Ensaio de Dureza Brinell

Ensaio de dureza brinell

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O método de ensaio de dureza tipo Brinell funciona da seguinte forma:

Aplique uma força "F" com uma esfera de diâmetro "D" contra a superfície do material a ensaiar. Este procedimento deverá levar um tempo "T" para comprimir o material ensaiado.

A superfície deve ser plana e polida ou preparada através de lixamento ou esmeril. Essa compressão produz uma uma impressão permanente no metal (mossa) de diâmetro "d".

Podemos medir a mossa depois da remoção da força. Para isso usamos uma lupa graduada ou um micrômetro óptico do durômetro.

O valor do diâmetro d é a média de duas leituras tomadas a 90° uma da outra. A dureza Brinell ou HB (Hardness Brinell) é definida como o quociente, medido em Kgf/mm2, entre a carga aplicada e a superfície da calota esférica ou mossa deixada no material. A área da calota esférica é dada pela fórmula: π.D.p, onde p é a profundidade da calota.

Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade, 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:

Fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB
Fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB

A unidade kgf/mm2 até poderia ser colocada após o valor de HB, mas é sempre omitida pois a dureza Brinell não é um conceito físico satisfatório. A força aplicada no material tem intensidades diferentes em cada ponto da calota.

A fórmula pode ser substituída pelo uso de tabelas, que obtém o valor da dureza em função do diâmetro da impressão (d).

Os valores indicados entre parênteses são somente referenciais, pois estão além da faixa normal do ensaio Brinell.

Tabela usada para achar a dureza Brinell

Representação dos Resultados

O ensaio realizado em condições padronizadas devem ter seu número de dureza Brinell seguido pelo símbolo HB, sem nenhum sufixo. As condições padrão são:
  • Diâmetro da esfera "D" = 10 mm;
  • Carga aplicada 3000 kgf;
  • Duração da aplicação da carga de 10 a 15 segundos.
Para condições diferentes da condição padrão, o símbolo HB recebe um sufixo que representa, nesta ordem, o diâmetro do penetrador, a carga aplicada e o tempo de aplicação da carga. Exemplo: 85HB 10/500/30 em que o resultado do teste de dureza Brinell é de 85HB, realizado com esfera de diâmetro de 10 mm e carga de 500Kgf aplicada durante 30segundos. Este parágrafo é cobrado as vezes na prova teórica, sendo uma das questões que mais exigem da memória.

Cargas

Teoricamente poderíamos usar quaisquer cargas ou quaisquer esferas para um mesmo material e obteríamos o mesmo resultado, porém, verificou-se que existem certas restrições.

Através de estudos realizados com o método Brinell, verificou-se que os valores de dureza com cargas diferentes variavam muito pouco se o diâmetro da impressão ficasse no intervalo 0,30 <d < 0,60. Por isso foi considerado que a impressão “d” seria ideal se permanecesse dentro desses Iimites.

Para obter o mesmo resultado de dureza para um mesmo material, deve-se observar que a relação P/D2 (fator de carga) seja constante para diversas faixas de dureza. Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com a faixa de dureza e o tipo de material.

O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações.

Fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações
Fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações

Na prática podem-se utilizar as condições de dureza Brinell constantes do quadro abaixo.

Tabela Brinell na prática
Tabela Brinell na prática

Aplicação

O método Brinell é usado especialmente para metais não ferrosos, ferros fundidos, aços, produtos siderúrgicos em geral e peças não temperadas. 

É largamente empregado pela facilidade de aplicação, pois podem ser efetuados em qualquer máquina de ensaio de compressão e mesmo aparelhos portáteis de baixo custo. 

Sua escala é "única" e contínua, diferentemente da Rockwell por exemplo. E pode ser usada como referência de dureza, mesmo as durezas de peças temperadas são expressas pela escala Brinell.

Cuidados Especiais

Existem limitações ao ensaio de dureza Brinell. Podemos citar:
  • A peça ensaiada deve ter uma espessura mínima de duas vezes o diâmetro da impressão obtida no ensaio;
  • O raio de curvatura da superfície da peça a ser ensaiada deve ser no mínimo cinco vezes o diâmetro da esfera utilizada;
  • A distância mínima entre centros de impressões deve ser de no mínimo duas vezes e meia o seu diâmetro;
  • A carga de ensaio deve ser mantida no mínimo por 30 segundos para materiais com dureza entre 60 e 300 HB, 10 segundos para materiais com dureza superior a 300 HB e 60 segundos para materiais com dureza inferior a 60 HB.
O ensaio de dureza Brinell é tido, de forma geral, como um ensaio não destrutivo. Porém se a impressão é relativamente grande em relação a superfície medida, essa mossa pode vir a inutilizar a peça.

Equipamento

O equipamento de ensaio Brinell é contém um conjunto para aplicar a força e um penetrador, podendo ter também um instrumento de medição com ampliação.

É necessário que o penetrador possua uma dureza bastante superior ao material a ser ensaiado. Por exemplo, para materiais com durezas não muito altas utilizam-se esferas de aço temperado como penetrador, mas para materiais com durezas maiores empregam-se esferas de carbeto de tungstênio.

A fim de garantir a confiabilidade dos resultados do ensaio realizado, os equipamentos de ensaio devem ser periodicamente verificados. As normas preveem dois métodos de verificação, a verificação direta e a verificação indireta.

Na verificação direta é checado o sistema de aplicação de forças, a geometria do penetrador e o sistema de medidas.

A verificação indireta precisa executar diversas impressões em blocos padrões e para poder comparar os resultados obtidos com a dureza indicada nos padrões. A máquina é normalmente considerada satisfatória quando o diâmetro médio de qualquer impressão no bloco padrão não for maior que 3% do diâmetro médio correspondente ao valor determinado do bloco padrão.

A verificação indireta é uma rotina normalmente exigida por normas nacionais e internacionais para equipamentos em serviço.

Outros métodos de ensaio de dureza

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