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Tudo o que você precisa saber sobre dureza de materiais

Explore os fundamentos da dureza do material, incluindo tipos, métodos de teste e fatores que a afetam, na fabricação e na engenharia.
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É uma regra prática considerar o ambiente funcional em que uma determinada peça será usada ou instalada. Escolher os materiais utilizados na produção de um produto certamente pode ser complicado, mas o uso final é o seu melhor guia em caso de tal confusão.

Um dos aspectos mais importantes que ocupam o centro das atenções na tomada de decisões de produção decisivas é a dureza do material. 

A dureza do material, à primeira vista, pode parecer um conceito dado, mas a tendência deste aspecto é profunda. Neste artigo vamos descobrir e analisar a importância e os tipos de dureza dos materiais, então prepare-se para se iluminar!

O que é dureza do material?

Como você sabe, é importante ter um material que possa suportar deformações, amassados, arranhões, etc. Em palavras simples, a dureza do material é a medida da resistência que um material tem às forças externas. Basicamente, é como falar sobre a tenacidade dos metais, minerais, plásticos, etc.

Dureza dos Materiais

Por exemplo, passe os dedos pela superfície de um diamante e depois por um pedaço de giz. Você observará que o diamante é liso e o giz é quebradiço e irregular. A diferença em sua resposta às forças externas diz tudo sobre a dureza do material.

Dureza do Aço na Fabricação de Moldes

A dureza do aço é um fator essencial na fabricação de moldes. A razão é que isso afeta o desempenho, a durabilidade e a vida útil do molde. Agora, você deve entender que a dureza é um fator essencial a ser considerado ao escolher o aço perfeito para moldagem. 

Na fabricação de moldes, você pode medir a dureza usando escalas como Rockwell (HRC), Brinell (HB) ou Vickers (HV). Para o aço, uma dureza mais elevada proporcionará melhor resistência ao desgaste e uma vida útil mais longa para a ferramenta.

Aqui estão alguns dos mais comuns molde de aço e faixas de dureza. Em primeiro lugar, existem os aços pré-endurecidos (HRC 30-40), que são adequados para volumes de produção baixos a médios. Em seguida, você tem aços endurecidos (HRC 40-50), que são usados para aplicações de moldagem de uso geral. Depois disso, você encontrará um aço altamente endurecido (HRC 50-60+), que é usado para produção em grandes volumes. 

Você pode escolher qualquer uma das categorias mencionadas acima. No entanto, lembre-se de que se você quiser prosseguir com moldagem por injeção e moldagem por compressão, escolha aço altamente endurecido e aço endurecido, respectivamente. O aço de endurecimento médio é bom para moldagem por sopro. 

No final, os tratamentos de superfície sempre podem melhorar a dureza e a qualidade do desgaste do molde.

Tipos de dureza do material

Portanto, não é errado dizer que a dureza do material depende de coisas como flexibilidade, resistência, deformação, plasticidade, viscosidade, etc. E como cada material se comporta de maneira diferente, estes são os diferentes tipos de dureza:

Dureza de arranhões

Arranhões são linhas nítidas que ocorrem quando o material duro roça em um material mais macio. Isso pode fazer com que os arranhões apareçam. Digamos que você esteja prestes a desembrulhar seu telefone novo e esteja preocupado com os inevitáveis arranhões. Agora, se o material tiver uma boa propriedade de resistência a arranhões, seu telefone estará seguro. No entanto, o oposto pode ser prejudicial.

Tipos de dureza do material

Existem muitas maneiras de verificar a resistência do material a arranhões, como a Escala de Dureza de Mohs. Você pode usar isso para minerais ou cerâmica. Portanto, um material com alta dureza a riscos pode resistir a todos os riscos do sol.

A vantagem de ter dureza contra arranhões é que você não precisará mais gastar dinheiro em reparos. Você pode comprar um produto com aparência nova para o resto da vida. Se ainda tiver dúvidas, pode sempre fazer um teste de dureza a riscos e não perder a superfície lisa.

Dureza de recuperação

Em seguida vem a dureza de rebote. Imagine que você está driblando uma bola de basquete e ela ricocheteia novamente. Agora, isso é possível devido à propriedade de dureza de rebote do material. Portanto, a dureza de rebote é um pouco parecida com a qualidade de rebote, mas para materiais. 

Um material basicamente pode absorver energia quando é atingido e depois retornar à sua forma original. Por exemplo, a borracha se comprime quando você a aperta e retorna à sua forma original quando você a solta. 

Você pode usar testes Charpy e Izod para verificar o dureza de rebote de um material. Dessa forma, você pode verificar o quão bem o material aguenta o impacto e volta forte. Em palavras simples, basta largar um martelo de alguma altura e ver se ele volta ao mesmo nível. Caso contrário, provavelmente possui baixa dureza de rebote. 

