Desvendando a Resistência dos Materiais: Um Guia Completo para Dureza

O que é a dureza dos materiais?

Dureza refere-se à capacidade de um material de resistir à deformação da superfície, como arranhões, indentação ou abrasão. É uma propriedade fundamental que ajuda a determinar a capacidade de um material de suportar o desgaste em diversos ambientes. A dureza de um material é frequentemente usada como um indicador de sua resistência, durabilidade e adequação para aplicações específicas. Materiais com alta dureza tendem a ser mais resistentes a danos. No entanto, aqueles com baixa dureza podem ser mais propensos a arranhões ou amassados.

Além disso, a dureza não é um valor único, mas pode variar dependendo do tipo de material e do método de teste utilizado. Diferentes técnicas de teste, como Brinell, Rockwell e Vickers, medem a dureza de maneiras específicas.

Quais são os cinco exemplos de dureza?

1. Diamante

Com uma dureza de 10 na escala de Mohs, o diamante é o material natural mais duro. Como resultado, sua resistência incomparável a arranhões e desgaste é adequada para ferramentas de corte, retificação e perfuração.

2. Aço

O aço geralmente se enquadra entre 6 e 8 na escala de Mohs, dependendo da liga e do tratamento. Devido à sua resistência e resiliência, o aço é comumente utilizado na construção e na indústria. Além disso, sua dureza pode ser ajustada por meio de tratamento térmico, oferecendo versatilidade em diversas aplicações.

3. Vidro

O vidro, que normalmente varia de 5 a 6 na escala de Mohs, é propenso a quebrar com impactos. No entanto, sua forte resistência a arranhões o torna adequado para uso em produtos como janelas, telas e recipientes.

4. Cobre

Com uma dureza de cerca de 3 na escala de Mohs, o cobre é relativamente macio e maleável, permitindo fácil moldagem. Embora seja amplamente utilizado em fiação elétrica e encanamento, o cobre é suscetível a arranhões e, com o tempo, pode corroer.

5. Talco

O talco, com classificação 1 na escala de Mohs, é o mineral mais macio conhecido. Sua baixa dureza o torna facilmente riscado, por isso é geralmente usado em produtos como o pó de talco. Além disso, essa maciez é adequada para aplicações onde o atrito mínimo é necessário.

Material	Dureza (Escala de Mohs)	Descrição
Diamante	10	O material mais duro, usado para cortar, triturar e perfurar.
Aço	6-8	Varia de acordo com a liga e o tratamento, amplamente utilizado na construção e na fabricação.
Vidro	5-6	Frágil, mas resistente a arranhões, usado em janelas e telas.
Cobre	3	Macio e maleável, usado em fiação elétrica e encanamento.
Talco	1	O mineral mais macio, usado em pó de talco e aplicações que exigem atrito mínimo.

Tipos de dureza do material

A dureza dos materiais envolve vários tipos, cada um refletindo diferentes métodos de medição e a capacidade do material de resistir a diversas formas de deformação. Os principais tipos de dureza incluem:

1. Dureza de Riscos

A Dureza ao Risco mede a resistência de um material a riscos causados ​​por um objeto mais duro. É frequentemente aplicada para avaliar a dureza quando outros testes de dureza não são adequados. Neste teste, uma substância mais dura risca o material e, se aparecer um risco, isso indica que o material é mais macio. Este método geralmente visa avaliar minerais, revestimentos e pequenos componentes. Um exemplo típico é a escala de dureza de Mohs, que varia de 1 a 10. Por exemplo:

• O diamante (dureza Mohs 10) pode riscar todos os outros materiais.
• O quartzo (dureza de Mohs 7) pode arranhar a maioria dos materiais comuns, mas não é tão duro quanto o diamante.
• O talco (dureza de Mohs 1) é o mineral mais macio e é facilmente riscado por outros materiais.

Em geral, a Dureza a Riscos fornece uma maneira intuitiva e conveniente de comparar a resistência de um material a riscos, especialmente para materiais com diferenças de dureza relativamente próximas.

2. Dureza de Indentação

A Dureza por Indentação difere da dureza por arranhão, pois mede a resistência de um material à deformação, e não apenas à abrasão. Enquanto a dureza por arranhão testa a resistência de um material à abrasão por uma substância mais dura, a dureza por indentação, por outro lado, fornece informações mais detalhadas sobre a resposta de um material à carga. Especificamente, ela se concentra em como um material se deforma sob pressão. Além disso, a profundidade ou o tamanho da indentação oferecem uma medida mais precisa da dureza, especialmente quando a resistência à carga é um fator crucial.

