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

A dureza de um metal se refere à sua capacidade de resistir à deformação local, especialmente à deformação plástica, indentações ou arranhões. É uma medida da maciez ou dureza do material.

Há dois tipos principais de métodos de teste de dureza de metal: estático e dinâmico. Os métodos de teste estático incluem Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Meyer e Barcol, sendo Brinell, Rockwell e Vickers os mais usados. Os métodos de teste dinâmico envolvem a aplicação dinâmica e impactante de forças de teste.

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

Existem vários métodos para aumentar a dureza do metal, incluindo a liga com elementos duros no material, endurecimento do processo, fortalecimento do refinamento do grão, fortalecimento da dispersão, fortalecimento da segunda fase, fortalecimento do tratamento térmico (como têmpera, cementação, nitretação, infiltração de metal) e fortalecimento da superfície. Além disso, a resistência ao desgaste dos materiais metálicos pode ser aprimorada mudando a forma estrutural e alterando o estado cristalino.

Tabela de dureza de Mohs dos metais

O Dureza de Mohs é um padrão para representar a dureza mineral, proposto pela primeira vez em 1822 pelo mineralogista alemão Frederich Mohs. É um padrão usado em mineralogia ou gemologia. A dureza de Mohs é determinada pelo uso de uma agulha de diamante em forma de pirâmide para arranhar a superfície do mineral testado e medir a profundidade do arranhão. A profundidade desse arranhão é a dureza Mohs, representada pelo símbolo HM. Ela também é usada para indicar a dureza de outros materiais.

A profundidade do risco medido é dividida em dez níveis para representar a dureza (método de risco): talco 1 (menor dureza), gesso 2, calcita 3, fluorita 4, apatita 5, ortoclásio (feldspato) 6, quartzo 7, topázio 8, coríndon 9, diamante 10. A dureza do mineral testado é determinada pela comparação de arranhões com os minerais padrão no testador de dureza Mohs. Embora a medição desse método seja grosseira, ele é conveniente e prático. Ele é frequentemente usado para medir a dureza de minerais naturais.

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

Ao aplicar, compare a dureza por meio de arranhões. Por exemplo, se um mineral pode arranhar calcita, mas não fluorita, sua dureza Mohs é de 3 a 4, e as outras são inferidas. A dureza de Mohs é apenas uma dureza relativa, que é grosseira. A dureza do talco é 1, a do diamante é 10 e a do corindo é 9, mas a dureza absoluta medida por um testador de microdureza é 4.192 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 usada em operações de campo. Por exemplo, a dureza das unhas é de aproximadamente 2,5, a das moedas de cobre é de 3,5 a 4, a das facas de aço é de 5,5 e a do vidro é de 6,5.

Além da lista original de 1 a 10 tipos de minerais, os valores de dureza de metais comuns estão listados aqui para referência.

Gráfico de dureza de materiais metálicos

Gráfico 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 a seguir se aplicam principalmente a produtos de baixo carbono aço (aço doce).

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

Dureza comumente usada

Dureza Brinell

O teste de dureza Brinell usa uma esfera feita de aço endurecido ou um liga dura com um diâmetro D como indentador.

Uma força de teste F especificada é aplicada à superfície do material que está sendo testado e, após um tempo de espera designado, a força de teste é removida, deixando uma indentação com um diâmetro d.

O Dureza Brinell O valor de dureza Brinell é calculado dividindo-se a força de teste pela área de superfície da indentação. O símbolo do valor da dureza Brinell é representado como HBS ou HBW.

A diferença entre o HBS e o HBW está no tipo de indentador usado.

O HBS indica o uso de uma esfera de aço endurecido como indentador e é usado para determinar a dureza Brinell de materiais com valor inferior a 450, como o aço doce, ferro fundido cinzentoe metais não ferrosos.

O HBW, por outro lado, refere-se ao uso de uma esfera de liga dura como indentador e é usado para medir a dureza Brinell de materiais com um valor abaixo de 650.

Mesmo quando são usados o mesmo material e as mesmas condições experimentais, os resultados dos dois testes podem variar, sendo que o valor HBW normalmente é maior do que o valor HBS, e não há uma regra quantitativa exata a ser seguida.

Em 2003, a China adotou padrões internacionais e descontinuou o uso de indentadores de esferas de aço em favor de cabeças de esferas de liga dura.

Como resultado, o HBS deixou de ser usado e todos os valores de dureza Brinell agora são representados pelo HBW.

Embora o HBW seja frequentemente chamado simplesmente de HB, referências ao HBS ainda podem ser encontradas na literatura.

O método de medição da dureza Brinell é adequado para testar materiais como 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 que sejam muito duras, muito pequenas, muito finas ou que não permitam grandes recuos na superfície.

Dureza Rockwell

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

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

Depois que a carga total é aplicada, a dureza é determinada pela diferença na profundidade de indentação quando a carga principal é removida, mantendo-se a carga inicial, e a profundidade de indentação sob a carga inicial.

O teste de dureza Rockwell usa três forças de teste diferentes e três indentadores diferentes, resultando em um total de nove combinações possíveis e escalas de dureza Rockwell correspondentes.

Essas nove escalas são adequadas para uma ampla gama de materiais metálicos comumente usados.

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

Tabela de especificações de teste de dureza Rockwell comumente usadas

O teste de dureza Rockwell é adequado para valores de dureza que variam de 20 a 70HRC. Se a dureza da amostra for inferior a 20HRC, recomenda-se usar a escala HRB, pois a sensibilidade do indentador diminui com o aumento da pressão sobre a peça cônica.

