Testar a dureza de qualquer material é fundamental para as suas aplicações. Sem determinar a dureza, não seria sensato utilizar o material. A dureza controla muitas outras caraterísticas dos materiais. No entanto, estão disponíveis diferentes tipos de testes de dureza.
Cada um destes testes de dureza varia na forma como mede a dureza. Isto torna o processo de seleção muito assustador e complicado. No entanto, compreender como funcionam esses testes tornará as coisas muito mais fáceis de gerir. Certo? Os fabricantes utilizam alguns deles, consoante as suas necessidades. Vamos saltar e discutir cada um desses testes.
Visão geral da dureza e dos seus ensaios
Antes de mergulharmos, não se pergunta porque é que precisamos de medir a dureza do material? Afinal de contas, esta medição leva-nos a discutir estes vários testes. A medição da dureza é crucial na seleção do material para o seu projeto. Mas o que é a dureza em si?
A dureza é a capacidade de um material resistir a uma força ou deformação. Esta é uma definição típica do dicionário. Mas, na vida quotidiana, consideramos que é a capacidade de um material resistir ao desgaste. Define a qualidade ou a resistência de um material. A dureza indica a durabilidade dos materiais.
Vamos discutir a importância da medição da dureza. Testar e conhecer a dureza dá-nos uma visão valiosa do material. Diz-nos se um material será durável ou adequado para qualquer aplicação específica. Não se esqueça de que esta rigidez influencia muitas outras caraterísticas dos materiais. Por exemplo, os materiais rígidos são resistentes ao desgaste.
Suporta facilmente o stress e não se parte com facilidade. Pelo contrário, os materiais com menor dureza são fracos e susceptíveis de se desgastarem. É por isso que se torna essencial medir a dureza. Esta indica a resistência que um material terá durante a utilização. O conhecimento de uma dureza ajuda os engenheiros a estimar outras caraterísticas do material.
Diferentes tipos de aparelhos de teste de dureza
Tenho a certeza de que tem uma ideia melhor da razão pela qual os ensaios de dureza são fundamentais. Deixem-me dar mais uma informação: há uma variedade de testes de dureza. Cada um deles utiliza ferramentas ou máquinas diferentes para efetuar o teste. Para os utilizar, é necessário conhecer o seu modo de funcionamento.
Eis a lista dos ensaios de dureza mais comuns:
- Teste de dureza Rockwell
- Teste de dureza Brinell
- Teste de dureza Vickers
- Teste de dureza Knoop
- Teste de dureza Leeb
- Teste de dureza Shore
- Teste de dureza Webster
Cada um destes testes tem especificações específicas. Vamos examiná-los e ver como funcionam.
1- Ensaio de dureza Rockwell
O ensaio de dureza Rockwell é mais fiável e amplamente utilizado. Uma máquina especializada para testar a dureza Rockwell é utilizado no processo de ensaio. O material a ser testado é submetido à força ou carga. O indentador é um componente crítico da máquina que coloca cargas na peça de trabalho.
O teste Rockwell envolve a utilização de duas cargas. A primeira carga é geralmente mais baixa ou menor. A segunda é mais intensa e mais elevada (maior). Por exemplo, o operador utilizará a primeira carga de 10 kg através do indentador na peça de trabalho. Esta carga irá criar alguma penetração na superfície do material, correto?
O operador mede a profundidade criada pela penetração do indentador. Uma vez efectuada, a segunda carga será aplicada ao material. Mas esta segunda carga será mais intensa e mais elevada do que a primeira. Se a primeira for de 10 Kgf, o segundo seria 60 Kgf. Esta carga de 60 Kgf criará mais profundidade e penetração.
O operador mede novamente a profundidade criada pela segunda carga. De seguida, compara a profundidade criada pelas duas cargas. Esta comparação dará o valor da dureza. Este tipo de teste é geralmente adequado para metais duros e ligas. Lembre-se de que estão disponíveis diferentes escalas de teste Rockwell, ideais para testar vários materiais.
