LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA

1 Engenharia Mecnica

IPUC PUC Minas

1a AULA PRTICA DE LABORATRIO

ENSAIOS MECNICOS - Ensaio de Dureza pelo Mtodo Brinell

DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro

NBR NM 187-1 - Materiais metlicos Dureza Brinell - Parte 1: Medio da dureza Brinell

Maio/1999- NBR NM 187-2

NBR 6443 - Bloco Padro para Ensaio de Dureza Brinell

Histrico

O ensaio de dureza , juntamente com o ensaio de trao, um dos mais empregados na

seleo e controle de qualidade dos metais. Intrinsecamente a dureza uma condio da

superfcie do material e no representa nenhuma propriedade fundamental da matria.

Dois procedimentos so convencionalmente usados na sua avaliao:

1. Resistncia penetrao de uma ponta rgida, com geometria pr-definida e sob

condies de carregamento padronizadas;

2. Resistncia ao risco que envolve um processo de corte de um metal pelo outro e,

conseqentemente, est relacionada plasticidade de camadas superficiais muito

finas.

A resistncia penetrao est relacionada tenso mdia de escoamento do material

numa faixa estreita de deformao. Este ensaio muito simples de ser executado e

particularmente til na avaliao dos diferentes componentes microestruturais do material.

Os mtodos empregados na medio da dureza se distinguem basicamente pela forma

do penetrador empregado e pelas condies de aplicao da carga. A escolha do mtodo

depende, dentre outros fatores, da natureza e dimenses da amostra alm da espessura da

camada a ser analisada. De acordo com a velocidade de aplicao da carga os procedimentos

de medio se classificam em estticos e dinmicos, sendo que os mtodos mais usuais

empregam a penetrao esttica.

Certos cuidados de validade do ensaio devem ser observados para os diferentes

mtodos de medio de dureza e a camada superficial observada deve ser representativa das

condies do restante do material. Assim, os defeitos superficiais (trincas, poros, xidos,

carepa, etc) podem interferir no resultado. O acabamento superficial est intimamente

relacionado com a carga e a forma do penetrador empregado, bem como com o procedimento

de medio utilizado no ensaio.

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Mtodos de Ensaio de Dureza

O ensaio de dureza largamente utilizado na especificao e comparao de materiais.

Intrinsecamente, uma caracterstica referente superfcie do metal, entretanto, para

materiais homogneos, tomada como uma propriedade global e representativa deste. O

termo dureza assume diversos significados face existncia de uma grande divergncia de

opinies entre os estudiosos das mais diversas reas, sendo que, portanto, no possvel

encontrar um conceito nico para esta caracterstica. Ainda assim, o ensaio utilizado para

que se possam efetuar comparaes entre os mais distintos materiais. Em geral, para os

metais, a dureza implica em uma resistncia deformao plstica. A definio de dureza

como a resistncia que o material oferece ao risco utilizada pelos mineralogistas como mais

uma ferramenta na identificao dos diversos minerais. Para tanto se utiliza um mtodo que

emprega uma escala qual foram atribudos nmeros de 0 a 10, denominada escala Mohs, e

que consiste na padronizao de 10 minerais arranjados na ordem decrescente da capacidade

de serem riscados. Essa escala no muito adequada para avaliao da dureza de metais, uma

vez que os intervalos no so suficientemente espaados na faixa de durezas mais altas e

sendo que a maioria das ligas metlicas se encaixam nesta faixa.

Para a avaliao da dureza de materiais metlicos alguns mtodos so mais

comumente utilizados dentre os quais podem ser citados: Mtodo Brinell; Vickers, Rockwell,

Meyer, Knoop, Shore, dentre outros.

1.1. Mtodo Brinell

Nascido em 21 de novembro de 1849 e falecido em 17 de novembro de 1925, o sueco

J. A. Brinell estudou muitos aspectos do ferro e de sua produo. Seu trabalho mais

importante foi sobre as transformaes do ao durante o aquecimento e o resfriamento. Suas

descobertas sobre o controle de carbono contido nas fases contribuem at hoje para novas

descobertas a respeito de propriedades do ao. Por volta de 1900, este sueco props um

mtodo para avaliar a dureza, que consistia na impresso de uma superfcie metlica com uma

esfera de ao de 10 mm de dimetro, empregando-se uma carga de 3000 Kgf. O nmero de

dureza Brinell (HBN) foi, ento, expresso pela carga P dividida pela rea superficial da

impresso:

2Kgf/mm S

PBHN (1)

Sendo S a rea da calota impressa no material:

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S Dh (2)

Aps determinao de uma relao entre o dimetro da esfera do penetrador (D) e o dimetro

da projeo da impresso no plano (d), tm-se:

))((

2

22 dDDD

PBHN

(3)