No entanto, se a dureza da amostra for superior a 67HRC, é recomendável usar a escala HRA, pois a pressão na ponta do indentador pode se tornar muito alta e resultar em danos ao diamante e redução da vida útil do indentador.

O teste de dureza Rockwell é conhecido por sua facilidade, velocidade e indentação mínima, o que o torna 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 variar muito em materiais com estruturas e dureza irregulares, o que o torna menos preciso do que o teste de dureza Brinell.

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

Dureza Vickers

O princípio por trás da medição da dureza Vickers é semelhante ao do teste de dureza Brinell.

Um indentador em forma de pirâmide de diamante com um ângulo de 136° é usado para aplicar uma força de teste especificada, F, na superfície do material que está sendo testado.

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

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

Esse método de medição é comumente usado para medir materiais finos e camadas de superfície endurecida criadas por meio de cementação e nitretação.

Dureza Leeb

O teste de dureza Leeb usa um dispositivo equipado com uma esfera de carboneto de tungstênio para impactar a superfície da peça de teste, que então ricocheteia. A velocidade do rebote é afetada pela dureza do material que está sendo testado.

Um material magnético permanente é instalado no dispositivo de impacto, que produz um sinal eletromagnético proporcional à velocidade do movimento do corpo de impacto. Esse sinal é então convertido em um valor de dureza Leeb por um circuito eletrônico, representado pelo símbolo HL.

O Leeb Hardness Tester é um dispositivo portátil que não requer uma bancada de trabalho. Seu sensor de dureza é compacto e pode ser facilmente operado com a mão, o que o torna adequado para testar geometrias grandes, pesadas ou complexas.

Um dos principais benefícios do teste de dureza Leeb é que ele resulta em apenas danos leves à superfície, o que o torna uma opção ideal para testes não destrutivos. Ele também oferece um teste de dureza exclusivo para todas as direções, espaços estreitos e peças especiais.

Teste de dureza

O teste 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. Esse 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 menores, como diamantes, para medir a dureza, o que o torna adequado para uma ampla variedade de materiais.

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

As informações específicas sobre as vantagens e desvantagens do teste de dureza Knoop não estão detalhadas nas informações que encontrei, mas esse é um dos métodos de teste estáticos, no mesmo nível de Brinell, Rockwell e Vickers.

O testador de dureza Webster é usado principalmente para verificar as propriedades mecânicas dos perfis de liga de alumínio, mas também é adequado para materiais como cobre, latão e aço doce.

O testador de dureza Barcol é um tipo de testador de dureza por indentação. As especificidades de suas vantagens e desvantagens não estão explicitamente declaradas nas informações que encontrei.

Cada método de teste de dureza tem 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 teste de dureza Rockwell é adequado para uma ampla variedade de materiais, usando um indentador menor para as medições.
• O teste de dureza Vickers combina as vantagens dos testes Brinell e Rockwell, adequados para materiais de extremamente macios a extremamente duros, e seus resultados podem ser comparados.
• O teste de dureza Knoop, como um dos métodos de teste estático, é adequado para vários materiais, mas é necessário entender melhor suas especificidades.
• O testador de dureza Webster é especialmente adequado para verificar as propriedades mecânicas dos perfis de liga de alumínio, mas também pode ser usado para outros materiais.
• O testador de dureza Barcol, como um testador de dureza por indentação, ocupa um lugar de destaque nos testes de dureza de materiais.

Testadores de dureza

• Máquina de teste de dureza Micro Vickers

Série HM:

• Máquina de teste de dureza Vickers
  Série HV:

• Máquina de teste de dureza Rockwell
  Série HR:

• Testador de dureza Leeb portátil
  Série HH:

Como a dureza dos materiais metálicos pode ser melhorada por meio de tratamento térmico?

A dureza dos materiais metálicos pode ser aprimorada por meio de tratamento térmico usando vários métodos, inclusive:

Carburização e nitretação: Esses métodos de tratamento térmico químico envolvem a infusão de átomos de carbono (cementação) ou átomos de nitrogênio ativo (nitretação) na camada superficial do metal. Isso 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 comumente usado é o carvão vegetal, enquanto a nitretação utiliza átomos de nitrogênio ativo decompostos do gás amônia quando aquecidos.

Resfriamento: Para o aço de médio carbono e o aço de alto carbono em geral, a dureza pode ser melhorada por meio da têmpera. A têmpera é um método comum de tratamento térmico que envolve o aquecimento do aço a uma temperatura adequada e, em seguida, o resfriamento rápido para obter maior dureza.

Alteração do tamanho do grão e da composição da fase: O tratamento térmico afeta a dureza ao alterar o tamanho do grão e a composição da fase do material metálico. Isso pode ser obtido por meio de mecanismos como o fortalecimento da solução de contorno de grão, o fortalecimento da solução de cristal e o fortalecimento da transformação de fase.

Tecnologia de revestimento: O uso da tecnologia de revestimento durante o processo de tratamento térmico de materiais metálicos pode evitar danos significativos à estrutura metálica e, ao mesmo tempo, atingir a dureza ideal, 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. Esse método pode ser implementado de várias maneiras, 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, essa abordagem aumenta efetivamente a dureza da superfície do metal e oferece a vantagem da facilidade de operação.