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PROPRIEDADE DO MATERIAL

Dureza do aço: Brinell, Rockwell e Vickers

Entenda o que a dureza do aço mede, como Brinell, Rockwell e Vickers diferem, quais fatores alteram a leitura e como usar conversões com escopo correto.

A dureza do aço descreve a resistência à indentação localizada sob um método de ensaio definido. O valor depende do método, da escala ou força de ensaio, do penetrador, da condição do corpo de prova e do procedimento de medição. Por isso, o número deve ser lido junto com sua designação de ensaio.

Brinell, Rockwell e Vickers são métodos comuns para aços. Eles produzem e avaliam a indentação de maneiras diferentes, o que muda sua adequação conforme espessura, geometria, faixa de dureza e objetivo da inspeção.

A dureza é um resultado dependente do método

O ensaio de dureza é empírico. Um penetrador especificado é aplicado ao material sob força controlada, e a impressão ou profundidade resultante é convertida em um número. Materiais de referência do NIST sustentam a rastreabilidade de determinadas escalas Rockwell e de microindentação.

Uma leitura local pode apoiar inspeção de recebimento, controle de tratamento térmico, avaliação de soldas e verificação de processo. Camada cementada, descarbonetação, trabalho a frio, zona afetada pelo calor ou gradiente microestrutural podem criar variações reais dentro da mesma peça.

Comparação entre indentação Brinell com esfera, medição de profundidade Rockwell e indentação Vickers com diamante.
Os métodos usam penetradores e princípios de leitura diferentes; a designação do ensaio deve acompanhar o valor.

Brinell: impressão maior medida pelo diâmetro

O método Brinell usa uma esfera de metal duro e determina a dureza pelo tamanho da impressão residual nas condições especificadas. A marca relativamente grande avalia uma área local mais ampla e pode ser útil em produtos em que essa impressão é aceitável.

ISO 6506-1:2014 continua sendo a edição publicada consultada para o ensaio Brinell nesta pesquisa; a ISO também possui um projeto de substituição em desenvolvimento. Nos Estados Unidos, ASTM E10-23 cobre o ensaio Brinell de materiais metálicos.

Um resultado válido exige esfera, força, espessura, espaçamento, distância da borda, superfície e leitura óptica compatíveis com o método. O relatório deve preservar a designação HBW e as condições exigidas pela norma ou especificação aplicável.

Rockwell: profundidade de penetração para inspeção rápida

Rockwell mede o aumento residual da profundidade sob a força preliminar, comparando as leituras antes da aplicação e após a retirada da força adicional. Cada escala usa uma combinação própria de penetrador e força. HRC e HRB, por exemplo, são escalas distintas e os números não formam uma escala contínua.

ISO 6508-1:2023 cobre escalas Rockwell regulares e superficiais. ASTM E18-25 também trata do método e observa que um ensaio em apenas um ponto pode não representar a peça inteira.

Rockwell é eficiente para controle de produção quando a escala escolhida se ajusta ao material, à espessura e à geometria. Chapas finas, superfícies curvas e camadas endurecidas podem exigir uma escala superficial, outro método ou correções previstas na norma.

Vickers: uma geometria de diamante em várias faixas de força

Vickers utiliza uma pirâmide de diamante de base quadrada. As diagonais da impressão residual são medidas opticamente e o resultado é reportado como HV com a força correspondente.

ISO 6507-1:2023 cobre três faixas de força e define limites práticos relacionados ao tamanho da impressão e a algumas aplicações em revestimentos. ASTM E92-26 cobre Vickers e Knoop e reconhece que pequenas medições podem revelar variação local.

O método é útil em ensaios gerais e em medições localizadas, como perfis de camada endurecida e travessias em soldas. Quanto menor a impressão, maior a influência da preparação superficial e da qualidade da medição óptica.

Como interpretar a designação de dureza

Os exemplos abaixo representam ensaios independentes, sem equivalência entre os valores:

  • 220 HBW 10/3000: dureza Brinell 220, esfera de carboneto de 10 mm e força nominal de 3000 kgf, aproximadamente 29,42 kN.
  • 60 HRC: dureza 60 na escala Rockwell C, com cone de diamante, força preliminar de 10 kgf e força total de 150 kgf; aproximadamente 98,07 N e 1,471 kN. A força total inclui a preliminar.
  • 250 HV 10: dureza Vickers 250 sob força nominal de 10 kgf, aproximadamente 98,07 N. O 10 identifica a força de ensaio e não corresponde a 10 N.

kgf é uma unidade de força: 1 kgf = 9,80665 N. Registre o tempo de permanência e as demais condições exigidas pela norma aplicável. Estes números ilustram a notação e não são valores-alvo para uma classe de aço.

