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O que é Dureza de um Material?
Em termos simples, dureza significa a resistência de um material a danos superficiais. Mede a dificuldade em riscar ou marcar um material. Existem três tipos principais de dureza de materiais: Dureza por Indentação, Dureza por Risco e Dureza por Rejeição. Além disso, os testes de risco de Mohs, Rockwell, Brinell, Shore e Vickers são as cinco escalas de medição de dureza mais comuns.
Dureza de um material.
Dureza vs. Resistência vs. Tenacidade
Inicialmente, é preciso distinguir entre estas três propriedades. A dureza do material mede a resistência da superfície. A resistência refere-se à carga total que um material pode suportar antes de falhar.
A tenacidade é a capacidade de absorver energia e deformar sem fraturar. Significa apenas que um material como o vidro é muito duro, mas tem baixa tenacidade porque se estilhaça facilmente.
A Importância na Engenharia
Porque é que a dureza de um material é uma questão tão vital? Os engenheiros utilizam-na como métrica primária para a durabilidade. Primeiramente, ajuda a prever quanto tempo uma peça irá resistir ao desgaste abrasivo. Consequentemente, pode escolher os materiais certos para garantir a segurança e a longevidade dos sistemas mecânicos.
Os Tipos Fundamentais de Dureza
Originalmente, os cientistas identificaram três formas de definir a dureza de um material.
Dureza por Entalhe
Esta é a forma mais comum. Mede a resistência a alterações permanentes de forma sob uma carga de compressão constante.
Dureza de risco
Isto identifica a resistência de uma superfície ao atrito e a impressões contínuas e estreitas. Isto descreve frequentemente um desgaste linear.
Dureza de Rejeição
Isto mede a absorção de energia elástica. Mede-se a altura do “salto” quando um indentador atinge a superfície.
Métodos Principais de Ensaio de Dureza
Não existe uma unidade de dureza única, como um metro ou um grama. Em vez disso, utilizam-se diferentes escalas com base no que é específico Teste de dureza Vickers ou Método Rockwell.
Teste de Dureza Rockwell
Este teste utiliza o princípio da profundidade diferencial. Primeiro, é necessário aplicar uma carga menor para definir o ponto zero. Em seguida, deve aplicar-se uma carga maior. A máquina mede a profundidade da indentação. Utilizará diferentes escalas como HRA, HRB e HRC para aços e plásticos.
Teste de Dureza Brinell
Começando com materiais grosseiros como audições, utilizar-se-á um penetrador esférico de aço ou carboneto de 10 mm. Como a esfera é grande, esta uniformiza a dureza de um material numa área mais vasta.
Teste de Dureza Vickers
O método de dureza Vickers utiliza um indentador piramidal de diamante de 136°. Como o diamante é o material mais duro conhecido, pode ser usado para medir a dureza de quase qualquer material. O resultado é expresso como dureza HV ou dureza HV.
Em seguida, mede-se o comprimento da diagonal da indentação com um microscópio. O ensaio de dureza Vickers permanece a escala “universal” na dureza em ciência dos materiais.
Teste de Dureza Knoop
Para revestimentos muito finos ou cerâmicas frágeis, usará o teste de Knoop. Utiliza um indentador de diamante alongado. Isto acontecerá quando o material for demasiado frágil para a pirâmide de dureza Vickers padrão.
Escala de Dureza de Mohs
Esta é uma escala qualitativa de 1 a 10. Originalmente, ajudava os geólogos a identificar minerais. O Diamante está no 10, enquanto o Talco está no 1. Lembre-se que esta escala mede a resistência a arranhões, não a indentação.
Durometer Leeb e Escleroscópio Shore
Quando se trabalha com peças grandes que não cabem num laboratório, utilizam-se ensaios de impacto dinâmicos. É então possível usar o “salto” de um martelo para calcular a definição de dureza no local.
Tabela de Dureza de Materiais
Quando se olha para um gráfico de dureza de materiais, verá como diferentes substâncias se comparam. Assim, para além da escala de Mohs para minerais, estes gráficos ajudam a converter valores entre a dureza Rockwell e a Vickers.
Exemplo de Material | Vickers | Brinell | Rockwell C | Rockwell B | Escala de Mohs |
Diamante | 10,000+ | — | — | — | 10 |
Carboneto de tungsténio | 1,400 – 1,900 | 700+ | 75 – 85 | — | 9 |
Aço Ferramenta Temperado | 700 – 900 | 650 – 750 | 60 – 68 | — | 7 – 8 |
Aço cementado | 500 – 700 | 475 – 600 | 50 – 58 | — | 6 – 7 |
Aço Carbono | 140 – 160 | 130 – 150 | — | 75 – 85 | 4 – 5 |
Ligas de Cobre / Latão | 80 – 120 | 70 – 110 | — | 40 – 60 | 3 |
Ligas de alumínio | 30 – 50 | 25 – 45 | — | 10 – 25 | 2 – 3 |
Chumbo | 5 – 10 | 4 – 8 | — | — | 1.5 |
Que fatores afetam a dureza de um material?
