O que é dureza do material? Como comparar diferentes materiais de engenharia

O processo de desenvolvimento de produtos engloba vários processos menores, e a seleção de materiais é o mais essencial entre eles.

Cada material tem propriedades e capacidades mecânicas diferentes. E para fazer a escolha certa do material, você precisa determinar o tipo de condições de carga que sua peça irá experimentar. Por exemplo, se você deseja projetar uma peça (ou montagem) que fará contato com outros componentes ou sofrerá carga de impacto, escolha um material com dureza de material suficiente.

Mas o que exatamente é a dureza do material e como você a mede? Este artigo responde a essas perguntas e muito mais.

O que é dureza do material?

Dureza do material é a capacidade de um material para suportar deformação plástica localizada devido a cargas aplicadas concentradas.

Olhe isto deste modo. Quando dizemos que um material tem um alto grau de dureza, significa simplesmente que o material pode manter sua forma na presença de forças externas como arranhões, indentação e abrasão. Assim, materiais como titânio e diamante teriam um grau de dureza maior que o plástico.

Ao comparar diamante e plástico, você provavelmente sabe qual material tem maior dureza por intuição. Mas quando você quer escolher entre metais (ou ligas) intimamente relacionados, é quase sempre impossível fazer uma estimativa correta, a menos que você faça um teste de dureza neles.

Existem vários métodos para testar a dureza do material. Mas antes de discutirmos esses métodos, é essencial que você entenda primeiro os tipos de dureza do material.

Tipos de dureza do material

Aqui estão os três tipos de dureza do material:

1. Dureza de indentação
2. Dureza de arranhões
3. Dureza de rebote

Dureza de indentação refere-se à resistência de um material à deformação permanente quando submetido a uma carga contínua. Em contraste, a dureza de arranhões descreve a capacidade de um material de resistir a arranhões de sua superfície devido ao contato com outro metal. Por fim, dureza de rebote está relacionado com a elasticidade do material; descreve a capacidade de um material para absorver a energia de impacto.

Depois de conhecer o tipo de carga (ou condições ambientais) que sua peça sofrerá, você poderá considerar qualquer um dos seguintes métodos de teste de dureza para comparar suas opções de material. Se você tiver o equipamento necessário, poderá concluir esses testes. Ou você pode contar com informações de seus fornecedores e recursos online como Matweb que listam as propriedades de vários materiais.

Como testar a dureza dos materiais:4 métodos de teste

Método nº 1 O Teste Brinell

Um testador de dureza Brinell do Wikimedia Commons.

O teste Brinell mede a dureza de indentação de um material . Este método de teste usa um penetrador (geralmente uma esfera de aço endurecido) para criar uma impressão em uma peça de teste. Neste método de teste, você manterá o penetrador no lugar antes de aplicar uma força predefinida na esfera (e na superfície do material) por um período especificado.

Em seguida, atribua um número de dureza Brinell ao material, dependendo do tamanho da indentação formada nele. Você pode medir o recuo usando um microscópio e calcular o número de dureza Brinell usando:



Onde:
HB =Dureza Brinell (kg/mm2)
P =Força (medida em Newton)
D =Diâmetro do penetrador (medido em milímetros)
d =diâmetro de indentação (medido em milímetros)

No entanto, lembre-se de que a força predefinida que você aplicará no penetrador depende do material que deseja testar. Por exemplo, especialistas em controle de qualidade normalmente usam uma carga padrão de 3.000 kg (ou 30.000 N) para metais duros como ferro e aço. Em contraste, você deve aplicar uma carga de 500kg (ou 5.000 N) para materiais mais macios como cobre e latão.

Método nº 2 Teste de dureza Rockwell

Operador realizando um teste de dureza Rockwell

Assim como o teste de dureza Brinell, o teste de dureza Rockwell também é usado para dureza de indentação medição e normalmente envolve o uso de um penetrador (geralmente uma esfera de aço ou um cone esférico com ponta de diamante).

No entanto, no teste de dureza Brinell, você mantém o penetrador no lugar aplicando uma carga menor (normalmente 10 kg ou 100 N) antes de aplicar a carga de teste principal. Em seguida, ao remover a carga principal, meça a profundidade do entalhe enquanto a carga menor ainda estiver ligada.

O número de dureza pode então ser lido usando diferentes escalas de dureza Rockwell (A, B, C, etc.). A escala ideal depende do tipo de penetrador utilizado e da carga de teste aplicada ao material. Por exemplo, digamos que você queira medir a dureza de ligas de aço; você teria que usar um penetrador de cone de diamante com até 140 kg de carga principal. Nesse cenário, você lerá o número de dureza na escala “C”.

Para metais mais macios, como ligas de cobre, os especialistas em controle de qualidade usam uma esfera de aço diamantada (com até 100 kg de carga principal) e lêem o número de dureza na escala “B”.

Método #3 Teste de Dureza Mohs

O teste de dureza Mohs é ideal para medir a resistência a arranhões de um material. Neste método de teste, você risca a superfície do material a ser testado usando um material de referência com dureza predefinida. O valor de dureza é expresso usando a escala de Mohs, que é composta por 10 minerais aos quais foram atribuídos valores de dureza arbitrários.

Veja o gráfico de dureza Mohs completo no Alan's Factory Outlet

O Alan's Factory Outlet tem um gráfico de dureza Mohs (captura de tela acima) no qual você pode ver exemplos da resistência a arranhões de vários metais.

Método nº 4 Shore Scleroscope Teste de Dureza

O escleroscópio shore é um dispositivo usado para medir a dureza de rebote de um material . O dispositivo possui um tubo de vidro graduado montado em um suporte. Para determinar a dureza de rebote do seu material, você colocará um martelo com ponta de diamante através do tubo de vidro no material.

Representação esquemática do Shore Scleroscope montado em um tripé. Do Wikimedia Commons.

O valor de dureza é proporcional à altura em que o martelo rebate após atingir a peça de teste. Por exemplo, um material com maior dureza causa maior altura de rebote do que um material com menor grau de dureza.

Teste de dureza de materiais e desenvolvimento de produtos:Serviços de usinagem de precisão Gensun

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