Dureza de Indentação

O exemplo perfeito é tentar pressionar o polegar em um pedaço de massa. Assim, a impressão que deixa na massa dá uma ideia de quão macia ou firme ela é. Simples assim, a dureza de indentação mede a resistência do seu material às forças externas.

Existem alguns testes para isso, como os testes Brinell e Vickers. Você só precisa pressionar o objeto com força suficiente no material e medir o recuo. Como resultado, você terá em mãos algum material que não cede sob pressão, principalmente quando há um impacto repentino. 

Fatores que afetam a dureza do material

É sempre importante ter em mente alguns fatores que podem afetar a dureza de um material, e são eles:

Estrutura de cristal

Imagine os materiais como se fossem feitos de pequenos blocos de construção. Alguns materiais organizam esses blocos de maneira organizada e ordenada, como uma pilha de tijolos bem organizada (estrutura cristalina). 

Outros são um pouco mais aleatórios, como um monte de Legos (estrutura amorfa) espalhados. Agora, quando se trata de dureza, a forma como esses blocos são organizados é importante. Materiais com um plano cristalino tendem a ter características de dureza diferentes em comparação com aqueles com uma estrutura mais aleatória.

Tamanho de grão

Pense nos materiais como se eles fossem feitos de muitos grãos pequenos, como uma bola de areia. Agora, se esses grãos forem grandes, haverá menos obstáculos no caminho. Mas, se forem pequenos, haverá muitos pequenos obstáculos. 

Tamanhos de grãos menores geralmente significam mais obstáculos que podem atrapalhar. Isso significa simplesmente que pode haver pequenos defeitos ou irregularidades que podem afetar a forma como os materiais se dobram. Portanto, mais obstáculos geralmente resultam em maior dureza.

Temperatura

Agora vamos falar sobre temperatura. Imagine seu material como um grupo de pessoas em uma festa. Em temperaturas mais altas, é semelhante àqueles convidados se misturando livremente e se movimentando com facilidade, o que aumenta o movimento dos átomos. 

Mas, quando as coisas esfriarem, os convidados começarão a congelar no lugar. Nos materiais, a mobilidade atômica reduzida em baixas temperaturas pode torná-los mais duros. Pode-se dizer que eles se tornaram mais resistentes às mudanças porque os átomos não conseguem se movimentar tanto.

Como testar a dureza do material?

Mesmo que você esteja familiarizado com as teorias de dureza dos materiais, é importante entender como realizar os testes. Vamos falar sobre esses testes agora:

Teste de dureza Rockwell

Teste de dureza Rockwell

O princípio por trás deste teste envolve verificar a resistência do material medindo o quanto ele pode resistir quando pressionado com força. Para isso, você pode usar a ferramenta chamada penetrador. Esta ferramenta é usada para verificar o quão longe ela pode empurrar uma carga pesada para dentro do material.

Para começar, use apenas uma carga mais leve para garantir que o penetrador esteja no lugar certo. Depois vem o evento principal, onde você pode usar a carga pesada. Observe a profundidade do penetrador no material. 

No entanto, existem diferentes escalas para analisar os resultados. Para materiais duros, você pode usar a escala HRC, e para materiais macios, a escala HRB. Este teste funciona muito bem para metais e ligas. Por exemplo, você pode garantir que o metal do motor do seu carro ou a liga da sua bicicleta estejam à altura de um desafio. 

Teste de dureza Brinell

O teste de dureza Brinell é como dar um aperto amigável em um material e ver como ele responde. Trata-se de verificar a “dentabilidade” de um material medindo o tamanho do amassado. Você pode usar uma ferramenta especial chamada penetrador esférico para este trabalho. 

O procedimento é simples; comece pressionando uma pequena bola redonda em um pedaço de material. Neste teste, você pode aplicar uma quantidade conhecida de pressão a este penetrador esférico. Após a impressão, dê uma olhada no amassado deixado para trás. É como olhar para o resultado de um polegar pressionando uma massinha. O tamanho desse dente é crucial, e sempre é usada uma fórmula para transformar esse tamanho de dente em um número. 

Este teste é como o super-herói dos testes de dureza para metais. É comumente usado para verificar o quão duros e resistentes os metais são quando são pressionados. Você pode ter certeza de que a liga em sua panela favorita pode suportar as pressões diárias que eles podem enfrentar.

Teste de dureza Vickers

Neste teste, você pode verificar o quão bem um material resiste a uma pequena ponta de diamante. Imagine um pequeno diamante em forma de pirâmide. Agora, imagine pressionar este diamante num material para ver como ele responde.

Imagine um pequeno diamante em forma de pirâmide. Agora, imagine pressionar este diamante num material para ver como ele responde. Em palavras mais simples, trata-se de medir o tamanho do amassado deixado por este pequeno diamante quando ele encontra um material sob carga.

