dureza

1. Laboratório de Ensaios Mecânicos de Materiais
Curso de Tecnologia em Gestão da Produção Industrial
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus Salto
1
Conceitos, características, propriedades e metodologias de
aplicação dos ensaios mecânicos de dureza
Célio Luiz Scalet, celio_scalet@yahoo.com.br, José Renato Almeida Jr, j_renato_jr@yahoo.com.br,
Paulo Sérgio Berloto, pauloberloto@gmail.com, Raphael Roberto, raphaelroberto.sp@bol.com.br
Estudantes de Graduação
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, IFSP, Campus Salto - SP
Resumo
O presente artigo tem o objetivo de
apresentar os conceitos, as características, as
propriedades e metodologias de aplicação dos
ensaios mecânicos de dureza mais utilizados
na produção mecânica. A demanda por
componentes mais resistentes tem promovido
um crescente interesse da engenharia nos
processos de análise e controle das
propriedades mecânicas dos materiais. Neste
sentido, os ensaios mecânicos para medição
de dureza são fundamentais para avaliar estas
propriedades, pois a partir deles, é possível
determinar a resistência ao desgaste dos
materiais em análise, bem como, uma
aproximação dos valores de ductilidade,
tensão de escoamento, além de outras
propriedades mecânicas. Assim, o presente
trabalho tem como objetivo descrever os
conceitos, características e aplicações dos
principais ensaios mecânicos de dureza.
Palavras-chave
Ensaios Mecânicos, Dureza, Indentação,
Tenacidade, Ductilidade.
1 – Introdução
No projeto e no processo de
manufatura de componentes é essencial o
conhecimento do comportamento do material
que será utilizado, ou seja, suas propriedades
mecânicas nas mais diversas aplicações. As
condições de uso envolvem: temperatura, tipo
de carga e freqüência de aplicação, desgaste,
deformabilidade, etc.
Para se prever o comportamento do
material em condições de operação, é
fundamental que se reconheça os parâmetros
de comportamento, através da aplicação
ensaios mecânicos.
O conhecimento das metodologias de
aplicação dos ensaios mecânicos e do
significado de cada parâmetro é muito
importante para os engenheiros e técnicos
que atuam nas áreas de projeto, manufatura e
qualidade. Portanto, para otimização destas
metodologias, se faz necessário conhecer os
fundamentos de cada ensaio.
2 – Dureza
Dureza é uma propriedade mecânica
muito utilizada na especificação de materiais,
nos estudos e pesquisa mecânicas e
metalúrgicas e na comparação de materiais
diversos. É a propriedade de um material que
permite a ele resistir à deformação plástica,
usualmente por penetração. O termo dureza
também pode ser associado à resistência à
flexão, risco, abrasão ou corte.
Outros significados também são
aceitos conforme a área de aplicação:
Mecânica - resistência à penetração
de um material em outro;
Usinagem - resistência ao corte de um
metal;
Mineralogia - resistência ao risco de
um material sobre o outro;
Metalurgia - resistência à deformação
plástica permanente.
3 – Ensaios de Dureza
A maioria dos ensaios de dureza
estáticos consiste na impressão de uma
pequena marca feita na superfície da peça,
pela aplicação de pressão, com uma ponta de
penetração (endentador). A medida da dureza
do material é dada em função das

