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Ensaio de Dureza
EM-641
ENSAIO DE DUREZA
Ensaio de Dureza
EM-641
DEFINIÇÃO:
⇒ Dureza é a resistência à deformação permanente
⇒ Aplicação de uma carga na superfície da peça com um penetrador padronizado
⇒ Características da marca de impressão (área ou profundidade) e da carga aplicada dão a medida de dureza (no)
⇒ Pode ser feito em peças acabadas
⇒ Fornece dados quantitativos quanto a resistência à deformação superficial
⇒ Amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, tratamentos térmicos, vidros e laminados
⇒ Sofre influência: tratamentos superficiais, anisotropia, microestrutura, ambiente, densidade de discordâncias
Ensaio de Dureza
EM-641
TIPOS DE PENETRADORES:
d
D
P
Laterald
Impressão
Esfera de Aço (HBs) ouCarbeto de Tungstênio (HBw)
(D = 10 mm)D
t
P
Lateral Impressão
Cone de Diamante
120o
Rockwell (A, C, D)P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf)
Rockwell (B, F, G)P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf)
t
P
Lateral Impressão
Esfera de açoD = 1/16´´ - 1/8´´
120°
Brinell
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EM-641
P
Lateral Impressão
Pirâmide de Diamante
d1d1
136o
Base quadrada
P
Lateral Impressão
Pirâmide de Diamante l
b
t
l/b = 7,11b/t = 4,00
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Dureza por Risco:
⇒ mais utilizados em minerais e pouco em metais
⇒ capacidade de um material riscar o outro
⇒ Dureza Mohs é a mais conhecida:
escala de 10 minerais padrões
(diamante, safira, topázio,
quartzo...........gesso, talco: silicato de magnésio)
2
410Kλ
=
⇒ Microdureza Bierbaum (K) : carga de 3 gf por
um diamante igual a um canto de cubo
λ [µm]
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Dureza por Rebote:
⇒ Queda livre de um êmbolo com ponta padronizada
⇒ Valor de dureza é proporcional à energia de deformação consumida
e representada pela altura de rebote
⇒ Materiais mais dúcteis apresentam menor valor de altura que frágeis
⇒ Mais conhecida é a Dureza SHORE
barra de peso 2,5 N (0,250 kgf)
ponta arredondada de diamante colocada em um tubo
de vidro graduado de 0 a 140
altura padrão de 256 mm
leitura é realizada no momento de inversão do êmbolo
leve e portátil
peças acabadas
condições adversas
0
140
35
70
105
R
Escala
Ponta deDiamante
Tubo de Vidro
Peça de Ensaio
Barra de Açode Massa 'm'
ho
L
h0, L, m, R(Padronizados)
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Dureza por Penetração:BRINELL (HB): proposto em 1900 ( 1o industrialmente )
esfera de aço temperado ou carboneto de tungstênio
dureza = P / S (expressa em termos σ )
Correlaciona a área de impressão
Tabelas técnicas de dureza ou fórmula
Valor numérico seguido do símbolo HB
Esfera de aço HBs
Esfera de carboneto de tungstênio HBw
Tempo de aplicação da carga 10 a 15 s
Geralmente utiliza-se esfera D = 10 mm
Tb esferas de D = 5, 2.5, 2, 1 mm
Cargas e diâmetros : relação P / D2 = cte
Pelos menos 2 leituras (90o)
Maioria dos materiais :carga 29,42 kN (3000 kgf) dureza até 450 HB
Materiais mais moles :carga 14,70 kN (1500 kgf) carga de 4,9 kN (500 kgf)
Materiais mais duros : carga de 2,452 kN (250 kgf) dureza 450 e 650 HB
]N[P;dDD.D.