A fim de se obter o mesmo nmero de dureza Brinell (HBN) com uma carga ou um

dimetro da esfera variado necessrio produzir impresses geometricamente similares, o que

pode ser alcanado desde que se mantenha o ngulo 2 (fig. 1) constante. A equao 4 mostra

que para se manter o ngulo 2 e o nmero de dureza HBN constantes, a carga e o dimetro

da esfera devem variar, mantendo-se a razo constante:

23

3

22

2

21

1

D

P

D

P

D

P (4)

Alguns inconvenientes so encontrados neste mtodo para avaliao da dureza de

metais ou ligas metlicas. Dentre estes inconvenientes podem ser citados a impossibilidade de

se avaliar a dureza de aos muito duros (temperados, por exemplo), uma vez que este o

material da esfera do penetrador o que provocaria uma deformao desta e, portanto, a

obteno de resultados errneos. Por outro lado, o tamanho da impresso torna o mtodo

inconveniente para pequenos objetos ou partes de peas que podero ser criticamente

tensionadas, o tornaria a impresso mais um concentrador de tenses.

Figura 1- Parmetros bsicos num teste Brinell.

Brinell desenvolveu uma relao entre o limite de resistncia a trao (RT ) do

material e o nmero de dureza HB definida por:

HBRT 36,0 (5)

D/2

d/2 h

P

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1.2. Parte Experimental

1.2.1. Objetivos

Avaliar a dureza de diversos materiais metlicos pelo mtodo Brinell.

Avaliar a resistncia mecnica do material, conhecendo-se a sua dureza Brinell.

1.2.2. Materiais

Aos comuns, ligas de cobre (lato e bronze) e liga de alumnio.

1.2.3.. Equipamento

Durmetro______________ - Marca:_________________Modelo:__________________

1.2.4. Procedimento

Pelo mtodo Brinell podem ser ensaiados materiais com durezas desde HB8 at

HB450. Para materiais mais duros a esfera poder sofrer uma deformao, tendo alteraes

nas suas dimenses cuja grandeza excede a tolerncia especificada pela norma.

Para se obter o mesmo valor de dureza HB, no ensaio de uma mesma amostra, com

esferas de diferentes dimetros, torna-se necessrio manter constante a relao P/D2 (condio

de semelhana geomtrica das impresses). Entretanto, na prtica, impossvel conseguir tal

invariabilidade. Um ensaio considerado satisfatrio se o dimetro da impresso d se mantm

em torno de 0,25D < d < 0,5D, qualquer que seja a carga empregada. Na tabela I so

indicados valores adequados de P, D, e d, alm do tempo de aplicao de carga para diferentes

metais de uso corrente.

Tabela I. Parmetros de aplicao do mtodo de dureza Brinell.

Dimetro D Dimetro d da Cargas (Kgf)

(mm) impresso (mm) P = 30D2 P = 10D

2 P = 5D

2 P = 2D

2

10

5

2,5

1

2,0 - 6,0

1,0 - 3,0

0,5 - 1,5

0,2 - 0,6

3000

750

187,5

30

1000

250

62,5

10

500

125

31,25

5

200

50

12,5

2

Tempo de aplicao da carga (s) 10 - 30 30 30 - 60 60

Condies de emprego recomendadas

Aos, ferros

fundidos, bronzes

especiais

Lates, ligas de Mg

(HB31 - 130)

Cobre, duralumnio, zinco e suas

ligas

Estanho, chumbo

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1.3. Resultados

Tabela II- Valores de dureza Brinell obtidos no ensaio para diversos materiais.

Material

Condies Resultados

Grau de

Carga

Dimetro

da esfera

(mm)

Carga

(Kgf)

Dimetro

da

impresso

Dureza Mdia

RT = 0,36HB (Kgf/mm

2)

Ao

Lato

Bronze

Alumnio

1.4. Bibliografia

1. 1 NBR 6394 - Jul/1981 - Determinao da Dureza Brinell de Materiais Metlicos

2. NBR 6443 - Bloco Padro para Ensaio de Brinell

3. SOUZA, S.A., Ensaios Mecnicos de Materiais Metlicos. So Paulo, Edgard

Blucher, 1974.

4. ASTM Standards. Philadelphia: American Society for Testing Materials.

5. Normas da ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas.

6. Metals Handbook, Cleveland: American Society for Metals, 1961.

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7. PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Trmicos dos Aos - Depto. de

Engenharia Metalrgica da EE.UFMG - MG 1979;

1.5. Exerccios Propostos

1) Qual a dureza que mais interessa:

a) ao mineralogista?

b) ao engenheiro mecnico?

2) Ao se ensaiar um ao pelo mtodo Brinell empregou-se uma carga de 750 Kgf e obteve-se

um dimetro da impresso igual a 2,00 mm. Pergunta-se:

a) Qual o dimetro da esfera do penetrador utilizado?

b) O ensaio pode ser considerado vlido?

c) Qual o valor da dureza HB?

d) Qual a resistncia mecnica deste ao?

e) Se a carga empregada fosse de 3000Kgf, qual deveria ser o dimetro da esfera do

penetrador a ser utlizada?