Mostrar a importância do Ensaio de Dureza, bem como seu modo de realização e suas técnicas, dando ênfase na técnica Brinell.

1. DUREZA
BRINELL

2. Ensaio de Dureza
Introdução
Dentre os Ensaios “Não Destrutivos” destaca-
se o Ensaio de Dureza pela sua fácil aplicação e
rapidez nos resultados. É um ensaio bastante
utilizado para garantir a qualidade de uma etapa
muito importante: O Tratamento Térmico.

3. Objetivo
Mostrar a importância do Ensaio de Dureza,
bem como seu modo de realização e suas técnicas,
dando ênfase na técnica Brinell.
O que é dureza ?
É uma propriedade mecânica largamente
utilizada na especificação de materiais. Consiste na
resistência que o material oferece a penetração de
um dispositivo padrão.

4. O que é dureza para :
 Metalurgista – Resistência à deformação plástica
permanente;
 Engenheiro Mecânico – Resistência à penetração de
um material duro em outro;
 Projetista – Considera uma base de medida para o
conhecimento da resistência e do tratamento térmico
ou mecânico de um metal e da sua resistência ao
desgaste;

5. Técnico de Usinagem – Resistência ao
corte de material;
Mineralogista – Resistência ao risco que
um material pode fazer em outro.

6.  Sendo assim, não é possível encontrar uma
definição única de dureza que englobe todos os
conceitos acima mencionados.
 Sobre esse ponto de vista, pode-se dividir o
ensaio de dureza em três tipos principais, que
dependem da maneira que o ensaio é conduzido:
1) Por penetração;
2) Por choque;
3) Por risco.

7.  O terceiro tipo é raramente usado para metais,
sendo mais utilizado para minerais que são
relacionados em escalas.
 A escala mais antiga para esse tipo é a escala de
Mohs (1822) que consiste em uma tabela de 10
minerais padrões.

8. Mohs Mineral
1 Talco (pode ser riscado por todos os outros
seguintes).
2 Gipsita
3 Calcita
4 Fluorita
5 Apatita
6 Feldspato
7 Quartzo
8 Topázio
9 Safira
10 Diamante

9. Como Tudo Começou:
 Há registros de que no século XVII já se avaliava a
dureza de pedras preciosas, esfregando-as com
uma lima.
 No século XVIII desenvolveu-se um método para
determinar a dureza do aço, riscando-o com
minerais diferentes.

10.  Mas o primeiro método padronizado de ensaio de
dureza do qual se tem notícia, baseado no
processo de riscar, foi desenvolvido por Mohs em
1822.
 Este método deu origem a escala de Mohs, que
apresenta dez minérios - padrões, ordenados
numa escala crescente do grau 1 ao 10, de acordo
com sua capacidade de riscar ou de ser riscado.

11.  Esta escala não é conveniente para metais, porque
a maioria deles apresenta durezas Mohs 4 e 8 e
pequenas diferenças de dureza não são acusadas
por este método. Por exemplo, um aço dúctil
corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma
dureza Mohs de um aço temperado.
 As limitações da escala Mohs, levaram ao
desenvolvimento de outros métodos de
determinação de dureza, mais condizentes com o
aço e outros metais. Um deles é o ensaio de dureza
Brinell.

12. Os dois primeiros tipos de dureza (penetração e por
choque) são mais usados no ramo da Metalurgia e da
Mecânica, sendo que a dureza por penetração é a
mais utilizada e citada nas especificações técnicas.
Dureza por penetração:
 Brinell (esfera de aço temperado);
 Rockwell (esfera de aço temperado ou cone de
diamante – 120º de conicidade);
 Vickers (pirâmide de diamante de base quadrada e
ângulos entre faces de 136º).

13. Curva TTT
Recozimento: P+ (F/C)
Normalização: P+ (F/C)
Recoz. Isotérmico: P
Austêmpera: B
Têmpera: M

14. Dureza por penetração “Brinell”
Técnica do Ensaio
A dureza por penetração, proposta por J. A
Brinell em 1900, denominada dureza Brinell e
simbolizada por HB, é o tipo de dureza mais usado
até os dias de hoje na Engenharia.
H = HARDNESS (DUREZA);
B = BRINELL

15. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir
lentamente uma esfera de aço, de diâmetro “D”,
sobre a superfície plana, polida e limpa de um metal
através de uma carga “F”, durante um tempo “t”.
Essa compressão provocará uma impressão
permanente no metal com o formato de uma calota
esférica, tendo um diâmetro “d”, o qual é medido por
intermédio de um micrômetro óptico (microscópio ou
lupa graduados), depois de removida a carga.

16. O valor de “d” deve ser tomado com a média de duas
leituras feitas a 90° uma da outra. A dureza “Brinell” é
definida, em N/mm2 ou Kgf/mm2, como o quociente,
entre a carga aplicada (F) , que é relacionada por D e
d, e a área superficial da calota formada (Sc).

17. Em linguagem matemática: HB = F / Sc
Sendo:
F = A carga; (em algumas literaturas, expressas como
“Q”);
Sc ou Ac = Área Superficial ou área da calota.
A área superficial ou área da calota esférica é dada pela
fórmula: .D.p, onde p é a profundidade da calota.
Sendo:
 = 3,14159654
D = diâmetro da esfera (10 mm);
p = a profundidade da impressão;

18. • Substituindo o Sc pela fórmula para cálculo da
área da calota, temos:
• HB = F / .D.p
• Devido à dificuldade técnica de medição da
profundidade (p), que é um valor muito
pequeno, utiliza-se uma relação matemática
entre a profundidade (p) e o diâmetro da calota
(d) para chegar à fórmula matemática que
permite o cálculo da dureza HB, representada a
seguir:

19. HB= 2F/.D(D-D2-d2)
Sendo:
F = A carga;
 = 3,14159654
D = diâmetro da esfera (10 mm);
d = diâmetro da calota;
Ex. (para d = 2,85) e F = 3000 kgf
2F/.D(D-D2-d2)
HB = 2.3000 / 3,14159654 . 10. (10 - 100 – 8,1225)
HB = 6000 / 13,04724328 = 459,86 Kgf/mm2
(tabela = 461 devido a arredondamento de valores).

