Ensaio de Dureza Brinell

É importante destacar que, apesar das diversas definições, um material com grande Resistência à deformação plástica permanente também terá alta resistência ao desgaste, alta resistência ao corte e será difícil de ser riscado, ou seja, será duro em qualquer uma dessas situações. Um dos métodos de ensaio de dureza mais amplamente utilizados é o ensaio de dureza Brinell. Avaliação da dureza: como tudo começou. Há registros de que no século XVII já se avaliava a dureza de pedras preciosas, esfregando-as com uma lima.No século XVIII desenvolveu-se um método para determinar a durezado aço, riscando-o com minerais diferentes.Mas o primeiro método padronizado de ensaio de dureza do qual seTem notícia, baseado no processo de riscagem, foi desenvolvido porMohs, em 1822. Este método deu origem à escala de dureza Mohs, que apresenta dezminérios-padrões, ordenados numa escala crescente do grau 1 ao 10, de acordo com sua capacidade de riscar ou ser riscado. Esta escala não é conveniente para os metais, porque a maioria deles apresenta durezas Mohs 4 e 8, e pequenas diferenças de dureza não são acusadas por este método. Por exemplo, um aço dúctil corresponde a uma dureza de 6 Mohs, a mesma dureza Mohs de um aço temperado.As limitações da escala Mohs levaram ao desenvolvimento de outrosmétodos de determinação de dureza, mais condizentes com o controle do aço e de outros metais. Um deles é o ensaio de dureza Brinell, que você vai estudara seguir.
Curiosidade da Escala Mohs (1822)
1 - Talco
2 - Gipsita
3 - Calcita
4 - Fluorita
5 - Apatita
6 - Feldspato (ortóssio)
7 - Quartzo
8 - Topázio
9 - Safira e corindo
10 – Diamante

ENSAIO DE DUREZA BRINELL
Em 1900, J. A. Brinell divulgou este ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido à relação existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistência à tração. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado,de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de ummetal, por meio de uma carga F, durante um tempo t,produzindo uma calota esférica de diâmetro d .A dureza Brinell é representada pelas letras HB.Esta representação vem do inglês Hardness Brinell,que quer dizer dureza Brinell
A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac). Em linguagem matemática: HB= F/Ac A área da calota esférica é dada pela fórmula: pDp, onde p é a profundidadeda calota. Substituindo Ac pela fórmula para cálculo da área da calota, temos: HB=F/pDp Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade (p), 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: 2FHB = ----------------------------------------p D ( D - A unidade kgf/mm2, que deveria ser sempre colocada após o valor de HB, é omitida, uma vez que a dureza Brinell não é um conceito físico satisfatório, pois a força aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota. Os cálculos anteriores são dispensáveis, se você dispuser de uma tabela apropriada.Veja a seguir um exemplo de tabela que fornece os valores de dureza Brinell normal, em função de um diâmetro de impressão d. Os valores indicados entre parênteses são somente referenciais, pois estão além da faixa normal do ensaio Brinell.
DUREZA BRINELL EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DA IMPRESSÃO (DIÂMETRO DA ESFERA DO PENETRADOR: 10 MM)
d (mm)
HB (F = 3000 kgf)
d (mm) HB (F = 3000 kgf)
2,75 495
4,05 223
2,80 477
4,10 217
2,85 461
4,15 212
2,90 444
4,20 207
2,95 429
4,25 201
3,00 415
4,30 197
3,05 401
4,35 192
3,10 388
4,40 187
3,15 375
4,45 183
3,20 363
4,50 179
3,25 352
4,55 174
3,30 341
4,60 170
3,35 331
4,65 167
3,40 321
4,70 163
3,45 311
4,75 159
3,50 302
4,80 156
3,55 293
4,85 152
3,60 285
4,90 149
3,65 277
4,95 146
3,70 269
5,00 143
3,75 262
5,10 137
3,80 255
5,20 131
3,85 248
5,30 126
3,90 241
5,40 121
3,95 235
5,50 116
4,00 229
5,60 111

Escolha das condições de ensaio
O ensaio padronizado, proposto por Brinell, é realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de aço temperado. Porém, usando cargas e esferas diferentes, é possível chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condições: A carga será determinada de tal modo que o diâmetro de impressão d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do diâmetro da esfera D. A impressão será considerada ideal se o valor de d ficar na média entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375 mm. Para obter um diâmetro de impressão dentro do intervalo citado no item anterior, deve-se manter constante a relação entre a carga (F) e o diâmetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a relação F/D2 é igual a uma constante chamada fator de carga. 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.

F/D2 DUREZA MATERIAIS

30 90 a 415 HB Aços e ferros fundidos
10 30 a 140 HB Cobre, alumínio e suas ligas mais duras
5 15 a 70 HB Ligas antifricção, cobre, alumínio e suas ligas mais moles
2,5 até 30 HB Chumbo, estanho, antimônio e metais-patente

O diâmetro da esfera é determinado em função da espessura do corpo de prova ensaiado. A espessura mínima é indicada em normas técnicas de método de ensaio. No caso da norma brasileira, a espessura mínima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota.
O quadro a seguir mostra os diâmetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido.

DIÂMETRO DA ESFERA

(mm) F (kgf) = 30 D2F (kgf) = 10 D2 F (kgf) = 5 D 2 F (kgf) = 2,5 D 2

10 3000 1000 500 250
5 750 250 125 62,5
2,5 187,5 62,5 31,25 15,625

Observe que, no quadro anterior, os valores de carga foram determinados a partir das relações entre F e D2 indicadas no primeiro quadro. Com esses dados, é possível calcular a profundidade de impressão da calota, aplicando a fórmula.
O número de dureza Brinell deve ser seguido pelo símbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicação da carga durante 15 segundos. Em outras condições, o símbolo HB recebe um sufixo formado por números que indicam as condições específicas do teste, na seguinte ordem: diâmetro da esfera, carga e tempo de aplicação da carga. Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10 mm de diâmetro e uma carga de 1.000 kgf, aplicada por 30 segundos, é representado da seguinte forma:85HB 10/1000/30O tempo de aplicação da carga varia de 15 a 60 segundos: é de 15 segundospara metais com dureza Brinell maior que 300; de 60 segundos para metais moles, como o chumbo, estanho, metais-patente etc., e de 30 segundos para os demais casos. A medida do diâmetro da calota (d) deve ser obtida pela média de duas leituras obtidas a 90º uma da outra, e de maneira geral não pode haver diferença maior que 0,06 mm entre as duas leituras, para esferas de 10 mm.

Vantagens e limitações do ensaio Brinell

O ensaio Brinell é usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas. É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham estrutura interna uniforme. É feito em equipamento de fácil operação. Por outro lado, o uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de aço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores danificariam a esfera. A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão não é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de aliviada a carga. Isto é mais sensível quanto mais duro for o metal. O ensaio não deve ser realizado em superfícies cilíndricas com raio de curvatura menor que 5 vezes o diâmetro da esfera utilizada, porque haveria escoamento lateral do material e a dureza medida seria menor que a real.