A dureza não é uma propriedade fundamental do material, mas uma resposta medida a um método de indentação específico. A resposta prática direta é que Rockwell, Brinell e Vickers são três testes de dureza de indentação distintos, cada um usando um penetrador e uma carga diferentes e produzindo valores em diferentes unidades ou escalas. . Rockwell usa uma medição de profundidade e relata um número adimensional em escalas como HRC ou HRB. Brinell pressiona uma bola de metal duro na superfície e relata um valor em PCH (kgf/mm²) . Vickers usa uma pirâmide de diamantes e relata a dureza como Alta tensão (também em kgf/mm²) , tornando-o versátil para tudo, desde revestimentos finos até materiais a granel. Um máquina de teste de dureza universal integra esses métodos em um único instrumento, muitas vezes adicionando uma capacidade de detecção de profundidade de dureza Martens. Não existe uma unidade única de medição de dureza; a "unidade de dureza" depende da escala e a escolha entre os testes depende do tipo de material, da geometria da amostra e das informações específicas necessárias.
A máquina universal de teste de dureza
A testador de dureza universal é um instrumento único projetado para executar vários métodos de teste de dureza padronizados, normalmente Rockwell, Brinell e Vickers, trocando penetradores, lentes objetivas e perfis de carga. Isto elimina a necessidade de testadores dedicados separados. Além dos métodos ópticos tradicionais, máquinas universais avançadas utilizam tecnologia de detecção de profundidade para medir Dureza Martens (HM) e módulo de indentação de acordo com a ISO 14577. Isto é conseguido registrando a curva contínua de força-deslocamento durante o ciclo de indentação, fornecendo parâmetros de material equivalentes a um teste de compressão em alta velocidade. Uma máquina universal moderna, por exemplo, pode aplicar forças de teste de 1 gf a 3.000 kgf , cobrindo as faixas micro, baixa carga e macro para Vickers, Brinell, Rockwell e até Knoop e testes de plástico. Sistemas de controle de força em malha fechada, muitas vezes com uma taxa de amostragem de 1 a 2 kHz , certifique-se de que a taxa de carregamento e o tempo de permanência estejam estritamente em conformidade com padrões como ASTM E92 e ISO 6506.
Fundamentos dos testes de dureza Rockwell, Brinell e Vickers
Todos os três testes quantificam a resistência de um material à deformação plástica permanente, mas diferem fundamentalmente na geometria do penetrador, na aplicação de carga e no princípio de medição.
Teste de dureza Rockwell
O método Rockwell mede a profundidade diferencial de penetração de um penetrador sob uma carga preliminar menor seguida por uma carga maior. A carga menor (normalmente 10 kgf ou 3 kgf) estabelece uma posição de referência, absorvendo imperfeições superficiais e deformações elásticas. A carga principal (60, 100 ou 150 kgf) é então aplicada e removida, e o aumento permanente na profundidade de penetração é medido. O número de dureza está inversamente relacionado a esta profundidade e é lido diretamente em um mostrador ou display digital. Um Valor Rockwell HRC de 60 , por exemplo, corresponde a uma profundidade de aproximadamente 0,080 mm. As escalas comuns incluem HRC (cone de diamante, 150 kgf) para aços endurecidos e HRB (esfera de 1/16 polegada, 100 kgf) para ligas mais macias. The main advantage is speed, as the result is obtained in seconds without optical measurement.
Teste de dureza Brinell
O teste Brinell usa um penetrador de esfera de carboneto de tungstênio , normalmente com 10 mm de diâmetro, pressionado na superfície com uma alta força de teste (geralmente 3.000 kgf para metais ferrosos). Após a remoção da carga, o diâmetro da impressão permanente é medido opticamente. O número de dureza Brinell (HBW) é calculado como a carga aplicada dividida pela área da superfície esférica da indentação. Um resultado típico é escrito como 350 HBW 10/3000 , indicando uma dureza Brinell de 350 usando uma esfera de 10 mm e uma carga de 3.000 kgf por um tempo de permanência de 10 a 15 segundos. O grande recuo compensa as variações microestruturais locais, tornando o Brinell ideal para peças fundidas, forjadas e materiais com estruturas de grãos grossos. Não é adequado para materiais muito duros (acima de 650 HBW) ou seções finas, pois a esfera pode deformar-se ou a amostra pode ser danificada.