20. DUREZA BRINELL EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DA IMPRESSÃO
(DIÂMETRO DA ESFERA DO PENETRADOR: 10 mm)
d HB d HB d HB d HB
(mm) (F=3000Kgf) (mm) (F=3000Kgf) (mm) (F=3000Kgf) (mm) (F=3000Kgf)
2,75 (495) 3,40 321 4,05 223 4,70 163
2,80 (477) 3,45 311 4,10 217 4,75 159
2,85 (461) 3,50 302 4,15 212 4,80 156
2,90 444 3,55 293 4,20 207 4,85 152
2,95 429 3,60 285 4,25 201 4,90 149
3,00 415 3,65 277 4,30 197 4,95 146
3,05 401 3,70 269 4,35 192 5,00 143
3,10 388 3,75 262 4,40 187 5,10 137
3,15 375 3,80 255 4,45 183 5,20 131
3,20 363 3,85 248 4,50 179 5,30 126
3,25 352 3,90 241 4,55 174 5,40 121
3,30 341 3,95 235 4,60 170 5,50 116
3,35 331 4,00 229 4,65 167 5,60 111
Os valores indicados entre parênteses são somente referenciais, pois estão além da
faixa normal do ensaio Brinell.

21. RESULTADOS OBTIDOS
 O número de dureza Brinell deve ser seguido pelo
símbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se
tratar do ensaio padronizado, com aplicação de
carga de 15 segundos.

22.  Exemplificando:
Um valor de dureza Brinell 85,
medido com esfera de 10 mm de diâmetro e
uma carga de 1.000 Kgf, aplicada por 30
segundos, é representado da seguinte forma:
 85HB 10/1000/30.

23. Localização da Impressão
A localização de uma impressão Brinell deve ser
tal que mantenha um afastamento das bordas do
corpo de prova de no mínimo duas vezes e meia o
diâmetro “d” obtido.
A espessura do corpo de prova deve ser no
mínimo igual a dez vezes o diâmetro “d” obtido,
para evitar degeneração lateral e de profundidade,
e resultado.

24. Condições da peça a ser ensaiada
A peça a ser ensaiada deve estar muito bem
apoiada para se evitar algum deslocamento quando
for aplicada a carga.
Caso haja alguma movimentação da peça durante
o ensaio, este ficará inválido.

25. Limitações da dureza Brinell
(desvantagens)
 Não serve para peças que sofreram tratamentos
superficiais, ex: cementação, nitretação,etc.
 Superfícies não planas não são propícias para o
ensaio Brinell, pois acarreta erro na leitura do
diâmetro “d”. Em geral, admite-se uma superfície
com um raio de curvatura mínimo de 5 vezes o
diâmetro da esfera utilizada.

26. Vantagens
 Devido sua área de contato ser maior que os
outros tipo de dureza, ela é a única utilizada e
aceita para metais que tenham uma estrutura
interna não uniforme, como é o caso dos ferros
fundidos cinzentos;
 Baixo custo dos aparelhos para medida de dureza
Brinell favorece o largo emprego desse tipo de
dureza nos laboratórios e indústrias.

27. Perlita e Rede de Ferrita

28. Perlita
Matriz Perlítica, ilha de Ferrita junto a grafita lamelar

29. Perlita
Matriz Perlítica, Ferrita junto a grafita nodular

30. Ensaio de dureza Brinell X lima:
HB Condição encontrada quando limada
100 metal facilmente removido à lima
200 metal pouco fácil de remover na lima
300 metal resiste à limagem
400 requer maior pressão na lima
500 a lima quase não remove metal
600 o metal não pode ser limado

31. Instrumentos Utilizados para medição e aferição:
Nome Serve para:
Anel Dinanométrico. Verificar a carga (Kgf).
Padrão de Dureza. Verificar a aplicação da carga,
esfera, através do diâmetro
encontrado, uma vez que a
dureza é conhecida.
Lupa graduada (microscópio Medir o diâmetro da impressão.
- aumento 20 x).
Padrão graduado para Aferir a Lupa (microscópio
escala microscópica. aumento 20 x).
 Frequência: semanal.
 Temperatura: a temperatura deve estar entre : 18 e 28 °C.

32. Equipamentos
Durômetro Detroit Durômetro Emcotest

33. Passos de Execução
 Verificar se equipamento “Durômetro” encontra-se
em condições de operação.
 Separar aleatoriamente, a quantidade de peças
indicada no plano de instrução.
 Preparar a superfície (lixar e remover material,
obtendo uma superfície plana).
 Posicionar a peça no equipamento “durômetro” de
forma que fique bem apoiada na base.

34. Aplicar a carga;
Verificar com a lupa graduada o diâmetro obtido e
fazer a conversão em Brinell;
Comparar com o especificado em desenho / plano
do produto para aprovação / reprovação;
Regular a máquina para a faixa obtida através das
amostras.

35. Qual a propriedade mecânica que está
ligado ao ensaio de Dureza Brinell ?
R: Resistência a Tração.

36. Bibliografia
Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos –
Fundamentos Teóricos e Práticos - 5° Edição
Sérgio Augusto de Souza.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR 6394 – Determinação da Dureza Brinell de
Materiais Metálicos.