Ensaio de Dureza Brinell 💪 {Atualizado em 2022}

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• Este artigo pressupõe que você tem conhecimentos básicos sobre o ensaio de dureza. Siga o link para ter informações mais básicas sobre ele.

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

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.

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

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

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

Saiba mais em:

• Ensaio de Dureza Rockwell
• Ensaio de Dureza Vickers