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características da marca de impressão e da
carga aplicada.
Os principais objetivos e aplicações
dos ensaios de dureza são:
Conhecimento da resistência ao
desgaste.
Conhecimento aproximado da
resistência mecânica através do uso
de tabelas de correlação.
Controle de qualidade de tratamentos
térmicos.
Controle de qualidade em processos
de conformação plástica e em
processos de ligação.
Pesquisa e desenvolvimento de novas
ligas e materiais..
O ensaio de dureza é considerado não
destrutivo; deixa uma pequena marca no
material, não comprometendo a utilização da
peça ou corpo de prova.
4 – Dureza de Risco
A dureza Mohs é o primeiro método
padronizado de ensaio de dureza baseado no
processo de riscagem de minerais padrões,
desenvolvido por Mohs, em 1822. Consiste
de uma escala de 10 minerais, organizados de
tal forma que o diamante, material mais duro,
risca todos os outros.
É um método pouco utilizado para os
materiais metálicos, pois, a maioria dos
metais apresenta dureza Mohs entre 4 e 8, e
pequenas diferenças de dureza não são
acusadas por este método. Ex: Um aço
dúctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs,
a mesma dureza Mohs de um aço temperado.
Por isso, é mais aplicado na mineralogia.
Tabela 1 – Escala Mohs
Escala Mohs
Diamante 10
Corundum 9
Topázio 8
Quartzo 7
Ortoclase 6
Apatita 5
Fluorita 4
Calcita 3
Gesso 2
Talco 1
5 – Dureza por choque ou ressalto
Para materiais como borrachas e
plásticos, a dureza é usualmente determinada
por choque, onde um instrumento causa
impacto sobre a superfície do material.
A dureza Shore é um ensaio
dinâmico, onde a impressão é causada pela
queda livre de um êmbolo. Ela utiliza uma
barra de aço (êmbolo) de peso 2,5 N, com
uma ponta padronizada (arredondada) de
diamante colocada dentro de um tubo de
vidro com um escala graduada de 0 a 140, tal
barra é liberada de uma altura padrão (256
mm).
O valor da dureza Shore é
proporcional à energia consumida para
formar a marca no corpo de prova e é
representada pela altura alcançada no rebote
do êmbolo. Materiais dúcteis consomem mais
energia na deformação do corpo e o êmbolo
alcança uma altura menor no retorno,
indicando uma dureza mais baixa.
O Escleroscópio é um dos mais
antigos dispositivos de medição de dureza.
Foi criado em 1905 pela Shore Instrument
Mfg Co.
Figura 1 - “a” é um escleroscópio original,
com tubo graduado, a “b” com escala.
Os principais cuidados durante a
aplicação do ensaio são:
O material a ser testado deve ser
firmemente apoiado para evitar
vibrações que podem alterar a leitura;

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O êmbolo deve cair e retornar na
direção vertical, portanto a superfície
a testar deve estar exatamente na
direção horizontal;
A superfície a medir deve ser lisa,
pois, superfície rugosa pode absorver
o impacto do êmbolo e fornecer um
valor menor do que o real;
O impacto sobre a peça causa
endurecimento localizado sobre a área
de contato. Assim, o impacto só deve
ser feito uma vez sobre um mesmo
ponto.
As vantagens deste tipo de ensaio são:
Equipamento portátil e de fácil
utilização;
Possibilidade de medir a dureza de
peças de grandes dimensões que não
podem ser colocadas em maquinas de
dureza por penetração;
A impressão Shore é pequena e pode
ser utilizada para medir durezas de
peças já acabadas.
As desvantagens deste tipo de ensaio
são:
Deve ser executado com o tubo
perfeitamente na vertical;
Muito sensível ao acabamento
superficial;
Medições em peças pouco espessas
são sensíveis ao tipo de apoio;
Peças pouco espessas ou de baixa
rigidez podem entrar em vibração
com o impacto.
O durômetro Shore é uma evolução
do antigo escleroscópio. O princípio de
medição de queda de peso foi substituido por
um sistema de medição por mola.
Figura 2 – Durômetro Shore.
No durômetro Shore o material é
submetido a uma pressão aplicada através de
uma mola calibrada que atua sobre o
endentador, que pode ser esférico ou cônico.
Um dispositivo de indicação fornece a
profundidade de endentação e o valor da
dureza é dado pela profundidade da
penetração.
Figura 3 - Durômetros Shore (analógico e
digital)
Os resultados obtidos pelo durômetro
Shore são medidas úteis de resistência
relativa à endentação para várias gamas de
polímeros. Porém, não serve para prever
outras propriedades como resistência a
abrasão ou desgaste. Assim, não deve ser
usado sozinho para especificação de projeto
do produto.
6 – Dureza por penetração
Os ensaios de penetração baseiam-se
em produzir uma deformação permanente na
superfície de um material pela aplicação de
uma carga, durante um determinado intervalo
de tempo, através de um penetrador.
Atualmente são os ensaios mais utilizados.
6.1 – Dureza Brinell
Proposta por Brinell em 1900, leva o
seu nome e é simbolizada por HB (Hardness
Brinell), é o tipo mais usado na engenharia. É
definida por N/mm² ou kgf/mm².
O ensaio consiste em fazer penetrar
lentamente a superfície do material com uma
esfera de aço endurecido ou metal duro com
10mm de diâmetro “D”, sob a ação de uma
força “F” de 3000 kgf. Em materiais mais
moles, para reduzir endentação excessiva,

