Na ciência dos materiais, os ensaios de dureza desempenham um papel importante na análise e controle da qualidade, especialmente em relação à tensão e ao desgaste. É uma forma essencial de avaliar dureza dos materiais e é amplamente utilizado em setores que vão desde o automotivo e a construção até a engenharia biomédica e pesquisa. Este artigo explora os princípios básicos, métodos de teste, equipamentos e procedimentos envolvidos em ensaios de dureza.
Conteúdo
O que é teste de dureza?
O teste de dureza é um processo que verifica a capacidade de um material resistir à deformação, especialmente quando indentado permanentemente na superfície por um material mais duro. Ele mede a profundidade ou o tamanho da marca deixada por um indentador duro sob uma carga padrão. Em termos simples, é um método que ajuda a determinar o nível de dureza de um material.
Os testes de dureza têm suas origens em 1812, quando Friedrich Mohs introduziu uma escala de dez pontos que classificava os minerais de talco (1) a diamante (10). Métodos instrumentados modernos se seguiram: Brinell (indentação esférica de 1900), Shore Scleroscope (rebote de 1907), Rockwell (profundidade de 1919), Vickers (pirâmide de diamante de 1921) e Knoop (microindentação de 1939).
Métodos de teste de dureza
Existem diferentes tipos de métodos de ensaio de dureza, categorizados como métodos de ensaio dinâmicos ou métodos de ensaio estáticos. Vejamos alguns dos mais utilizados:
Teste de Dureza Rockwell (HR)
Teste de dureza Rockwell mede a dureza de um material pressionando um cone de diamante em sua superfície sob uma carga específica e, em seguida, medindo a profundidade da indentação resultante. Este método é rápido, simples e sem estresse. É principalmente útil em testes de aço e ligas para controle de qualidade.
Teste de Dureza Brinell (HB)
Ao contrário do método Rockwell, o Teste de dureza Brinell Utiliza uma esfera de aço ou carboneto para criar uma indentação na superfície do material, que é então medida para determinar a dureza. Também aplica uma carga, mas mede o diâmetro da marca feita para avaliar a dureza do material. A singularidade deste método é que ele é muito potente para testar materiais com superfícies irregulares e rugosas. É aplicado principalmente em testes de peças fundidas e forjadas.
Teste de Dureza Vickers (HV)
Ao contrário dos métodos mencionados anteriormente que medem a profundidade e o diâmetro da indentação, Teste de dureza Vickers O método Vickers é diferente. Ele mede o comprimento das diagonais da marca feita pela penetração da amostra de teste com uma pirâmide de diamante de 136°. No entanto, em um aspecto, ele também aplica uma carga fixa. O método Vickers é único porque pode ser usado para testar uma ampla variedade de materiais, como cerâmicas, metais e compósitos.
Teste de dureza Mohs
Como mencionado anteriormente, Teste de dureza de Mohs mede a dureza de um material pela sua capacidade de riscar outro. É um processo simples que aplica procedimentos qualitativos e é adequado para testar minerais e amostras utilizadas em processos geológicos.
Teste de dureza Knoop
Teste de dureza Knoop é conhecido por sua singularidade em testes de materiais pequenos e minúsculos, como revestimentos e filmes finos. As cargas aplicadas são pequenas e o indentador que perfura a amostra de teste é fino e longo, com uma ponta fina. A medição é feita concentrando-se apenas no comprimento das diagonais longas.
Equipamento de teste de dureza
Cada método específico de teste de dureza tem sua própria configuração exclusiva, no entanto, a maioria dos métodos comumente usados geralmente consiste nestes quatro equipamentos importantes:
- Um indentador usado para penetrar o material de teste para fazer a marca ou indentação (esfera de aço, diamante ou carboneto).
- Um sistema que aplica a carga ou força necessária.
- Um meio de observar e medir a marca ou indentação feita pode ser uma balança ou um microscópio, em alguns casos ele é automatizado.
- Naturalmente, toda máquina precisa ser calibrada de tempos em tempos para uma operação ideal, o mesmo ocorre com o equipamento de teste de dureza.
