O que é a dureza de um material?

A dureza descreve a resistência à deformação localizada, como indentação ou risco; não é tenacidade. Os métodos de indentação, risco e ressalto medem respostas diferentes. Entre os métodos comuns estão Rockwell, Brinell, Vickers, risco Mohs e durómetro Shore. Identifique sempre o método e a escala.

A dureza mede a resistência à deformação localizada. A resistência do material exprime-se como tensão, por exemplo limite de elasticidade ou resistência à tração, não como a carga total suportada por um componente; a capacidade de carga também depende da geometria.

A tenacidade é a capacidade de absorver energia e de se deformar sem fraturar. Por exemplo, o vidro pode ser muito duro e ter baixa tenacidade, pois quebra facilmente.

A dureza ajuda na seleção de materiais e no controlo de qualidade, mas não prevê, por si só, a vida ao desgaste nem garante segurança. Avalie a durabilidade segundo material, cargas, mecanismo de desgaste e ambiente, com ensaios relevantes para a aplicação.

As abordagens comuns avaliam dureza por indentação, risco ou ressalto. Cada uma descreve uma resposta medida por um método específico.

A dureza por indentação mede resistência à deformação permanente localizada sob um penetrador. O método especifica penetrador, sequência de forças e condições de carga e permanência.

A dureza ao risco descreve resistência à deformação superficial causada por uma ponta móvel em condições especificadas. Distingue-se do coeficiente de atrito e não determina diretamente uma taxa geral de desgaste.

A dureza por ressalto avalia a resposta a um impacto definido. A grandeza medida depende do método: Leeb utiliza velocidades de ressalto e impacto. Por isso, não deve ser descrita universalmente como altura de ressalto ou absorção de energia.

Não existe uma unidade única de dureza comparável ao metro ou ao grama. Utilizam-se diferentes escalas conforme o método, como o ensaio de dureza Vickers ou o método Rockwell.

O ensaio Rockwell mede o aumento permanente da profundidade após retirar a força adicional, mantendo a força preliminar. Selecione penetrador e força para a escala exigida. Metais e plásticos usam métodos aplicáveis distintos; não aplique HRA, HRB ou HRC indiscriminadamente aos plásticos.

O ensaio Brinell normalizado moderno utiliza uma esfera de material compósito de carboneto de tungsténio. Em materiais de estrutura grosseira como as peças fundidas, uma impressão maior pode abranger mais microestrutura. Os diâmetros de esfera incluem 1, 2.5, 5 e 10 mm; selecione diâmetro e força segundo o provete e o método.

Vickers utiliza uma pirâmide de diamante com ângulo de 136° entre faces opostas. Abrange uma ampla gama de durezas se preparação, espessura e força forem adequadas. Apresente o resultado como HV com a designação exigida da força de ensaio.

Meça opticamente ambas as diagonais da impressão e utilize a média com a força de ensaio para calcular HV. Escolha preparação e condições adequadas; Vickers tem ampla aplicação, mas não substitui universalmente todos os métodos de dureza.

Knoop produz uma impressão alongada e pouco profunda e pode servir para camadas finas e materiais frágeis. Selecione cuidadosamente força e preparação e considere o substrato ao ensaiar revestimentos. Não se limita a casos em que Vickers seja impossível.

É uma classificação qualitativa de 1-10, criada originalmente para identificar minerais. O diamante ocupa o 10 e o talco o 1. A escala mede resistência ao risco, não à indentação.

Leeb obtém a dureza da relação entre velocidades de ressalto e impacto e pode ser útil para peças metálicas grandes adequadas. Respeite os requisitos de massa, apoio, superfície e direção de impacto. O ressalto com escleroscópio Shore distingue-se da indentação com durómetro Shore para borrachas e plásticos.

Uma tabela deve identificar escala de ensaio e estado do material. As conversões Rockwell-Vickers são aproximadas e válidas apenas para os grupos e intervalos abrangidos pela referência. A classificação Mohs não permite conversão genérica para dureza por indentação.

Referências: Ensaios de dureza Struers Limitações de conversão ASTM E140

Ensaio Vickers Struers Ensaio Brinell Struers Escala de Mohs do USGS

Em muitos metais policristalinos, refinar o grão aumenta o limite de elasticidade e frequentemente a dureza no regime aplicável de Hall-Petch. Os limites de grão dificultam as deslocações. A relação não é universal e grãos menores não garantem, por si só, dureza uniforme.