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pode-se reduzir a força para 1500kgf ou 500
kgf.
Durante o ensaio, a carga é aplicada
por 10 ou 15 segundos no caso de FoFo ou
aço, e pelo menos 30 segundos para outros
metais. Quanto menor a impressão (calote
esférico) de diâmetro “d” maior é a dureza do
material.
Figura 4 – Dureza Brinell.
Para alguns materiais, a resistência à
tração pode ser estimada a partir da dureza
Brinell com a relação:
Estas são as vantagens da aplicação
do ensaio Brinell:
Baixo custo de equipamentos;
Baixo tempo de preparação das
superfícies;
Único possível para materiais pouco
homogêneos.
As desvantagens são as seguintes:
Não linearidade carga-impressão;
Dureza máxima admissível baixa
(500HB);
É necessário um acabamento
superficial mínimo;
Sujeito a erro de produção pelo
operador;
6.2 – Dureza Meyer
O ensaio Meyer apresenta um número
de dureza que representa uma aproximação
muito melhor que o método de Brinell (as
forças laterais na superfície inclinada da
calota tendem a se anular).
Lei de Meyer - Para uma dada esfera
de diamante “D”, existe uma relação entre
carga aplicada e o diâmetro da impressão
(F = kdⁿ), onde:
k = Constante do material que indica a
resistência do metal.
n = Índice de Meyer - se relaciona com o
grau do encruamento do material.
A dureza Meyer é idêntica a dureza
Brinell, mas em vez da área da calota
impressa usa a área da calota projetada no
plano da superfície.
Figura 5 – Dureza Meyer.
A dureza Meyer (HM) é definida
como pressão media na área projetada e, é
um método pouco utilizado nos metais.
(kgf /mm²)
HM = 4F
πd²
Ac = πd²
4
HM = F
Ac
HM = 4F
πd²
HM = 4F
πd²
Ac = πd²
4
Ac = πd²
4
HM = F
Ac
HM = F
Ac

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6.3 – Dureza Rockwell
Rockwell é o método mais utilizado
internacionalmente. Sua denominação deve-
se de sua proposta ter sido feita pela indústria
Rockwell, dos Estados Unidos, em 1922.
O resultado do ensaio não apresenta
relação com a área da impressão e o número
de dureza é sempre citado com o símbolo
HR, seguido da escala utilizada (A, B, C, D,
E...).
O ensaio consiste em endentar o
material com um cone de diamante, com
ângulo de 120o e ponta arredondada (r =
2mm), ou de esfera de aço endurecido.
O endentador é pressionado contra a
superfície do corpo de prova com uma pré-
carga F0 , usualmente de 10kgf . Quando o
equilíbrio é atingido a profundidade de
penetração é ajustada para a posição zero.
Figura 6 – Dureza Rockwell – pré carga.
Na sequência uma segunda carga (100
kg) é introduzida, aumentando a penetração.
Quando atingido novamente o equilíbrio a
carga é removida, mantendo-se a pré-carga.
Figura 7 – Dureza Rockwell.
A remoção da carga provoca uma
recuperação parcial, reduzindo a
profundidade da penetração (HR = E – e).
Figura 8 – Dureza Rockwell
recuperação parcial.
Figura 9 - Durômetros Rockwell.
AAss vvantagens da aplicação dos ensaios
Rockwell são as seguintes:
Rapidez;
Isenção de erros humanos;
Pequeno tamanho de impressão;
As superfícies não necessitam de
polimento;
Pequenas irregularidades podem ser
eliminadas pela pré-carga;
Não necessita de sistema óptico;
Equipamentos mais simples.
As desvantagens são:
Escala C só para aços temperados;