Teste de dureza Vickers
O teste Vickers usa um penetrador de pirâmide de base quadrada de diamante com um ângulo de vértice de 136 graus. O princípio é idêntico em toda a faixa de carga: o penetrador é pressionado na amostra sob uma força precisa e as duas diagonais da impressão quadrada resultante são medidas opticamente e calculadas a média. A dureza Vickers é relatada como Alta tensão , seguido pela força de teste em kgf, por exemplo 640 AT 30 . A unidade de dureza Vickers é tecnicamente kgf/mm² , mas é convencionalmente expresso como um número adimensional. Como o mesmo formato do penetrador é usado para forças de 1 gf a 120 kgf, a Vickers é a única capaz de medir a dureza em escalas, desde folhas finas e camadas endurecidas até materiais a granel, e os resultados geralmente são independentes da carga acima de algumas centenas de gramas de força.
Unidades de medição de dureza entre métodos
O conceito de “unidade de dureza” é específico do método. Cada teste tem sua própria convenção de relatório e os valores não são diretamente transferíveis sem tabelas de conversão definidas pela ASTM E140 e ISO 18265. A tabela abaixo esclarece a unidade e a estrutura de escala para os principais métodos de teste.
| Método de teste | Símbolo | Unidade Física | Designação de exemplo |
|---|---|---|---|
| Rockwell | Escala de RH | Adimensional | 60 HRC |
| Brinell | HBW | kgf/mm² | 350 HBW 10/3000 |
| Vickers | Alta tensão | kgf/mm² | 640 AT 30 |
| Knoop | Hong Kong | kgf/mm² | 1000HK 0,1 |
| Martens (Universal) | HM | N/mm² | 4500HM 0,5/20/15 |
Comparação abrangente dos três métodos
The differences between Brinell, Rockwell, and Vickers hardness tests are not just procedural; eles determinam qual método é apropriado para uma determinada tarefa industrial. A tabela a seguir fornece uma comparação direta e orientada ao aplicativo.
| Recurso | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| Indentador | Cone de diamante ou bola de metal duro | Esfera de carboneto de 10 mm (ou 5/2,5 mm) | Pirâmide de diamante (136 graus) |
| Medição | Profundidade de penetração | Diâmetro de impressão | Diagonal de impressão |
| Velocidade | Muito rápido (3-5 segundos) | Lento (30 segundos ópticos) | Moderado a lento |
| Adequação | Controle de qualidade de produção, aços endurecidos, ligas | Fundições, forjamentos, metais de granulação grossa | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| Limitação de chave | Não para camadas finas ou endurecidas | Não acima de 650 HBW; grande área de dano | Lento, acabamento superficial crítico |
O que é o Vickers Teste de dureza Usado para
O teste de dureza Vickers é o método preferido quando uma única escala de dureza deve cobrir toda a faixa de dureza do material de um produto. Suas principais aplicações incluem análise aprofundada de aços carburizados ou nitretados , onde uma série de micro-reentrâncias da borda da superfície ao núcleo mapeia o gradiente de dureza. Uma especificação típica, como Alta tensão 550 at a case depth of 0.5 mm , só pode ser verificado com uma travessa de microdureza Vickers. O teste também é essencial para soldas de qualificação , onde a zona afetada pelo calor, o metal base e o metal de solda têm propriedades diferentes, e o pequeno penetrador pode isolar essas regiões. Em pesquisa e desenvolvimento, Vickers é usado para caracterizar cerâmicas, compósitos e revestimentos de película fina onde outros penetradores quebrariam ou exigiriam uma pegada muito grande. Por exemplo, um revestimento duro de TiN com 3 mícrons de espessura pode ser testado com segurança em 0,025 kgf (25 gf) , produzindo um recuo de aproximadamente 0,5 mícron de profundidade, sem influência do substrato.
