Entendendo a Dureza dos Materiais: Guia para Comparar Materiais de Engenharia

O processo de desenvolvimento de produto abrange vários processos menores, e a seleção de material é a mais essencial entre eles.

Todo material tem diferentes propriedades mecânicas e capacidades. E para fazer a escolha correta do material, você precisa determinar o tipo de condições de carregamento que sua peça experimentará. Por exemplo, se você está procurando projetar uma peça (ou montagem) que fará contato com outros componentes ou experimentará carregamento por impacto, então você quer escolher um material com dureza suficiente.

Mas o que exatamente é dureza do material e como medi-la? Este artigo responde a estas perguntas e mais.

O que é Dureza do Material?

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

Veja desta forma. 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. Então, materiais como titânio e diamante teriam um grau de dureza maior que o plástico.

Ao comparar diamante e plásticos, 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 suposição correta a menos que você realize um teste de dureza neles.

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

Tipos de Dureza do Material

Aqui estão os três tipos de dureza do material:

1. Dureza por indentação
2. Dureza por risco
3. Dureza por rebote

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

Uma vez que você conhece o tipo de condições de carregamento (ou ambientais) que sua peça experimentará, você pode então considerar qualquer um dos seguintes métodos de teste de dureza para comparar suas opções de material. Se você tem o equipamento necessário, pode completar estes testes. Ou pode confiar em 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 #1 Teste Brinell

O teste Brinell mede a dureza por 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 a indentação 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 da indentação (medido em milímetros)

No entanto, lembre-se de que a força predefinida que você aplicará no penetrador depende do material que você está testando. Por exemplo, especialistas em controle de qualidade tipicamente usam uma carga padrão de 3000 kg (ou 30.000 N) para metais duros como ferro e aço. Em contraste, você deve aplicar uma carga de 500 kg (ou 5000 N) para materiais mais moles como cobre e latão.

Método #2 Teste de Dureza Rockwell

Como o teste de dureza Brinell, o teste de dureza Rockwell também é usado para medição de dureza por indentação e tipicamente envolve o uso de um penetrador (geralmente 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 (tipicamente 10 kg ou 100 N) antes de aplicar a carga principal de teste. Então, ao remover a carga principal, meça a profundidade da indentação enquanto a carga menor ainda está aplicada.

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 usado 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. Em tal cenário, você lerá o número de dureza na escala "C".

Para metais mais moles como ligas de cobre, especialistas em controle de qualidade usam uma esfera de aço diamantado (com até 100 kg de carga principal) e leem o número de dureza na escala "B".

Método #3 Teste de Dureza Mohs

O teste de dureza Mohs é ideal para medir a resistência ao risco 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 Mohs, que é composta por 10 minerais aos quais foram atribuídos valores de dureza arbitrários.

A Alan's Factory Outlet tem gráfico de dureza Mohs (captura de tela acima) no qual você pode ver exemplos da resistência ao risco de vários metais.

Método #4 Teste de Dureza Shore Scleroscope

O shore scleroscope é um dispositivo usado para medir a dureza por rebote de um material. O dispositivo apresenta um tubo de vidro graduado montado em um suporte. Para determinar a dureza por rebote do seu material, você deixará cair um martelo com ponta de diamante através do tubo de vidro sobre o material.

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

Teste de Dureza do Material e Desenvolvimento de Produto: Serviços Gensun Precision Machining

Sem dúvida, é essencial conhecer a dureza de diferentes materiais para determinar o material ideal para seu design de produto. Mas mesmo depois de escolher um material adequado para seu produto, você ainda precisa encontrar uma oficina mecânica e maquinista capazes de criar suas peças com precisão e exatidão.

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