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Necessidade de usar muitas escalas e
esferas diferentes para abranger toda a
gama de materiais possíveis.
Não é uma escala contínua de dureza.
Funciona para faixas de dureza.
O valor de HR não tem relação com a
resistência à tração dos materiais
ensaiados.
6.4 – Dureza Vickers
O ensaio Vickers consiste em
endentar o material sob teste com um
endentador de diamante, na forma de uma
pirâmide reta de base quadrada e um ângulo
de 136o entre as faces opostas, utilizando
carga de 1 a 100 kgf. A carga é aplicada
durante um tempo de 10 a 15 segundos.
Figura 10 – Dureza Vickers.
As duas diagonais da endentação
deixadas na superfície do material são
medidas usando-se um microscópio. Com os
valores lidos calcula-se a média aritmética. A
seguir calcula-se a área da superfície
inclinada da endentação. A dureza Vickers é
o quociente obtido dividindo a carga (em kgf)
pela área da endentação.
A Microdureza Vickers envolve o
mesmo procedimento, só que utiliza cargas
menores que 1 kgf. Pode ter valores tão
pequenos como 10 gf.
Figura 11 - Durômetro para Microdureza
A máquina que faz o ensaio Vickers
não fornece o valor da área de impressão da
pirâmide, mas permite obter, por meio de um
microscópio acoplado, as medidas das
diagonais “d1” e “d2”. Conhecendo as
medidas das diagonais e a sua média “d”, é
possível calcular a dureza Vickers através da
equação:
Suwanprateeb (1998), realizou uma
análise geométrica do penetrador Vickers e
encontrou a fórmula em função da
profundidade “h” da penetração no material.
Como demonstra a equação:
A grande desvantagem do método de
microdureza Vickers é fato de que seus
resultados vêm influenciados pela medição
do operador do microdurômetro que é
responsável por ler as medidas deixadas pela
impressão do penetrador. Porém, o método de
microdureza automatizanda é independente
do operador.
HV = F
A 136º
2
d²
2 sen
A =
F x 2 sen 68º
d²
HV =
1,8544 x F
d²
HV =
HV = F
A
HV = F
A 136º
2
d²
2 sen
A =
136º
2
136º
2
d²
2 sen
A = d²
2 sen
d²
2 sen
d²
2 sen
A =
F x 2 sen 68º
d²
HV =
F x 2 sen 68º
d²
F x 2 sen 68º
d²
HV =
1,8544 x F
d²
HV =
1,8544 x F
d²
1,8544 x F
d²
HV =
1,8544 x F
d²
HV =
1,8544 x F
d²
1,8544 x F
d²
HV =
1,8544 x F cos² 74º
4 x h² x cos² 16º
HV =
1,8544 x F cos² 74º
4 x h² x cos² 16º
1,8544 x F cos² 74º
4 x h² x cos² 16º
HV =

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As vantagens do método Vickers são:
Escala contínua;
Grande precisão de medida
(deformação nula do penetrador);
Possibilidade de fazer impressões
muito pequenas;
Possibilidade de medir durezas em
todos os materiais.
As desvantagens são:
Regulagem de velocidade mais crítica
(mais moroso);
Superfície muito mais cuidada
(maiores ampliações);
Ensaio globalmente menos
econômico.
7 – Conclusões
A dureza é uma característica mecânica
dos materiais e deve ser considerada na
escolha do material, para o projeto a ser
realizado. Há vários métodos de ensaios de
dureza; deve-se escolher de acordo com o
material a ser testado e a solicitação de uso
das peças.
O ensaio de dureza embora deixe sinais
nas peças ou corpos de provas é classificado
como um ensaio não destrutivo e por isso tem
sido bastante empregado no controle de
qualidade para conferir os resultados dos
tratamentos térmicos. O método Rockwell
tem a vantagem de ser um método de
medição direta, eliminando erros por parte do
operador, além de ser rápido e pratico para
ser usado na linha de produção.
8 – Referências Bibliográficas
Ensaios Mecânicos em Materiais
Metálicos Fundamentos Teóricos e
Práticos, Edgard Blücher, Sérgio
Augusto de Souza.
CIMM - Centro da Indústria Metal
Mecânica - www.cimm.com.br
Moldes e Injeção Plásticos -
www.moldesinjecaoplasticos.com.br
MetalMundi - www.metalmundi.com