades laminadas a quente e a frio, requerem ensaios de dureza precisos para garantir a qualidade e o desempenho. O método de ensaio e a escala empregues dependem da espessura do material e do estado de processamento.

Para placas ou tiras de aço inoxidável com mais de 1,2 mm de espessura, o teste de dureza Rockwell é o método preferido. Este teste utiliza a escala HRB (com um indentador de esferas de aço de 1/16 polegadas) para classes mais macias ou a escala HRC (com um indentador de cone de diamante) para classes mais duras. O teste Rockwell oferece resultados rápidos com uma preparação mínima da superfície, tornando-o ideal para ambientes de produção.

Quando se trata de materiais mais finos, entre 0,2 mm e 1,2 mm, é utilizado um aparelho de teste de dureza Rockwell de superfície. Este equipamento especializado utiliza a escala HRT (com um indentador de esferas de aço de 1/16 polegadas) ou a escala HRN (com um indentador de esferas de aço de 1/8 polegadas), dependendo do intervalo de dureza do material. Estas escalas foram especificamente concebidas para fornecer leituras precisas em amostras mais finas sem influência do suporte subjacente.

Para placas ou tiras de aço inoxidável ultra-finas com menos de 0,2 mm, a escala HR30TM é utilizada com um medidor de dureza Rockwell de superfície equipado com um indentador de diamante. Este método garante medições precisas em materiais extremamente finos, aplicando uma força de teste mais baixa e utilizando um indentador mais sensível, evitando assim que o suporte subjacente afecte os resultados.

Em alternativa, para chapas e tiras de aço inoxidável recozido com espessuras entre 0,3 mm e 13 mm, o ensaio de dureza Vickers é uma opção viável. Este método utiliza um indentador de pirâmide de diamante e oferece uma excelente resolução numa vasta gama de valores de dureza. O ensaio Vickers é particularmente vantajoso para materiais recozidos devido à sua capacidade de medir com exatidão estruturas mais macias sem indentação excessiva.

O aparelho de ensaio de dureza Vickers destaca-se pela rapidez e simplicidade de operação, tornando-o altamente adequado para um controlo de qualidade eficiente em ambientes de produção, especialmente para materiais de aço inoxidável recozido. A sua versatilidade permite testar tanto a macro como a micro dureza, dependendo da carga aplicada, proporcionando uma caraterização abrangente do material.

Para garantir resultados fiáveis, é crucial cumprir as normas relevantes, como a ASTM E18 para os ensaios Rockwell e a ASTM E92 para os ensaios Vickers, considerando factores como os requisitos de espessura mínima, a preparação da superfície e a calibração adequada do equipamento de ensaio.

3. Ensaio de dureza de tubos de aço inoxidável

O ensaio de dureza é uma medida crítica de controlo de qualidade para tubos de aço inoxidável, abrangendo as variedades soldadas e estiradas a frio. A metodologia de ensaio varia com base nas dimensões do tubo e nas condições de processamento para garantir resultados exactos.

Para tubos com um diâmetro interior superior a 30 mm e uma espessura de parede superior a 1,2 mm, é utilizado o teste de dureza Rockwell padrão. Este método utiliza a escala HRB (para aços inoxidáveis mais macios) ou a escala HRC (para graus mais duros), fornecendo uma avaliação abrangente da resistência do material à indentação.

Ao lidar com tubos de paredes finas (espessura de parede <1,2 mm) que ainda mantêm um diâmetro interno acima de 30 mm, o teste de dureza Rockwell superficial é a abordagem preferida. Este método, utilizando as escalas HRT ou HRN, foi especificamente concebido para materiais finos, oferecendo medições precisas sem comprometer a integridade estrutural do tubo.

Para tubos de diâmetro mais pequeno (4,8 mm < ID < 30 mm), é utilizado um aparelho de teste de dureza Rockwell especializado para tubos. Este equipamento, que normalmente emprega a escala HR15T, foi concebido para acomodar as superfícies curvas de tubos mais pequenos, garantindo leituras exactas apesar da geometria difícil.

Nos casos em que o diâmetro interior do tubo excede os 26 mm, o ensaio de dureza da parede interior torna-se viável. Isto pode ser efectuado utilizando testadores Rockwell padrão ou Rockwell superficial, dependendo da espessura da parede. Esta capacidade é particularmente valiosa para avaliar a uniformidade da dureza ao longo da secção transversal do tubo, o que pode ser indicativo da eficácia do tratamento térmico ou de potenciais variações microestruturais.