Os tipos de testes de dureza de indentação incluem:

• Dureza Brinell: Pressione uma esfera de aço ou carboneto de tungstênio na superfície do material. Meça o tamanho da reentrância para determinar a dureza do material.
• Dureza Rockwell: Use um cone de diamante ou uma esfera de aço para criar uma indentação. Converta a profundidade da indentação em um valor de dureza, usando escalas diferentes para diferentes materiais.
• Dureza Vickers: Aplique uma força definida com um indentador piramidal de diamante para medir o tamanho da indentação. Use este teste para materiais finos ou amostras pequenas.
• Dureza Knoop: Use um indentador de diamante alongado, semelhante ao Vickers. Este método é ideal para testar revestimentos finos ou pequenas áreas.

3. Dureza de rebote

A Dureza de Rebote mede a resistência de um material à deformação, avaliando a altura do rebote de uma bola após atingir sua superfície. Ao contrário da dureza por indentação, que mede a profundidade da deformação, a dureza de rebote se concentra na elasticidade do material. Neste teste, uma bola é lançada sobre o material e a altura do rebote é usada para determinar sua dureza. Métodos comuns incluem o Teste de Rebote de Leeb, no qual a velocidade de rebote da bola é medida, e a Dureza Shore, normalmente empregada para materiais mais macios, como a borracha. Além disso, os testes de dureza de rebote são rápidos, não destrutivos e ideais para testar materiais com espessuras variadas.

4. Dureza à compressão

A Dureza à Compressão avalia a resistência de um material à deformação sob forças de compressão. Neste teste, uma amostra é colocada entre duas placas paralelas e uma força de compressão é aplicada. A resistência do material é determinada pela sua deformação ou deslocamento. Este método é comumente usado para materiais como borracha, espumas e plásticos, que sofrem tensão de compressão em aplicações reais. Ao avaliar a capacidade do material de resistir à deformação permanente, o teste fornece informações valiosas sobre sua durabilidade. De modo geral, a dureza à compressão é crucial para avaliar o desempenho dos materiais sob cargas pesadas em diversos contextos industriais.

Tipos deDurezaUnidade

Aqui estão algumas unidades de dureza comuns usadas para medir a dureza dos materiais:

1. Número de Dureza Brinell (BHN): O número Brinell é calculado medindo-se o diâmetro da indentação deixada por uma esfera pressionada na superfície do material. O valor depende da carga aplicada e do tamanho da indentação.
2. Número de dureza Rockwell (HR): A escala Rockwell determina a dureza medindo a profundidade da indentação criada após a aplicação de uma carga específica. Diferentes escalas Rockwell são selecionadas com base na dureza do material.
3. Dureza Vickers (HV): A dureza Vickers é calculada medindo-se o comprimento diagonal da indentação feita por um indentador piramidal de diamante. O valor é obtido dividindo-se a força aplicada pela área da superfície da indentação.
4. Dureza Knoop (HK): A dureza Knoop é medida usando um indentador de diamante alongado. Ela é calculada medindo o comprimento da diagonal maior da indentação, frequentemente usada para materiais pequenos ou finos.
5. Dureza de Mohs: Esta escala qualitativa, que varia de 1 (mais macio) a 10 (mais duro), avalia a dureza com base na capacidade de um material riscar outro. É usada principalmente para minerais.
6. Dureza Shore: A escala Shore mede a profundidade de uma indentação criada pela aplicação de uma força específica, normalmente em elastômeros e materiais macios. A escala Shore A mede materiais mais macios, enquanto a escala Shore D mede materiais mais duros.

Métodos para medir a dureza

1. Teste de Dureza Brinell (BHN)

É um método amplamente utilizado para medir a dureza de materiais, especialmente metais. Este teste avalia a resistência de um material à indentação, e aqui está uma explicação detalhada de como ele funciona:

O procedimento envolve a prensagem de uma esfera de aço, normalmente com 10 mm de diâmetro, no material sob uma carga que varia de 500 a 3.000 kgf por 10 a 30 segundos. Em seguida, o diâmetro da indentação é medido usando um microscópio, e o BHN é calculado com base no tamanho da indentação.

Fórmula

Onde:

P = Carga aplicada (kgf)

D = Diâmetro da esfera (mm)

d = Diâmetro da indentação (mm)

Vantagens

• Uma das principais vantagens do Teste de Dureza Brinell é sua adequação para testar materiais com estruturas de grãos grosseiros ou irregulares.
• Além disso, é especialmente eficaz para materiais com espessura maior que 10 mm.
• Além disso, o teste é relativamente simples e rápido de realizar, o que o torna conveniente para o controle de qualidade de rotina.

Limitações

• Entretanto, esse método não é ideal para testar materiais muito finos ou com dureza excepcionalmente alta, pois a indentação pode não ser precisa.
• Além disso, a precisão do teste pode ser influenciada pelo acabamento da superfície da amostra, por isso é necessária uma preparação cuidadosa da superfície.
• Por fim, comparado a outros testes de dureza, ele exige equipamentos maiores e mais caros.

