Rockwell x Brinell x Vickers: Qual teste de dureza é o melhor?

A física por trás de cada leitura de recuo

Cada número de dureza em um certificado de material remonta a um único evento mecânico: um penetrador rígido é pressionado em uma superfície sob uma carga controlada e a resistência do material à deformação permanente é convertida em um valor. Esse valor só significa alguma coisa se a carga, a geometria do penetrador, o tempo de permanência e a técnica de medição forem mantidos em um padrão conhecido. Esta é a disciplina central por trás testes de dureza metalográfica , onde o objetivo não é apenas produzir um número, mas produzir um número que outro laboratório, outro turno ou outro país possa reproduzir dentro de uma estreita faixa de tolerância.

Não nível microestrutural, a dureza é um substituto para várias propriedades mecânicas subjacentes: resistência ao escoamento, comportamento de endurecimento e, em alguns casos, resistência ao desgaste. Um aço martensítico e uma liga de alumínio recozido respondem ao mesmo penetrador de maneiras completamente diferentes, e é por isso que nenhum método de teste cobre todos os materiais, espessuras e condições de superfície igualmente bem. Selecionar o método certo e executá-lo corretamente é o que separa um registro de qualidade defensável de um número que parece preciso, mas não possui rastreabilidade real.

3 Métodos de indentação primários em uso industrial comum

0,1-3000 Extensão de carga aplicada típica em kgf em todas as escalas

2 Estágios de carga usados na maioria dos testadores modernos: pré-carga e carga principal

Por que carregar o sequenciamento de aplicativos altera o resultado

O aplicativo de carregamento não é um único empurrão. Na maioria dos testadores modernos, o penetrador é primeiro colocado em contato com a superfície sob uma pequena carga preliminar, que assenta o penetrador e remove irregularidades da superfície da medição. A carga principal é então aplicada a uma taxa controlada, mantida por um período de permanência especificado e liberada em uma sequência definida. Apressar essa sequência ou deixar a vibração perturbar o quadro durante a pausa é uma das fontes mais comuns de dispersão em um laboratório de dureza, geralmente maior do que qualquer erro introduzido pelo próprio penetrador.

O tempo de permanência é importante porque os materiais se arrastam ligeiramente sob carga sustentada. Um teste realizado por um período muito curto pode apresentar uma leitura artificialmente alta, enquanto uma permanência excessiva em materiais macios ou revestidos pode produzir uma leitura que não representa mais a propriedade global que está sendo investigada. Controlar a taxa de carga, o tempo de permanência e a taxa de descarga com uma tolerância documentada é o que permite que os resultados de diferentes testadores sejam comparados com confiança.

Faixas de carga representativas em escalas comuns

Testadores de dureza Rockwell: velocidade através da medição direta de profundidade

O método Rockwell ignora totalmente a medição óptica. Em vez de medir o tamanho de um recuo, testadores de dureza rockwell aplique uma pequena carga preliminar, zere a leitura de profundidade, aplique a carga principal e, em seguida, libere de volta para a carga preliminar e leia a diferença na profundidade de indentação. Esse diferencial de profundidade é convertido diretamente em um número de dureza no display da máquina, e é por isso que os testes da Rockwell costumam ser o mais rápido dos três métodos em um ambiente de produção.

A seleção da escala depende do tipo de penetrador e da combinação de carga. Um penetrador cônico de diamante sob uma carga principal de 150 kgf é típico para aços endurecidos, enquanto um penetrador esférico de aço endurecido sob uma carga de 100 kgf é adequado para metais mais macios, como aço recozido, latão ou ligas de alumínio. Como o resultado é lido imediatamente sem que um operador interprete uma imagem óptica, os testes Rockwell são adequados para inspeção de materiais recebidos, verificação de tratamento térmico e verificações de produção de alto volume, onde a consistência entre os operadores é tão importante quanto a precisão bruta.