Dureza Webster vs Rockwell
O testador de dureza Webster é um instrumento portátil de leitura direta que aplica um método de indentação específico. Não é diretamente equivalente a uma escala Rockwell específica, mas Os valores de dureza Webster estão empiricamente correlacionados com as escalas Rockwell B e Rockwell H para ligas de alumínio . A escala Webster B, por exemplo, cobre aproximadamente desde WB 0 a WB 20 , que corresponde a aproximadamente 25 a 100 HRB para extrusões e chapas de alumínio. A vantagem do testador Webster reside em sua portabilidade e capacidade de testar grandes montagens, trocadores de calor e estruturas de aeronaves que não podem ser levadas a um testador de bancada Rockwell. No entanto, a correlação é específica do material. Um testador Webster calibrado para alumínio 6061-T6 não fornecerá equivalentes Rockwell precisos para 7075 ou para outros metais. Para uma certificação precisa do material, é necessário um teste de bancada Rockwell ou Brinell, com o Webster servindo como uma ferramenta conveniente de triagem de campo.
Como selecionar o teste de dureza correto para sua aplicação
A escolha do teste é determinada pelo tipo de material, geometria da amostra, volume de produção e informações necessárias. A seguinte lógica de decisão, baseada em cenários industriais práticos, fornece um guia construtivo.
- Para grandes peças fundidas ou forjadas com microestruturas grosseiras , escolha o teste Brinell. O recuo esférico de 10 mm calcula a média dos limites dos grãos e das variações de fase, proporcionando uma dureza representativa das propriedades mecânicas gerais do componente. Um teste padrão de 3.000 kgf com uma esfera de 10 mm é o padrão para peças fundidas de ferro e aço.
- Para controle de qualidade de produção de alto volume de peças usinadas , Rockwell é o padrão. Um teste HRC de 3 segundos pode manter o índice de capacidade do processo de uma linha de tratamento térmico sem criar gargalos. Use HRC para aços endurecidos acima de 20 HRC e HRB para ligas não ferrosas mais macias.
- Para componentes endurecidos, finos ou revestidos , micro-Vickers é a única escolha adequada. Uma carga de 500 gf ou 1 kgf e um penetrador Knoop ou Vickers podem medir o gradiente núcleo-caixa sem que a indentação se estenda através da camada endurecida.
- Para soldas, juntas e zonas afetadas pelo calor , Os testes de baixa força Vickers ou Knoop (1-5 kgf) podem resolver variações de dureza na faixa estreita de uma interface de solda, o que é fundamental para evitar trincas por hidrogênio ou formação de fase frágil.
- Quando são necessárias propriedades do material além de um único número de dureza , um testador de dureza universal no modo Martens fornece a dureza de indentação, módulo de elasticidade, fluência e comportamento de relaxamento a partir de um único teste de indentação instrumentado, que é valioso para o desenvolvimento de polímeros, cerâmicas e materiais avançados.
Convertendo entre escalas de dureza
As conversões da escala de dureza são aproximadas e a prática responsável é use-os apenas para comparação, nunca para especificação . A relação de conversão entre Brinell, Rockwell e Vickers depende do comportamento de endurecimento do material, portanto, uma tabela de conversão ASTM E140 para aço inoxidável austenítico será diferente daquela para aço carbono e aço de baixa liga. Como exemplo prático, um típico aço carbono com 640 AT 30 corresponde a aproximadamente 56 HRC e 600 HBW . No entanto, para um aço inoxidável austenítico totalmente endurecido, os mesmos 56 HRC podem corresponder a apenas 250 HBW. Quando uma especificação exige relatórios em uma escala específica, o teste deve ser realizado diretamente nessa escala. Uma máquina de teste de dureza universal pode minimizar essa incerteza realizando o teste no método requerido sem recorrer à conversão.