Poderá estar confuso quanto à carga e ao seu valor. Geralmente, estas primeira e segunda cargas dependem da escala Rockwell que utilizámos. Esta escala é diferente para diferentes materiais. Normalmente, a primeira carga (menor) permanece a mesma. A segunda carga ou carga significativa varia. Aqui está a tabela que mostra as escalas com as cargas:
| Escala Rockwell | Carga menor | Carga principal |
| Rockwell A (HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| Rockwell B (HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| Rockwell C (HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- Ensaio de dureza Brinell
O ensaio de dureza Brinell não é novo e é utilizado há muitas décadas. Este teste envolve a aplicação de força ao material através de esferas de aço ou de carboneto. Esta esfera de carboneto é utilizada no indentador. É aplicada uma força forte de pelo menos 3000 quilogramas à superfície do material.
Esta força extrema cria uma indentação ou profundidade. A medição desta profundidade dá-nos a dureza Brinell. Não é tão simples como pode parecer. Muitos factores determinam a dureza Brinell final de qualquer material. Estes incluem o tempo de permanência, a força aplicada, a profundidade criada, etc.
Uma coisa de que gosto neste teste de dureza Brinell é o facto de fornecer um único valor de dureza para os materiais. Ao contrário do teste Rockwell, não existem várias escalas de dureza no teste Brinell. Tudo o que precisa de fazer é colocar uma amostra no suporte. Aplicar a força e efetuar cálculos simples. Aqui está a lista de algumas durezas Brinell de alguns materiais.
| Material | Número de dureza Brinell (BHN) |
| Madeira de coníferas (p. ex., pinheiro) | 1.6 HB |
| Alumínio puro | 15 HB |
| Cobre | 35 HB |
| Aço macio | 120 HB |
| Diboreto de rénio | 4600 HB |
HB na tabela indica a "Dureza Brinell". O nome deste teste é uma espécie de homenagem ao seu inventor, Dr. Johan August Brinell. Uma variedade de Máquinas de ensaio Brinell estão disponíveis, e o seu preço varia. Geralmente, este teste é adequado para materiais espessos e fortes, uma vez que aplica uma força extrema.
3- Ensaio de dureza Vickers
Este teste foi inventado em 1924. É ligeiramente diferente de outros métodos, uma vez que não se preocupa com a profundidade criada na superfície do material. Em vez disso, está mais relacionado com o tamanho da indentação. Deixe-me explicar este teste com mais pormenor. O teste Máquina de dureza Vickers consiste num indentador com uma forma piramidal de diamante.
O operador aplica uma força na superfície do material com este indentador piramidal de diamante. Esta força cria uma indentação na superfície da peça de trabalho do material. Agora, os fabricantes medem as dimensões desta indentação. Tenha em mente que esta indentação terá uma forma de diamante, tal como a forma de um indentador.
Este ensaio também é utilizado para peças e partes pequenas, pelo que as indentações podem ser pequenas. Por isso, os operadores utilizam microscópios para analisar o tamanho da indentação. Uma vez medido o tamanho da indentação, os valores são introduzidos na fórmula, que envolve diferentes parâmetros.
Esta fórmula e este cálculo fornecem ao operador a dureza exacta do material. Tal como o teste de Brinnel, este método utiliza uma única escala, o que facilita a compreensão do resultado por parte dos leigos. Como envolve a medição do tamanho de pequenas reentrâncias, também é chamado de microdureza.
4- Ensaio de dureza Knoop
Este ensaio é, até certo ponto, semelhante à dureza Vickers. Utiliza um indentador de diamante com uma forma alongada e romboédrica para criar uma indentação alongada. Geralmente, este ensaio é adequado para materiais pequenos. O operador observa a indentação em forma de diamante utilizando um microscópio.
Em primeiro lugar, o material é colocado no suporte da máquina. É aplicada uma pequena força de cerca de 1 kg ou mesmo menos. Esta força cria uma indentação mais alongada. Assim, o operador não mede o tamanho total da indentação. Em vez disso, mede o comprimento diagonal longo e analisa e calcula.
Tenha em atenção que este teste Knoop envolve o cálculo da dureza através de uma fórmula. O que eu gosto neste teste é que ele pode testar a dureza de materiais finos, pequenos e frágeis. Geralmente, todos os outros testes de dureza aplicam uma força elevada que torna o material propenso a partir-se. Mas este teste Knoop funciona através da aplicação de uma força suave.