A adição de elementos de liga pode alterar a dureza, mudando a resistência ao movimento de deslocações e a microestrutura resultante. O endurecimento por solução sólida e o endurecimento por partículas são mecanismos possíveis. O resultado depende da composição e do processamento; adicionar um elemento não aumenta automaticamente a dureza.

Em aços adequados, a austenitização seguida de têmpera suficientemente rápida pode produzir martensite. O revenido ajusta depois o equilíbrio entre dureza e tenacidade. Não é um mecanismo universal de endurecimento para todos os metais.

O recozimento pode amaciar materiais adequados e aliviar tensões, mas o ciclo térmico depende da liga e do objetivo. Não é automaticamente a etapa seguinte à têmpera e ao revenido.

A deformação plástica a frio pode endurecer muitos metais pela multiplicação e interação das deslocações. A flexão puramente elástica não produz esse encruamento. A dureza final depende do histórico de deformação e temperatura.

Se uma peça precisa de superfície dura e núcleo tenaz, pode ser útil um endurecimento superficial adequado. Selecione-o segundo qualidade do aço, propriedades exigidas da camada e serviço. As secções seguintes apresentam exemplos de tratamentos superficiais.

Cementação e nitruração são processos comuns de endurecimento superficial para aços adequados. A cementação introduz carbono na superfície; a nitruração, azoto. Diferem temperaturas, requisitos do material e processamento posterior; não devem ser tratados como o mesmo ciclo térmico.

O aço cementado é normalmente endurecido depois por têmpera e revenido conforme especificado. A nitruração convencional forma uma camada dura por difusão de azoto e formação de nitretos, sem exigir têmpera posterior de endurecimento. Não prescreva o mesmo pós-tratamento para ambos os processos.

A anodização dura forma uma camada de óxido em ligas de alumínio adequadas. Meça a espessura por método apropriado, como correntes de Foucault ou secção preparada. A microdureza avalia dureza, não espessura do revestimento; avalie o desgaste separadamente segundo a especificação.

O objetivo é evitar que uma peça perca a sua camada protetora após apenas algumas semanas de atrito.

Use espessura e força adequadas ao método. Um provete ou camada fina pode sofrer influência do apoio ou substrato antes de o penetrador os atingir fisicamente. Para Vickers, prepare uma superfície que permita medir com fiabilidade ambas as diagonais.

As tabelas permitem comparar valores Rockwell e Vickers. Utilize-as com cuidado: as conversões são frequentemente aproximadas. Para obter um valor fiável, realize o ensaio exigido para o material.

A temperatura pode afetar a dureza medida. Siga e reporte as condições do método escolhido. Para dados de dureza a quente, use um procedimento adequado a temperatura elevada com condições controladas de provete e penetrador, não ensaie simplesmente uma peça quente por um procedimento de temperatura ambiente.

A dureza descreve uma resposta do material medida em condições especificadas. Registe método e condições ao comparar resultados. Considere dureza com outras propriedades e requisitos de serviço na seleção do material; uma tabela, por si só, não identifica uma escolha perfeita.

A dureza indica resistência à indentação ou ao risco localizado num ensaio especificado. Por si só, não mede tenacidade nem resistência à fratura.

Um valor de 70 está incompleto sem a escala Shore. Por exemplo, 70 Shore A e 70 Shore D correspondem a ensaios distintos e não representam a mesma dureza. Especifique escala e condições em vez de atribuir uma sensação genérica semelhante à borracha.

Para aço com 50 HRC, escolha ferramentas validadas para a qualidade do aço, operação e máquina. Se considerar a fresa Sundi S650, confirme a gama de aplicação e os dados de corte com o fornecedor. As fresas de metal duro não são intercambiáveis; qualidade, revestimento, geometria da aresta, rigidez e condições de serviço determinam o resultado.

Não existe fórmula universal de dureza. Vickers utiliza força e diagonais medidas; Rockwell utiliza uma diferença de profundidade. Calcule e reporte a dureza segundo o método e a escala escolhidos, em vez de dividir um peso por uma dimensão genérica de furo.