P.2102,0HB22
−−π
=
d
D
P
Laterald
Impressão
Esfera de Aço (HBs) ouCarbeto de Tungstênio (HBw)
(D = 10 mm)D
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CORPO DE PROVA:
Distância entre centros de impressão
4d da calota para ferrosos;
6d da calota para outros materiais
Distância da borda
2,5d da calota
Espessura mínima
10x a profundidade da calota
2,5 d 4 d 2,5 d
10 p
p
Para materiais com alta capacidade de encruamento, ocorre amassamento das bordas
d ’ < d
Para materiais com pequena capacidade de encruamento, ocorre aderência (já trabalhado a frio)
d ’ > d
d real
d ,
d rea l
,d
INFORMAÇÕES ADICIONAIS:
- Norma NBR – 6394 (ABNT) ou ASTM E 10-93
- Pode ser considerado destrutivo
- Penetrador polido e isento de defeitos
- CP limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza
- Indicado para microestrutura não uniforme (tamanho da impressão)
- Não recomendado para peças que sofreram cementação
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Correlação entre HB e limite de resistência à tração
. H Bu α=σ
Aço carbono 3,60Aço Cr, Aço Mn, Aço Cr Mn 3,50Aço Ni, Aço Cr Ni, Aço Cr Mo 3,40Aço carbono tratado termicamente 3,40Aço liga tratado 3,30Latão encruado 3,45Cobre recozido 5,20Alumínio e suas ligas 4,00
⇒ Devido ao tamanho da impressão, é o único aplicável
para FoFo
⇒ Não recomendado para materiais com tratamento
superficiais
σ [MPa]
595Martensita
380Perlita Fina
240Perlita Grosseira
80Ferrita
Dureza Brinell - HBMicroconstituintes
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ROCKWELL (HR): Indústria Rockwell 1922 ( mais utilizado )
Penetrador diamante cônico 120o esfera de açoendurecido
Aplicação de pré-carga e carga
Utiliza a profundidade, e não a área
Número seguido HR mais categoria
Dividida em comum ou superficial
Cargas de 10, 60, 100 e 150 kgf comum
Cargas de 3, 15, 30 e 45 kgf superficial
Dividida de acordo com as cargas e penetradores
t
P
Lateral Impressão
Cone de Diamante
120o
Rockwell (A, C, D)P (60 kgf, 150 kgf, 100 kgf)
Rockwell (B, F, G)P (100 kgf, 60 kgf, 150 kgf)
t
P
Lateral Impressão
Esfera de açoD = 1/16´´ - 1/8´´
120°
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Ensaio Jominy – Temperabilidade de Aços
determina a profundidade de endurecimento por têmpera
24°C water
specimen (heated to γ phase field)
flat ground
4”
1”
Ha
rdn
ess
, HR
CDistance from quenched end
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Curvas de Resfriamento com a posição a partir da extremidade > microestruturas resultantes
distance from quenched end (in)Ha
rdn
ess
, HR
C
20
40
60
0 1 2 3
600
400
200A → M
A → P
Martensite
Martensite + Pearlite
Fine Pearlite
Pearlite
0.1 1 10 100 1000
T(°C)
M(start)
Time (s)
0
0%100%
M(finish)
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Influência do teor de elemento de liga:contem Ni, Cr, Mo (0.2 a 2 % em peso): 4140 (Cr,Mo), 4340 , 5140 (Cr),
8640
Cooling rate (°
Ha
rdn
ess
, HR
C
20
40
60
100 20 30 40 50Distance from quenched end (mm
210100 3
4140
8640
5140
104050
80
100
%M4340
T(°C)
10-1 10 103 1050
200
400
600
800
Time (s)
M(start)M(90%)
TE
A Bshift from A to B due to alloying
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Mesma Rockwell K, L , M, P e R ou SVermelha150Esfera 12,700 mmV
Mesma Rockwell K, L e M, plásticosVermelha100Esfera 12,700 mmS
Mesma Rockwell K, L e M, plásticosVermelha60Esfera 12,700 mmR
Mesma Rockwell K, L e M, plásticosVermelha150Esfera 6,350 mmP
Mesma Rockwell K e L, madeira e plásticosVermelha100Esfera 6,350 mmM
Mesma Rockwell K, borracha e plásticosVermelha60Esfera 6,350 mmL
Metal duro e metais de baixa durezaVermelha150Esfera 3,175 mmK
Alumínio, Zinco, chumbo, abrasivosVermelha60Esfera 3,175 mmH
Bronze, fósforo, ligas de berílio, FoFo maleávelVermelha150Esfera 1,588 mmG
Metais moles, ligas de cobreVermelha60Esfera 1,588 mmF
FoFo, ligas de alumínio e magnésio, metal duroVermelha100Esfera 3,175 mmE
Aço fundido com reduzida espessuraPreta100Diamante (cone)D
Metal duro, aço fundido/temperado/rápidoPreta60Diamante (cone)A
Aço temperado ou cementadoPreta150Diamante (cone)C
FoFo e aços não temperadosVermelha100Esfera 1,58 mmB
AplicaçõesLeituraCarga (Kgf)PenetradorEscala
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45Y45X45W45T45N45
30Y30X30W30T30N30
15Y15X15W15T15N15
Escala YEsfera 12,700 mm
Escala XEsfera 6,350 mm
Escala WEsfera 3,175 mm
Escala TEsfera 1,588 mm
Escala NDiamante
Carga Aplicada (kgf)
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Determinação da profundidade de impressão:
Penetrador de diamante Comum p = (100 – HR) . 0,002 [mm]Superficial p = (100 – HR) . 0,001 [mm]
Penetrador esférico Comum p = (130 – HR) . 0,002 [mm]Superficial p = (100 – HR) . 0,001 [mm]
Conversão dureza Rockwell em dureza Brinell
(HB)D.PCCHR 21 π
∆−=
C1 e C2 são constantes tabeladas∆p = p2-p1 (variação na profundidade);p2 = profundidade de penetração com a carga total; ep1 = profundidade de penetração com a carga inicial (pré-carga).