Destaque rápido: A diferença entre os ensaios Knoop e Vickers reside na forma do indentador. O teste Vicker utiliza um indentador de diamante piramidal. Por outro lado, o teste Knoob utiliza um indentador alongado. Ao contrário do teste de Vickers, o operador mede apenas o comprimento diagonal longo.
5- Ensaio de dureza Leeb
O teste Leeb distingue-se de todos os outros testes de dureza. A razão é que se baseia na velocidade de ressalto da esfera (indentador). Utiliza uma bola dura feita de carboneto de tungsténio como indentador. A máquina utilizada para este ensaio é compacta e portátil.
A máquina lança ou impulsiona a esfera dura ou o indentador na superfície do material durante o ensaio. Os indentadores batem na superfície e regressam. As máquinas medem a velocidade de ressalto da esfera após o impacto. Depois de colidir com a superfície, também verificam a velocidade e a distância a que a bola (indentador) chegou.
O cálculo e a análise desta medida permitem obter uma dureza exacta do material. Assim, este teste baseia-se na velocidade de ressalto da bola depois de atingir o material. Quanto mais rígida for a superfície, mais rápido será o ressalto da bola, e vice-versa. Este teste de dureza Leeb é adequado para metais pesados com peso superior a 5 kg. A sua precisão não será fiável se utilizar uma peça de trabalho pequena.
6- Teste de dureza Shore
Este teste é simples de efetuar. O seu nome é uma homenagem a Albert Shore, o primeiro fabricante do durómetro. Este durómetro é constituído por indentadores redondos e é utilizado para realizar o ensaio. Ao contrário de outros ensaios, este ensaio Shore é adequado para materiais macios, como plásticos e borrachas.
Vejamos como funciona este teste de dureza Shore. Primeiro, o durómetro lança ou impulsiona o indentador, que atinge a superfície do material e entra no seu interior. Agora, o dispositivo verifica a profundidade a que os indentadores (de forma redonda) penetram no material. A profundidade a que os indentadores se afundam é utilizada para calcular a dureza.
Quando o indentador não vai fundo, é um marcador claro de dureza. Pelo contrário, se o indentador penetrar profundamente no material, significa que o material é macio. Existe uma escala shore que verifica a dureza exacta do material. Tenha em atenção que existem duas escalas shore e os seus nomes são os seguintes:
- Costa A
- Costa D
A escala Shore A é utilizada para medir a dureza de materiais macios e flexíveis. Por outro lado, o Shore D é adequado para materiais duros. Lembre-se, esta dureza não se refere a qualquer metal. Em vez disso, indica borracha ou plásticos endurecidos. Este teste não funciona em materiais complexos e rígidos como o metal e as ligas.
7- Teste de dureza Webster
Como referi anteriormente, o teste de costa só é adequado para materiais macios. Mas eu trouxe este teste de dureza Webster se quiser verificar a dureza de materiais rígidos. Estes podem ser alumínio, latão ou outros metais. O testador de Webster é semelhante a um alicate e prende o material a ser testado.
Uma vez fixado o material, o operador aperta a pega do dispositivo Webster. A compressão produz uma força que empurra o indentador na superfície do material. Devido a este empurrão, o indentador cria uma indentação na superfície do material. Os operadores verificam e analisam esta indentação, que indica a dureza do material.
Este aparelho de teste Webster é portátil e o operador mantém-no na mão enquanto testa o material. O que eu adoro neste teste é o facto de ser rápido e fácil de realizar. Qualquer pessoa com pouca experiência e conhecimentos técnicos mínimos pode efetuar este teste. Além disso, esta máquina de teste de Webster é relativamente barata, o que é uma grande vantagem.
Conclusão
Como referi anteriormente, é essencial conhecer a dureza do material. Ajuda a utilizar corretamente os diferentes materiais para fabricar produtos. No entanto, estão disponíveis diferentes máquinas de ensaio de dureza. O seu funcionamento, utilização e caraterísticas proeminentes variam entre si.
Os engenheiros e fabricantes utilizam um tipo de material consoante o material que pretendem testar. Por exemplo, um ensaio shore seria o melhor se precisassem de testar um material macio. Do mesmo modo, os ensaios Rockwell ou Brinell são adequados para o controlo de materiais rígidos.