A desvantagem é a sensibilidade às condições da superfície. Como o método depende da profundidade e não da área, superfícies ásperas, seções finas ou partes curvas podem distorcer a leitura, a menos que fatores de correção adequados e diretrizes de espessura mínima sejam seguidos.

rockwell hardness testers with digital depth readout

Testadores de dureza Brinell: média de dureza em microestruturas grosseiras

brinell hardness testers for large indentation testing

Onde Rockwell lê profundidade, testadores de dureza brinell pressione uma esfera de aço endurecido ou carboneto de tungstênio na superfície sob uma carga pesada, sustentada por um período de permanência definido, e depois meça o diâmetro do recuo resultante sob ampliação. Como a indentação é grande em relação ao tamanho do grão, o teste Brinell calcula efetivamente a média de microestruturas grosseiras ou não uniformes, o que o torna o método preferido para peças fundidas, forjadas e materiais onde limites de grãos localizados ou inclusões podem distorcer uma indentação menor.

As cargas nos testes Brinell geralmente variam de algumas centenas a três mil kgf, aplicadas através de uma esfera que pode ter vários milímetros de diâmetro. Isso produz um recorte grande o suficiente para ser visto a olho nu em muitos casos, embora a medição precisa do diâmetro ainda exija um microscópio calibrado ou um sistema de medição digital. A escala é adequada para seções espessas, matérias-primas e componentes tratados termicamente, onde um valor de dureza a granel é mais significativo do que uma leitura altamente localizada.

Como o recuo é grande, o teste Brinell geralmente é inadequado para peças finas, superfícies revestidas ou componentes acabados onde uma marca visível não é aceitável, que é onde os outros dois métodos assumem o controle.

Testadores de Dureza Vickers e Micro-Vickers: Precisão em Escala Microestrutural

Testadores de dureza Vickers e micro-Vickers use um penetrador de diamante piramidal que produz um pequeno recuo quadrado, independentemente da carga, que é medido opticamente por ambas as diagonais sob ampliação. Como a mesma geometria do penetrador é usada em toda a faixa de carga, desde cargas macro Vickers até microcargas bem abaixo de um kgf, o método escala perfeitamente desde testes de materiais a granel até grãos individuais, zonas afetadas pelo calor de solda e seções transversais de revestimento com apenas uma fração de milímetro de espessura.

O teste Micro-Vickers, em particular, é o método preferido para camadas endurecidas, superfícies nitretadas, revestimentos banhados e mapeamento de gradiente de dureza em uma seção transversal polida. Como o tamanho da indentação pode ser mantido extremamente pequeno, uma única amostra pode realizar dezenas de leituras individuais sem que as indentações se sobreponham ou interfiram umas com as outras, permitindo que um perfil de dureza completo seja construído da superfície ao núcleo.

A precisão tem um custo de velocidade e preparação de amostras. A medição diagonal precisa requer uma superfície plana e bem polida e um operador treinado ou um sistema de análise de imagem calibrado, uma vez que mesmo pequenos erros de foco ou iluminação podem deslocar a diagonal medida o suficiente para alterar a dureza relatada.

vickers and micro-vickers hardness testers with optical measurement

Comparando os três métodos lado a lado

Nenhuma escala é universalmente correta. A tabela abaixo resume as diferenças práticas que normalmente decidem qual método é usado em uma determinada peça ou material.