100010045-T
100010030-T
100010015-T
100010045-N
100010030-N
100010015-N
500130G
500130F
500130E
500100D
500100A
500100C
500130B
C2 (1/mm)C1Escala Rockwell
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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:
Norma NBR – 6671 (ABNT) ou ASTM E 18-94
Pode ser considerado destrutivo
Penetrador polido e isento de defeitos
Pré-carga de 3 s
Carga total de 1 a 8 s
C.P. limpo, plano e bem fixado a máquina de dureza
Distância entre centros de 3x p e 2,5x p das bordas
Espessura do C.P. 10 x maior que a profundidade da impressão
Não deve ocorrer impacto no momento da medida
Deve-se realizar o ensaio em materiais desconhecidos:
partindo de escalas mais altas para evitar
danos no penetrador,
seguido posteriormente, de escalas mais baixas
Vantagens: rapidez, exatidão, materiais duros,pequena impressão
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VICKERS (HV): Industria Vickers-Armstrong 1925 (similar Brinell)
Penetrador pirâmide diamante com ângulo de 136o
(similar ao ângulo da Brinell)
Correlaciona carga com a área da impressão
Aplicáveis em todos os materiais
Número seguido HV
Tabelas para conversão em função das diagonais
Dividida em comum ou superficial
cargas de 5 a 100 kgf (49 a 980 N) comum
cargas de 2 a 5 kgf (1,96 a 49 N) superficial
cargas de 0,001 a 2 kgf (0,0098 a 1,92 N) microdureza
Também conhecida como dureza de pirâmide dediamante
Aplicável em materiais muito finos, pequenos eirregulares
]N[P;d
P.189,0HV 21
=
P = carga [N];d = comprimento da diagonal [mm] θ = 136°.
P
Lateral Impressão
Pirâmide de Diamante
d1d1
136o
Base quadrada
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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:
Relação entre dureza Vickers e σp
⇒ Materiais Duros 2 a 3 σp
Materiais Metálicos 3 a 4 σp
1660Chumbo
60220Alumínio Recozido
150470Cobre Recozido
7002.100Aço
7.00013.000Berílio
7.00021.000Carboneto de Tungstênio
11.30020.000Alumina
54.10084.000Diamante
Limite de Proporcionalidade
[MPa]VickersMaterial
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MICRODUREZA
KNOOP (HK):
Penetrador de pirâmide alongada de diamante
Relação das diagonais de 7:1
Profundidade é 1/30 da diagonal maior
Valor deve ser multiplicado por 103
Materiais frágeis, vidro e camadas finas
Preparação cuidadosa da amostra
Recomendado polimento eletrolítico
Área e profundidade menores que a Vickers
= 2l
P.2,14HK
P = carga aplicada [gf];l = comprimento da diagonal maior [µm];
P
Lateral Impressão
Pirâmide de Diamante l
b
t
l/b = 7,11b/t = 4,00
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Impressão na camada
cementada
Impressão na camada não cementada
100 µm
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Identação em um fofo Cz, na região interna aos veios de grafite. Sem ataque 500x
Identação em um fofo Br Hipo, na
região da Ledeburita. 951HV (Inter-Ledeburita), 750HV (fase clara
– Cementita), 534HV (fase
escura - Perlita). Ataque Nital, 500x
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Identação em um fofo Nodular, 162HV (fase clara – Ferrita), 324HV (fase escura –Perlita). Ataque Nital, 500x
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500x Fase clara (Carboneto de Cromo) 1059.3HV; Fase escura (Perlita) 587.6HV
1000x Destaque no carboneto trincado após a identação.
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Liga de Al-Si Hipoeutético, 500x Fase clara (fase α - Rica em Al) Fase escura (Eutético)
Liga de Al-Si Hipereutético, 500x Fase clara (fase β - Rica em Si) Fase escura (Eutético) –Destaque a rachadura do bloco de Si após a identação
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Componentes fundidos, forjados e laminados.Depende da razão P/D2
Esfera de aço 10, 5 e 1 mm
Pirâmide de diamante, base rômbica (razão
7:1)
MicrodurezaKnoop (HK)
Ferrosos e não-ferrosos, esfera de aço para durezas da ordem de 450 HB e esfera de carboneto de tungstênio
para durezas da ordem de 650 HB.
Acima de 3000 kgf para aço
Esfera de carboneto de
tungstênio
Brinell (HB)
Todos os aços e ligas não ferrosas. Materiais de alta dureza incluindo carboneto de tungstênio e cerâmicos.1 a 120 kgf
Pirâmide de diamante, base quadrada e 136°
Vickers (HV)
Ferrosos e não ferrosos, forjados e fundidos.Maior que 60 a 150 kgf e menor que 10
kgf
Cone de diamante, 120°
ou esfera de aço diâmetro ‘d’
1/16” ≤ d ≤ ½”
Rockwell HRB, HRC, etc.
Camadas superficiais, folhas finas, arames, fases microscópicas, zona termicamente afetada (ZTA) em
soldas.1 a 1000 gf
Pirâmide de diamante, base quadrada e 136°
MicrodurezaVickers (HV)
AplicaçãoCargaImpressãoMétodo de Ensaio de
Dureza
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