Os tubos de aço inoxidável recozido apresentam um caso único. Para tubos com um diâmetro interior superior a 6,0 mm e uma espessura de parede inferior a 13 mm, o medidor de dureza W-B75 Webster oferece uma solução eficiente. Este instrumento portátil proporciona testes rápidos e não destrutivos, tornando-o ideal para verificações de qualidade no local ou ambientes de produção de grande volume. A capacidade do aparelho de teste Webster para qualificar rapidamente tubos recozidos é particularmente valiosa, uma vez que pode detetar quaisquer inconsistências no processo de recozimento que possam afetar a formabilidade do tubo ou a resistência à corrosão.

É importante notar que, embora estes métodos de ensaio forneçam dados valiosos, devem ser complementados por outras medidas de garantia de qualidade, como a análise microestrutural, os ensaios de corrosão e as avaliações das propriedades mecânicas, para garantir uma caraterização abrangente dos tubos de aço inoxidável para as aplicações pretendidas.

4. Ensaio de dureza de varões de aço inoxidável

Para barras de aço inoxidável com diâmetros até 50 mm, o teste de dureza Rockwell é o método preferido para determinar a dureza da superfície. A escala Rockwell B (HRB) é normalmente utilizada para aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos, enquanto a escala Rockwell C (HRC) é mais adequada para graus martensíticos ou aços inoxidáveis austeníticos muito trabalhados a frio.

O procedimento de ensaio envolve a aplicação de uma carga menor seguida de uma carga maior e, em seguida, a medição da profundidade da indentação. Para a HRB, é utilizado um indentador de esferas de aço de 1/16 polegadas de diâmetro com uma carga principal de 100 kgf. Para HRC, é utilizado um indentador de cone de diamante com uma carga principal de 150 kgf. O valor de dureza resultante é automaticamente calculado e apresentado nos modernos aparelhos de teste Rockwell.

É crucial assegurar que a superfície da haste está corretamente preparada - limpa, lisa e livre de camadas de óxido ou descarbonetação. Para obter resultados exactos, devem ser efectuadas várias medições em diferentes pontos ao longo do comprimento e da circunferência da vareta, sendo o valor médio comunicado. A norma ASTM E18 fornece directrizes detalhadas para o ensaio de dureza Rockwell de materiais metálicos, incluindo requisitos específicos para varões de aço inoxidável.

Para varões com mais de 50 mm de diâmetro, podem ser necessários métodos alternativos, tais como aparelhos de ensaio de dureza portáteis ou seccionamento para ensaios de bancada padrão. Nos casos em que são necessários ensaios não destrutivos para varões de maior diâmetro, os ensaios de dureza por ultra-sons podem ser considerados como uma opção viável.

5. Ensaio de dureza de fio de aço inoxidável

Para fios de aço inoxidável com um diâmetro superior a 2,0 mm, é normalmente utilizado um aparelho de ensaio de dureza Rockwell superficial para medir a dureza HRT (Rockwell 30T) ou HRN (Rockwell 30N). Este método de ensaio não destrutivo é particularmente adequado para materiais finos e fornece resultados rápidos e exactos sem uma preparação significativa da superfície.

A escala HRT utiliza um indentador de esferas de aço de 1/16 polegadas de diâmetro com uma carga de 30 kg, enquanto a escala HRN utiliza um indentador de esferas de aço de 1/8 polegadas de diâmetro com a mesma carga. A escolha entre HRT e HRN depende da gama de dureza esperada do fio e do estado da superfície. A HRT é geralmente preferida para materiais ligeiramente mais macios, enquanto a HRN é mais adequada para tipos de aço inoxidável mais duros.

Para fios com diâmetros entre 2,0 mm e 6,0 mm, devem ser efectuadas várias medições em diferentes pontos da circunferência do fio para garantir resultados representativos. Para diâmetros superiores a 6,0 mm, os efeitos da curvatura da superfície tornam-se negligenciáveis, permitindo procedimentos de ensaio mais simples.

É importante notar que, para fios com menos de 2,0 mm de diâmetro, os métodos de ensaio de microdureza alternativos, como o Vickers ou o Knoop, podem ser mais adequados para obter medições de dureza precisas e fiáveis.