Ensaio de Dureza – Dureza Vickers

O ensaio Rockwell também mostra limitações. Por exemplo, suas escalas não têm continuidade. Por isso, materiais que apresentam dureza no limite de uma escala e no início de outra não podem ser comparados entre si quanto à dureza.

Outra limitação importante é que o resultado de dureza no ensaio Rockwell

não tem relação com o valor de resistência à tração, como acontece no ensaio Brinell.

Vários pesquisadores tentaram encontrar uma solução para superar essas dificuldades.

Coube a Smith e Sandland, em 1925, o mérito de desenvolver um método de ensaio que ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers. Este método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera do penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza, incluindo desde os materiais mais duros até os mais moles.

Isso não quer dizer que o ensaio Vickers resolva todos os problemas de avaliação de dureza dos materiais. Mas, somado aos outros dois métodos já estudados, é um bom caminho para atender às necessidades de processos industriais cada vez mais exigentes e sofisticados.

O ensaio desenvolvido por Smith e Sandland ficou conhecido como ensaio de dureza Vickers porque a empresa que fabricava as máquinas mais difundidas para operar com este método chamava-se Vickers-Armstrong. A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga. O valor de dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada (F) pela área de impressão (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relação, expressa em linguagem matemática é a seguinte:

A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por meio de um microscópio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da base da pirâmide. Conhecendo as medidas das diagonais, é possível calcular a área da pirâmide de base quadrada (A), utilizando a fórmula:

Na fórmula anterior, a força deve ser expressa em quilograma-força (kgf) e o “d.” corresponde à diagonal média, ou seja: d1+d2/2 e deve ser expresso em milímetro (mm). Se a máquina der o resultado em mícron (m), esse valor deve ser convertido em milímetro.

Por exemplo, para encontrar o valor de dureza Vickers de um material que apresentou 0,24 mm e 0,26 mm de medida de diagonal da impressão, após aplicação de uma força de 10 kgf, basta utilizar as fórmulas apresentadas. Primeiro, é preciso calcular o valor da diagonal média, que corresponde a:

Assim, ficamos sabendo que o valor de dureza Vickers (HV) para o material ensaiado é 296,7. Outra forma de obter os valores de dureza Vickers é consultar tabelas

montadas para determinadas cargas, em função da diagonal média.

Cargas usadas no ensaio Vickers

Neste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas podem ser de qualquer valor, pois as impressões são sempre proporcionais à carga, para um mesmo material. Deste modo, o valor de dureza será o mesmo, independentemente da carga utilizada. Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas são: 1, 2, 3, 4, 5,

10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf.

Para cargas muito altas (acima de 120 kgf), em vez do penetrador de pirâmide de diamante pode-se também usar esferas de aço temperado de 1 ou 2 mm de diâmetro na mesma máquina. Neste caso, o ensaio feito na máquina Vickers é o ensaio de dureza Brinell.

Para aplicações específicas, voltadas principalmente para superfícies tratadas (carbonetação, têmpera) ou para a determinação de dureza de microconstituintes individuais de uma microestrutura, utiliza-se o ensaio de microdureza Vickers.

A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prático que o ensaio Vickers, só que utiliza cargas menores que 1 kgf. A carga pode ter valores tão pequenos como 10 gf. Na microdureza, como a carga aplicada é pequena, a impressão produzida é microscópica, como mostra a figura ampliada, ao lado.

Vantagens e limitações do ensaio Vickers

O ensaio Vickers fornece uma escala contínua de dureza, medindo todas as gamas de valores de dureza numa única escala. As impressões são extremamente pequenas e, na maioria dos casos, não inutilizam as peças, mesmo as acabadas.

O penetrador, por ser de diamante, é praticamente indeformável.

Este ensaio aplica-se a materiais de qualquer espessura, e pode também ser usado para medir durezas superficiais.

Por outro lado, devem-se tomar cuidados especiais para evitar erros de medida ou de aplicação de carga, que alteram muito os valores reais de dureza. A preparação do corpo de prova para microdureza deve ser feita, obrigatoriamente, por metalografia, utilizando-se, de preferência, o polimento eletrolítico, para evitar o encruamento superficial. Quando se usam cargas menores do que 300 gf, pode haver recuperação elástica, dificultando a medida das diagonais. A máquina de dureza Vickers requer aferição constante, pois qualquer erro na velocidade de aplicação da carga traz grandes diferenças nos valores de dureza.

Ensaio de Dureza – Microdureza Knoop

No problema da determinação das profundidades de superfície carbonetada, de têmpera, além da determinação de dureza de constituintes individuais de uma microestrutura de materiais frágeis, de peças pequenas ou extremamente finas, é geralmente solucionado pelo uso da microdureza.

Trata-se de uma impressão microscopia no material, empregando uma carga menor que 1kgf, com penetrador de diamante. A carga pode chegar a até 10gf somente e a superfície do corpo de prova deve ser plana.

Quanto ao penetrador utilizado existem dois tipos: Vickers e Knoop. A microdureza Knoop utiliza um penetrador em forma de pirâmide alongada, tendo uma relação comprimento-largura-profundidade de aproximadamente 30:4:1. A relação entre a diagonal maior e a diagonal menor da impressão é de 7:1. A expressão para calcular a microdureza Knoop (HK), é obtida usando-se a área projetada da impressão e é a seguinte:

A dureza Knoop é sempre expressa em kgf/mm². Verifica-se que a impressão Knoop é mais estreita que a Vickers, sendo possível então ser usada na determinação de por exemplo, finas regiões de camadas eletrodepositadas ou endurecidas.

A profundidade da dureza Knoop é menor que a metade da profundidade causada pela impressão Vickers com a mesma carga, sendo possível na dureza Knoop medir a dureza de materiais extremamente frágeis como vidro ou certas tintas. A área de uma impressão Knoop é cerca de apenas 15% da área de uma impressão Vickers com a mesma carga.

A dureza Knoop é ainda muito sensível à orientação da superfície da amostra (anisotropia) principalmente quando se mede a microdureza de um grão ciristalino, por ocorrer à diagonal maior mais alongada que a Vickers.

A profundidade da dureza Knoop é menor que a metade da profundidade causada pela impressão Vickers com a mesma carga, sendo possível na dureza Knoop medir a dureza de materiais

A preparação do corpo de prova deve ser feita metalograficamente, em vista da pequena carga a ser aplicada. Polimento eletrolitíco deve ser usado preferencialmente para evitar encruamento do metal na superfície, que afetaria o resultado. O polimento eletrolítico também torna mais nítida a impressão para as medidas das diagonais. Um método bem empregado para corpos de prova muito pequenos é o de embuti-lo em baquelite, para fixá-lo firmemente e de tornar a sua superfície perpendicular ao penetrador.