2. Teste de dureza Rockwell

É outro método amplamente utilizado para determinar a dureza de materiais. Este teste avalia a resistência de um material à indentação medindo a profundidade da indentação feita por um indentador rígido sob uma carga específica. Veja como o teste funciona em detalhes:

O procedimento começa com a seleção do indentador apropriado, uma esfera de aço ou um cone de diamante, e a aplicação de uma pré-carga ao material para garantir um contato uniforme. Em seguida, uma carga de teste principal é aplicada, normalmente por 1 a 2 segundos. Após a remoção da carga, a profundidade da indentação é medida e o Índice de Dureza Rockwell (HR) é calculado com base na profundidade da indentação.

Fórmula

Onde:

N = Constante de escala (130 para Rockwell B, 100 para Rockwell C, etc.)

h = Profundidade da indentação (em milímetros)

A profundidade da indentação h é a diferença entre a posição do indentador sob pré-carga e a posição após a carga total ser aplicada.

Vantagens

• Velocidade:O teste de dureza Rockwell é rápido e pode ser concluído em segundos, o que o torna ideal para testes de alto rendimento.
• Versatilidade: Oferece diversas escalas (por exemplo, Rockwell B, Rockwell C) que atendem a diferentes tipos de materiais, de materiais macios a duros.
• Preparação mínima da amostra:O teste requer preparação mínima da superfície, tornando-o adequado para materiais de formato irregular ou pequenos.
• Não Destrutivo:O teste não é destrutivo, portanto o material permanece praticamente inalterado após o teste.

Limitações

• Qualidade da superfície:A precisão do teste pode ser afetada pela rugosidade ou irregularidade da superfície, exigindo superfícies lisas e uniformes para resultados confiáveis.
• Tipo de material: Pode não ser adequado para materiais muito duros, pois o cone de diamante pode causar muitos danos. Outros testes, como Vickers ou Knoop, podem ser mais apropriados nesses casos.
• Materiais Finos ou Revestidos:Para materiais ou revestimentos finos, a profundidade da indentação pode não representar efetivamente a dureza geral do material.

3. Teste de Dureza Vickers (HV)

O procedimento envolve a prensagem de um indentador piramidal de diamante com base quadrada e ângulo de ápice de 136° na superfície do material sob uma carga conhecida. A carga normalmente varia de 1 a 100 kgf (quilograma-força). O indentador é aplicado por um período especificado (geralmente de 10 a 15 segundos). Após a remoção da carga, as diagonais da indentação deixada no material são medidas usando um microscópio. Essas medidas diagonais são usadas para calcular o Número de Dureza Vickers (HV).

Fórmula

Onde:

F = Carga aplicada (kgf ou N)

θ = Ângulo da pirâmide de diamante (136°)

d = Comprimento médio das diagonais da indentação (em milímetros)

Na prática, para um indentador de 136°, a fórmula se simplifica para:

Onde:

F é a carga aplicada em quilogramas de força

d é o comprimento diagonal médio da indentação em milímetros.

Vantagens

•  
• Alta precisão:O teste Vickers fornece um valor de dureza muito preciso, especialmente para amostras pequenas ou finas.
• Universal:O teste de dureza Vickers pode ser aplicado a uma ampla gama de materiais, de muito macios a muito duros.
• Pequenos recuos: Devido ao pequeno tamanho das indentações, o teste é ideal para testes de microdureza, revestimentos finos ou pequenos componentes.
• Uniformidade:O teste Vickers oferece um resultado consistente em diferentes materiais, pois usa uma única geometria de indentador e carga.

Limitações

• Acabamento de superfície: Como em muitos testes de dureza, o acabamento da superfície do material pode influenciar a precisão dos resultados. Recomenda-se uma superfície lisa e polida.
• Tamanho do recuo:Para materiais muito macios, a indentação pode ser relativamente grande, o que pode não fornecer um resultado significativo para amostras muito finas ou pequenas.
• Demorado: O processo de medição pode ser mais lento que outros Rockwell, pois requer medição precisa das diagonais de indentação sob um microscópio.

Tabela de Dureza do Material

Uma tabela de dureza de materiais é uma referência rápida para determinar a dureza de diversos materiais. A tabela abaixo lista diferentes materiais, ligas e têmperas, juntamente com seus valores de dureza Rockwell, ajudando você a avaliar facilmente sua adequação para aplicações específicas.

Conclusão

A Huayi International Industry Group Limited publicou recentemente um artigo abrangente sobre a importância da dureza dos materiais em diversos setores, incluindo manufatura e ciência dos materiais. O artigo define a dureza dos materiais e sua importância na determinação da resistência à deformação, arranhões e indentação. O artigo explora diferentes tipos de dureza e métodos de medição, fornecendo aos leitores uma tabela de dureza dos materiais para consulta rápida. Este guia visa educar tanto iniciantes quanto aqueles que buscam aprimorar sua compreensão da dureza dos materiais, destacando seu papel crucial na seleção de materiais apropriados para aplicações específicas. Os insights da Huayi International posicionam a empresa como um recurso valioso para profissionais que enfrentam desafios na seleção de materiais.

Perguntas frequentes