Em primeiro lugar, você tem que aplicar uma carga a este pequeno diamante, como se fosse empurrá-lo suavemente para dentro do material. Pense nisso como o diamante dando um pequeno empurrão no material. Quando terminar, dê uma olhada no dente criado. Agora, aqui está a parte legal: meça as diagonais do amassado, como se fosse para verificar sua largura e comprimento.

Teste de dureza Knoop

Teste de dureza Knoop

Este é um primo próximo do teste Vickers, o teste de dureza Knoop. É como um irmão, mas com uma ferramenta de formato diferente. Imagine um diamante, mas desta vez tem a forma de um pequeno losango, não de uma pirâmide. Esse é o penetrador Knoop. Agora, pressione suavemente este diamante único em um material para ver como ele reage.

O teste Knoop consiste em medir a marca deixada por este diamante romboédrico quando você aplica uma carga. Neste teste, você deve medir as diagonais longa e curta do amassado. Além disso, você pode verificar o amassado de dois ângulos diferentes.

Teste de dureza Shore

Se você está curioso para saber o quão macia ou resistente é a capa de borracha do seu telefone, o Shore Hardness Test é o cara para você. Este teste é como uma cutucada suave para ver quanto um material, especialmente aqueles elastômeros e polímeros moles (pense em borracha e plásticos), pode suportar antes de mostrar sinais de indentação.

É semelhante a verificar o quanto o colchão de espuma viscoelástica comprime quando você o pressiona. Em vez de diamantes ou pirâmides, aqui você deve usar uma ferramenta especial chamada durômetro. É uma sonda amigável que pressiona suavemente o material. 

O durômetro mede o quanto o material recua. Dessa forma, você pode ver a profundidade com que seu dedo pressiona um pedaço de argila. Dependendo do que você está testando, seja borracha macia ou plástico resistente, diferentes réguas ou escalas são usadas. Para materiais mais macios, existe a escala Shore A, e para os mais duros, existe a escala Shore D. 

Teste de microdureza

Imagine esses testes, mas ampliar os mínimos detalhes é o que Teste de microdureza é tudo sobre. Ao contrário de outros testes, você pode ter peças pequenas e refinadas em vez de lidar com pedaços grandes. É idêntico a usar uma lupa para inspecionar o mundo microscópico dos materiais.

Em vez de um penetrador de tamanho normal, use um pequeno para este teste. É simplesmente semelhante a pressionar um minidiamante ou uma ferramenta romboédrica no material. Após a prensagem, é necessário medir o tamanho do recuo, mas em uma escala bem menor. Tudo o que você precisa fazer é observar atentamente as pequenas pegadas deixadas pelo minúsculo penetrador.

Aqui está a parte interessante – use as medidas para calcular o número de dureza Vickers ou Knoop. Dá uma ideia de quão bem o material resiste à pressão quando você lida com seus pequenos recursos.

Teste de dureza a arranhões

Pegue uma chave ou moeda e arranhe-a contra uma superfície. Você encontrará alguns arranhões ou verá que nada acontece na superfície. Eventualmente, este teste visa descobrir quão bem um material pode resistir a arranhões quando entra em contato com algo mais duro. 

É como testar a tela do seu telefone com a chave do carro para ver se ela deixa alguma marca. Por exemplo, compre um material mais resistente, como uma espécie de epítome com um escudo que não pode ser arranhado. Você pode usar esse material mais resistente para riscar a amostra que está testando.

À medida que o arranhão acontece, observe atentamente os objetos. Quaisquer arranhões ou marcas que apareçam na amostra indicarão o quão bem ela resistiu ao desafio.

Qual é a unidade de medição da dureza do material?

É muito fácil confundir as unidades de medida de dureza e pressão. A unidade SI de dureza do material é Megapascais (MPa). Porém, há uma diferença: alguns testes são qualitativos e não possuem unidades SI específicas. Agora, cada tipo de dureza sobre o qual você leu anteriormente tem diferentes escalas de medição. Aqui está um resumo:

Teste de durezaUnidade SI de medição
Escala de dureza de MohsEste teste é qualitativo
Dureza BrinellMegapascais (MPa)
Dureza VickersMegapascais (MPa)
Dureza RockwellNenhum (adimensional)
Teste de microdurezaMegapascais (MPa)
Dureza ShoreNenhum (adimensional)

Palavras de despedida!

O resultado final é que compreender a dureza de um material é importante para você escolher o material certo, design de produto, etc. Dessa forma, você pode ter controle sobre o que está fazendo. Avanços recentes estão melhorando a capacidade de ser mais preciso com esses testes e se você quiser realizar um sob orientação adequada Contate-nos!

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