Dureza dos Materiais: Entendendo a Resistência à Deformação

A capacidade de um material tolerar deformação permanente localizada, como indentação, é caracterizada por sua dureza. Corte, abrasão, penetração e arranhão podem causar distorção nos materiais, logo a dureza também define a resistência de um material à deformação.

A resistência de uma substância à deformação permanente localizada é medida por sua dureza. Deformação plástica é outro termo para distorção permanente. Enquanto deformação elástica ocorre quando um material muda de forma apenas quando força é aplicada, deformação plástica ocorre quando a substância não retorna à sua forma original.

Neste artigo, as seguintes perguntas serão discutidas:

• O que é a dureza de um material?
• Quais são os tipos de dureza?

Vamos mergulhar!

O que é a dureza de um material?

Dureza é um método usado para determinar quão resistente um material é à deformação plástica localizada causada por indentação mecânica ou abrasão. A dureza varia por materiais; por exemplo, metais duros como titânio e berílio são mais duros que metais macios como sódio e estanho metálico, bem como madeira e polímeros comuns.

Ligações intermoleculares fortes descrevem dureza macroscópica, mas o comportamento de materiais sólidos sob força é complexo, portanto dureza ao risco, dureza por indentação e dureza por ricochete são métricas diferentes de dureza. Ductilidade, rigidez elástica, plasticidade, deformação, resistência, tenacidade, viscoelasticidade e viscosidade são fatores que influenciam a dureza. Cerâmicas, concreto, certos metais e materiais ultra-duros são exemplos de matéria dura, comparáveis a matéria mole.

Alguns materiais têm dureza natural alta. Tungstênio, por exemplo, é um metal muito duro usado como elemento de liga em aços para ferramentas. Isso garante que este grupo de aços resista ao desgaste mesmo ao cortar em altas temperaturas. Tungstênio é frequentemente incluído em carboneto cementado, comumente usado em fresas. Estas pontas de ferramenta de corte intercambiáveis estendem significativamente a vida útil das ferramentas de corte.

Por outro lado, outros materiais, como metais, são macios a ponto de serem inutilizáveis em diversas aplicações. Como ouro puro é tão delicado, pouco esforço é necessário para arranhá-lo ou dobrá-lo. Para melhorar sua dureza, outros metais como prata, cobre e alumínio devem ser adicionados.

Com alguns materiais, tratamento térmico pode aumentar a dureza superficial preservando outras propriedades do metal. Esta é uma operação comum para eixos de máquinas para garantir vida útil mais longa. Ao desenvolver um conceito de design de produto, um engenheiro deve também considerar a razão de dureza. Em um ajuste de mancal e eixo, por exemplo, o mancal deve ser mais mole pois é mais fácil de substituir. Com movimento frequente, uma peça deve desgastar, e o engenheiro tem a palavra final.

Quais são os tipos de dureza?

A capacidade de um material resistir à deformação é testada por um ensaio padrão que mede a resistência da superfície à indentação. A forma ou tipo de indentação, o tamanho e a quantidade de carga aplicada são os ensaios de dureza mais frequentes.

Risco, indentação e ricochete são os três tipos básicos de ensaios de dureza. Escalas de medição individuais existem dentro de cada uma destas classes. Tabelas de conversão são usadas para converter de uma escala para outra para fins práticos. Os seguintes são os diversos tipos de dureza:

• Dureza ao risco
• Dureza por indentação
• Dureza por ricochete

Dureza ao risco

Tipos de dureza ao risco referem-se à resistência de uma amostra à fratura ou deformação plástica persistente como resultado de atrito de um objeto afiado. Um objeto feito de substância mais dura riscará um objeto feito de material mais mole, segundo o princípio.

Dureza ao risco refere-se à força necessária para cortar o filme até o substrato ao testar revestimentos. A escala de Mohs, usada em mineralogia, é o teste mais prevalente. O esclerômetro é uma ferramenta que pode realizar esta medição.

O testador de dureza de bolso é outra ferramenta para testes semelhantes. Um braço de escala com marcações graduadas é acoplado a um carro de quatro rodas neste dispositivo. Um instrumento de risco com borda afiada é fixado à superfície de teste em ângulo predefinido. Para usá-lo, coloca-se massa conhecida no braço da escala em uma das marcações graduadas, então arrasta-se a ferramenta pela superfície de teste. Sem máquinas caras, uma pressão conhecida pode ser exercida usando o peso e as marcações.

Dureza por indentação

A resistência de uma amostra à deformação do material causada por carga compressiva constante de um objeto afiado é medida por dureza por indentação. Ensaios de dureza por indentação são mais comumente empregados em engenharia e metalurgia. Os testes baseiam-se no princípio de determinar as dimensões críticas de uma indentação criada por um penetrador especialmente dimensionado e carregado. Rockwell, Vickers, Shore e Brinell são algumas das escalas de dureza por indentação mais comuns.

Dureza por ricochete

A altura do "salto" de um martelo com ponta de diamante solto de altura fixa em um material é medida por dureza por ricochete, também conhecida como dureza dinâmica. Elasticidade está ligada a este tipo de dureza. Um escleroscópio é um aparelho usado para esta medição.

A escala de dureza por ricochete Leeb e a escala de dureza Bennett são duas escalas que quantificam a dureza por ricochete.

Medindo a frequência de uma haste oscilante, a abordagem de Impedância de Contato Ultrassônico (UCI) avalia a dureza. Uma haste metálica com elemento vibratório e diamante em forma de pirâmide fixado a uma extremidade compõe a haste.

Resumo

A dureza do material é algo muito importante a considerar ao projetar um projeto de engenharia. Isso determina a confiabilidade e funcionalidade do projeto. Em outras palavras, a dureza do material é um fator chave no design de engenharia. Este breve artigo abordou a dureza do material.

Espero que tenha aprendido muito com a leitura; se gostou, compartilhe com outros. Obrigado pela leitura!