Escolha o método pela peça e pelo objetivo

Comparação dos métodos de dureza
MétodoGrandeza medidaUso prático frequentePonto crítico
BrinellDiâmetro de impressão esféricaAvaliação de uma área mais ampla quando uma marca maior é aceitávelSuperfície, espessura, espaçamento e leitura óptica
RockwellAumento residual de profundidade sob a força preliminarControle rápido de produção com escala adequadaEscala, espessura, apoio, curvatura e superfície
VickersDiagonais de impressão piramidal de diamanteMedição geral ou localizada em ampla faixa de forçasPreparação, óptica e tamanho da impressão

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Uma chapa grossa, uma chapa fina, uma camada cementada e uma zona termicamente afetada podem exigir condições diferentes mesmo dentro de famílias de aço próximas.

Fatores que alteram a leitura

A superfície deve representar a região de interesse e atender à norma aplicável. Rugosidade, óxido, descarbonetação, revestimento, dano de retífica ou polimento excessivo podem alterar a impressão ou dificultar a leitura.

Espessura e apoio também importam porque a zona deformada se estende abaixo da impressão. Devem ser respeitados espaçamentos entre impressões e distâncias até as bordas. Superfícies curvas podem exigir correção ou configuração específica, conforme método e escala.

O estado do material pode gerar gradientes reais. Tratamento térmico, trabalho a frio, distribuição de fases, profundidade de camada, ciclos térmicos de soldagem e composição local afetam a dureza. Quando há gradiente esperado, defina uma travessia ou plano de amostragem antes do ensaio.

Em chapa fina, confira a espessura mínima permitida para o método, a escala e a dureza esperada, além do apoio e de eventual deformação na face posterior. Rockwell superficial ou Vickers com força menor podem ser adequados, mas reduzir a força não basta para validar o ensaio. Vickers também possui limites de tamanho da impressão e de aplicação a revestimentos; uma marca aparentemente legível pode estar fora do escopo do método.

Defina se o alvo é o substrato de aço, o revestimento, a superfície após tratamento ou uma seção da camada endurecida. Ao avaliar o substrato, use preparação permitida que preserve sua dureza. Ao avaliar uma camada endurecida ou descarbonetada, mantenha a região de interesse e defina a profundidade a partir da superfície original. Aquecimento no desbaste, remoção excessiva e trabalho a frio durante a preparação podem alterar a leitura.

Conversões de dureza exigem escopo definido

Tabelas de conversão ajudam em comparações e em especificações legadas, porém a relação é empírica e depende do material. ISO 18265:2013 indica aplicação direta dos valores convertidos ao material exato usado para estabelecer a relação; para outros materiais, eles servem como indicação. A estimativa de resistência à tração está entre as conversões menos confiáveis.

Para aceitação, mantenha o valor medido na escala original sempre que possível. Quando houver conversão, registre a tabela, o grupo de material e o valor de origem. Evite sequências de conversão entre várias escalas.

Dureza, resistência e desgaste dependem do contexto

Dentro de uma família de aço e condição de tratamento definidas, dureza e resistência à tração podem apresentar correlação porque ambas respondem à microestrutura. Essa relação muda com composição, processamento e faixa de ensaio. Requisitos de limite de escoamento e resistência à tração de uma especificação devem continuar sendo verificados pelos métodos correspondentes.

O desempenho ao desgaste também depende de abrasivo, tensão de contato, tenacidade, microestrutura, contracorpo, lubrificação, temperatura e tratamento superficial. A dureza é uma propriedade importante no conjunto, sem representar sozinha todos os mecanismos de desgaste.

Defina, verifique e registre o ensaio

Uma sequência prática é:

  1. Identificar material, forma do produto, condição térmica e região de interesse.

  2. Confirmar a especificação do produto e a norma de dureza aplicável.

  3. Escolher Brinell, Rockwell ou Vickers e a escala ou força adequada à espessura, geometria e dureza esperada.

  4. Preparar superfície e apoio conforme o método.

  5. Verificar máquina, penetrador e bloco de referência antes das medições de aceitação.

  6. Definir posições, espaçamento, quantidade de leituras e travessias.

  7. Registrar a designação original, condições do ensaio e correções permitidas.

  8. Comparar com o limite real da especificação e documentar separadamente qualquer conversão usada como referência de engenharia.

Fluxo de seleção de ensaio de dureza do aço desde material e geometria até método, verificação, amostragem e relatório.
Comece pela peça e pelo requisito aplicável, escolha o método e preserve a escala originalmente medida.

Veja também Resistência à tração do aço e Limite de escoamento do aço . Para seleção de classes, consulte Como escolher uma classe de resistência do aço .

Fontes técnicas