Microestrutura e Tamanho de Grão
A relação de Hall-Petch afirma que grãos mais finos levam a uma maior dureza. Depois disso, apercebe-se de que as fronteiras de grão funcionam como barreiras ao movimento. Além disso, grãos mais pequenos tornam a dureza do material muito mais consistente.
Composição química
O papel dos elementos de liga é massivo. Primeiro, o carbono no aço cria tensões internas que bloqueiam o deslizamento atómico. Por sua vez, a adição de crómio ou tungsténio aumenta a propriedade de dureza do material em aços para ferramentas especializados.
Tratamentos Térmicos
Este processo começa com o têmpera e revenido: aquece-se o metal e arrefece-se rapidamente para transformar a sua fase em martensite. Isto cria a máxima dureza de um material.
O próximo processo é o recozimento. Neste processo, vai amaciar o metal para usinagem. O recozimento envolve arrefecimento lento para reduzir as tensões internas.
Encruamento do material
Mais tarde, à medida que deforma fisicamente um metal durante o fabrico, este torna-se mais duro. Após algumas dobras ou laminagens, as discordâncias internas emaranham-se. Assim, para além do estado inicial, o próprio processo de fabrico altera a dureza do material.
Técnicas de Cementação
Deve evitar, em geral, endurecer a peça inteira se precisar que ela seja flexível. Existem duas técnicas principais para isso.
Carbonitretação e Cementação
A cementação e a nitretação foram os métodos mais comuns para os aços industriais. Difunde-se carbono ou nitrogénio para a camada superficial a altas temperaturas. O objetivo é criar uma transformação química.
Consequentemente, cria uma carcaça significativamente mais dura que o metal base original. Depois disso, aplica-se um rápido têmpera para fixar a nova estrutura cristalina.
Anodização Dura
Em termos de ligas de alumínio, utiliza-se um método diferente chamado Anodização Dura. Este é um processo eletroquímico utilizado para criar uma camada de óxido espessa e integrada. Certifique-se de verificar a profundidade desta camada com um teste de microdureza. O objetivo é garantir resistência ao desgaste a longo prazo.
Porque a última coisa que quer é instalar uma peça que perde a sua carcaça protetora após apenas algumas semanas de fricção.
Limitações e Considerações em Testes
Espessura da Amostra e Acabamento da Superfície
Vai querer garantir que a sua amostra tem espessura suficiente. Se o metal for demasiado fino, o indentador atinge a bigorna por baixo. Isto arruína os dados das propriedades de dureza do seu material. Tal como na maioria dos testes, um acabamento superficial rugoso levará a medições diagonais imprecisas num teste de dureza Vickers.
Desafios de Conversão de Escalas
Encontrará um gráfico de dureza de materiais que converte Rockwell para Vickers. Apenas tenha cuidado ao utilizá-los. As conversões são frequentemente estimativas. Não há forma de conhecer o valor exato sem realizar o teste específico para esse material.
Impacto Ambiental
Agora, com tudo isto dito, a temperatura é importante. O calor excessivo pode amolecer um material enquanto o está a testar. Deverá ser capaz de ter isto em conta testando à temperatura real de funcionamento da peça.
Conclusão
A dureza de um material não é mais do que uma resistência calculada ao mundo à sua volta? A dureza não é uma constante fundamental; é o resultado de métodos de teste específicos, como a escala de dureza Vickers. Ao compreender como definir a dureza de um material e utilizando um gráfico de dureza de materiais, pode selecionar o material perfeito.
FAQs
O que significa dureza em materiais?
Significa quão bem um sólido consegue resistir a ser amolgado. É uma forma de medir se uma superfície é dura ou mole quando algo lhe faz pressão.
Dureza Shore 70 significa
Esta é uma classificação para materiais moles, como borracha. Um 70 é médio-duro. A sensação é muito semelhante à borracha de um pneu de carro ou à sola de um sapato.
Para materiais com HRC 50°, que ferramentas de corte devo usar para maquinação?
Para materiais de tão alta dureza, recomendamos vivamente o uso de fresa de topo sundi S650. Estas Fresas de metal duro possuem uma dureza e resistência ao desgaste excecionais, tornando-os particularmente adequados para a maquinação de aço com HRC 50°. Garantem resultados de corte eficientes e precisos.
Como calcular a dureza de um material?
Empurra uma ferramenta para dentro do metal e vê o quão grande é o amassado. Usa o peso que utilizaste e divide-o pelo tamanho do buraco para obter a pontuação.