Atributo	Rockwell	Brinell	Vickers / Micro-Vickers
Tipo de penetrador	Cone de diamante ou esfera de aço	Esfera de aço ou carboneto	Pirâmide de diamante
Base de medição	Diferencial de profundidade	Diâmetro de recuo	Recuo diagonal
Faixa de carga típica	60-150kgf	500-3000kgf	0,1-50kgf
Mais adequado para	Verificações da linha de produção	Fundições e grãos grossos	Revestimentos e seções finas
Dependência do operador	Baixo	Moderado	Superior

Comparação de métodos entre cinco fatores operacionais

Rockwell Brinell Vickers

Padrões de calibração e testes de materiais que mantêm os resultados confiáveis

Um testador de dureza é tão confiável quanto sua última verificação. Blocos de referência certificados com um valor de dureza conhecido e rastreável são usados para verificar a precisão de um testador em intervalos regulares, e o desvio entre a leitura do testador e o valor certificado do bloco é registrado ao longo do tempo. Os padrões de teste de materiais reconhecidos internacionalmente definem as faixas de tolerância para esse desvio, a frequência da verificação e a documentação necessária para manter um testador em serviço para trabalhos regulamentados ou auditados.

A deriva raramente é repentina. Ele tende a se infiltrar gradualmente à medida que um penetrador se desgasta, uma célula de carga envelhece ou um sistema de medição óptico fica ligeiramente fora de calibração. Rastrear desvios em ciclos de verificação sucessivos, em vez de depender de um único resultado de aprovação ou reprovação, fornece um aviso muito mais precoce de que a manutenção é necessária.

A disciplina de calibração consistente é o que permite que um valor de dureza medido em uma máquina seja confiável em outra, em outro prédio, com meses de intervalo.

Desvio do bloco de referência entre ciclos de verificação

Escolhendo o método de teste de dureza correto para sua aplicação

A seleção do método geralmente se resume a três questões: quão grosseira ou uniforme é a microestrutura, quão fina ou revestida é a seção em teste e quantas peças precisam ser verificadas por turno. Um caminho de decisão simples abrange a maioria dos casos do mundo real.

Fluxo de seleção de métodos

A produtividade costuma ser o fator decisivo quando os requisitos de precisão são atendidos. Os testes Rockwell normalmente processam o maior número de peças por hora porque a leitura de profundidade é automática, Vickers e micro-Vickers ficam no meio dependendo de quantas indentações são necessárias por amostra, e Brinell é geralmente o mais lento devido à medição do diâmetro óptico e indentação maior.

Taxa de transferência relativa típica por método

Perguntas frequentes

Q1: A mesma peça pode ser testada com mais de um método de dureza?

Sim, desde que a área da superfície permita zonas de indentação separadas. Muitos laboratórios usam Rockwell para uma rápida verificação de produção e acompanhamento com Vickers em uma seção transversal quando um gradiente de dureza detalhado é necessário perto de uma superfície tratada termicamente ou revestida.

Q2: Por que os valores de dureza de escalas diferentes não são convertidos diretamente entre si?

Cada método mede uma resposta física diferente, profundidade, diâmetro ou comprimento diagonal, sob uma carga e geometria de penetrador diferentes. Existem tabelas de conversão para algumas famílias de materiais, mas são aproximações e não equivalentes exatos, e os resultados relatados na escala original são sempre mais confiáveis.

Q3: Com que frequência um testador de dureza deve ser verificado em relação a um bloco de referência?

A frequência de verificação depende do volume de uso, da criticidade das peças que estão sendo testadas e dos requisitos do padrão de teste de material relevante sob o qual o laboratório opera. Testadores de produção de alto volume normalmente são verificados com mais frequência do que testadores usados para trabalhos de laboratório ocasionais.

P4: Os testes micro-Vickers são adequados para componentes acabados e em serviço?

A indentação deixada pelos testes micro-Vickers é extremamente pequena, o que a torna uma escolha comum para verificações de qualidade em peças acabadas onde a marcação superficial deve ser minimizada, embora os critérios de aceitação ainda devam confirmar que a indentação não afeta a função da peça.

Q5: O que causa a maior dispersão de medição nos testes de dureza diários?

A preparação inconsistente da superfície e a variação do operador na medição óptica são as duas fontes mais comuns de dispersão, seguidas por tempo de aplicação de carga inadequado e desgaste do penetrador que não foi detectado pelas verificações de calibração de rotina.