Procedimento de teste de dureza
Embora os procedimentos variem ligeiramente de acordo com o método, as etapas gerais incluem:
Preparação de amostra
A superfície de teste deve ser lisa, limpa e livre de incrustações ou revestimentos, a menos que o objetivo seja testar superfícies revestidas.
Aplicando Carga
O indentador é pressionado na superfície sob uma carga específica por um certo período.
Medição de recuo
A profundidade ou o diâmetro/diagonal da indentação são medidos usando ferramentas ópticas ou eletrônicas.
Calculando a dureza
A máquina ou operador calcula um valor de dureza com base em fórmulas padrões.
Aplicações de testes de dureza
- O processo de verificação e comparação dos níveis de dureza dos materiais para seleção adequada com base nas necessidades de aplicação.
- Verificar processos de tratamento térmico, confirmando sua eficácia, por exemplo, processos como têmpera ou têmpera
- Garantir e controlar a qualidade da produção nos processos de fabricação, verificando erros ou defeitos.
- Verificação do tratamento de superfície por meio da avaliação da dureza de revestimentos, galvanoplastia ou nitretação.
Vantagens e limitações de cada método
| Forma | Diferenciais | Limitações |
|---|---|---|
| Rockwell | Rápido e fácil de usar | Limitado para materiais muito finos |
| Brinell | Ideal para superfícies ásperas | Menos preciso, recuo grande |
| Vickers | Preciso, universal | Demorada |
| Mohs | Simples e amigável ao campo | Subjetivo, qualitativo |
| Botão | Alta resolução para camadas finas | Requer habilidade e superfícies limpas |
Perguntas frequentes
Por que o teste de dureza Vickers é preferido para peças de metalurgia do pó?
Peças de metalurgia do pó retêm um certo nível de porosidade residual, e um indentador de raio grande pode atingir um poro e fornecer uma leitura enganosamente baixa. O método Vickers utiliza uma pirâmide de diamante que deixa uma indentação muito pequena, permitindo que a medição seja realizada inteiramente dentro de uma zona totalmente densa. A baixa carga de teste, portanto, registra a dureza intrínseca da matriz metálica, em vez da dureza "aparente" da estrutura porosa. Para metais sinterizados, HV5, HV10 e HV20 são as faixas de carga padrão recomendadas.
Os testes de dureza podem danificar o material?
Isso depende do método de ensaio de dureza. Isso ocorre porque os métodos de ensaio de dureza são categorizados em ensaios destrutivos (por exemplo, Rockwell, Brinell, Vickers) e ensaios não destrutivos (por exemplo, durômetros portáteis Leeb). Os ensaios destrutivos causam danos permanentes ao material de teste após a indentação, enquanto os ensaios não destrutivos causam uma pequena deformação que não afeta o material ou suas propriedades.
Existe um padrão de teste de dureza?
Sim, os testes de dureza estão alinhados com diferentes normas, como ASTM e ISO. Por exemplo, ASTM E10 e ISO 6506 orientam o teste de dureza Brinell, enquanto ASTM E18 e ISO 6508 são para o teste de dureza Rockwell.
Quais são as fontes de erro a serem verificadas ao realizar testes de dureza?
Erros durante os testes de dureza podem vir de diferentes fontes, desde o operador, o material de teste, o equipamento e até mesmo o próprio processo de teste, para citar alguns;
- Quando a superfície da amostra de teste não está devidamente preparada para o teste.
- Aplicação de carga inconsistente.
- Desvio de calibração devido a erro do equipamento.
- Usar um indentador danificado, desgastado ou não alinhado corretamente.
- Erro humano na leitura dos resultados.
Qual é a diferença entre os métodos de teste de dureza dinâmica e estática?
Os métodos de ensaio de dureza dinâmico passam por um processo em que a carga é aplicada repentinamente com um rápido aumento da carga. A velocidade de rebote é medida (convertida em número de dureza), como nos ensaios de dureza Leeb e Shore Scleroscope. Por outro lado, os métodos de ensaio de dureza estáticos utilizam uma carga constante ou um aumento gradual da carga. Em vez disso, eles medem a profundidade da indentação, como os ensaios Brinell, Vickers e Knoop.