Descreva o ensaio Brinell. Qual norma internacional é utilizada para este ensaio?

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  • Descrever o ensaio Brinell (ou seja, explicar o que é, como é feito passo a passo, quais equipamentos e medidas são tomadas e como se calcula o resultado).
  • Indicar qual norma internacional é utilizada para esse ensaio.
Informações implícitas que vou usar (nenhuma informação adicional foi pedida ao usuário):
  • Vou explicar procedimento típico com valores usuais de esfera e carga (esses valores são os comumente encontrados nas normas).
  • Vou mostrar a fórmula para calcular o número de dureza Brinell e um exemplo numérico simples para aprender a aplicar a fórmula.

Passo 2

O que é e equipamentos básicos do ensaio Brinell
  • O ensaio de dureza Brinell é um método de medir a dureza de materiais metálicos pela impressão de uma esfera rígida na superfície sob uma carga conhecida e pela medição do diâmetro da impressão.
  • Equipamento básico:
    • uma esfera de indenter, geralmente de aço temperado ou de carboneto de tungstênio (tungstênio-carbeto);
    • uma célula de aplicação de carga que aplica uma força vertical controlada P;
    • um aparelho óptico para medir o diâmetro da impressão d (geralmente um microscópio com retículo ou um projetor de perfil);
    • suporte rígido para a amostra e, se necessário, dispositivos para manter amostras finas ou irregulares.
  • Valores comumente usados (exemplos que aparecem nas normas):
    • diâmetros de esfera D típicos: \,2{,}5\\ \text{mm}, \,5\\ \text{mm}, \,10\\ \text{mm}.
    • cargas P típicas: \,187{,}5\\ \text{kgf}, \,612{,}5\\ \text{kgf}, \,3000\\ \text{kgf} (as normas trazem pares recomendados de P e D).
      Observação de linguagem: algumas normas usam newton ( \text{N}) para força; historicamente o Brinell é expresso em \text{kgf} e o resultado em \text{kgf}/\text{mm}^2 (a notação prática usa apenas o número da dureza).

Passo 3

Passo a passo prático do ensaio (como fazer na prova e na prática)
  1. Preparação da superfície:
    • A superfície deve estar plana e limpa; em geral lixar/polir para remover sujeira ou camadas soltas é necessário. Isso evita erros na medida do diâmetro da impressão.
  2. Escolher a combinação de esfera e carga:
    • Escolher D (diâmetro da esfera) e P (carga) adequados ao material e conforme a norma. Ex.: para materiais macios usa-se D=10\\ \text{mm} com P=3000\\ \text{kgf}; para materiais finos ou delicados usamos esferas menores e cargas menores.
  3. Posicionar a amostra:
    • Apoiar bem a amostra sobre a base da máquina. Evitar que a peça esteja apoiada apenas por uma borda ou que vibre.
  4. Aplicar a carga:
    • Aplicar a carga P de forma gradual (algumas máquinas fazem pré-carga leve) e manter por um tempo de permanência (dwell time) especificado — normalmente da ordem de 10 a 30\\ \text{s} (a norma indica o tempo exato dependendo da carga).
  5. Remover a carga e medir:
    • Após o tempo, remover a carga e medir o diâmetro da impressão. Medem-se duas medidas perpendiculares d_1 e d_2 e toma-se a média d = \dfrac{d_1 + d_2}{2}.
  6. Cálculo da dureza (próximo passo explicará a fórmula).

Passo 4

Fórmula do número de dureza Brinell e explicação das variáveis
  • A dureza Brinell (HB) é definida pela razão entre a carga aplicada e a área superficial esférica da impressão. A fórmula usada é:
\text{HB} = \frac{2P}{\pi D\left(D - \sqrt{D^2 - d^2}\right)}
onde:
  • P é a força aplicada (tipicamente expressa em \text{kgf} na prática do Brinell);
  • D é o diâmetro da esfera indenter (em \text{mm});
  • d é o diâmetro médio da impressão (em \text{mm});
  • \text{HB} resulta em unidades de \text{kgf}/\text{mm}^2 (freqüentemente abreviado apenas como o número de dureza).
    Explicação do que essa fórmula faz:
  • O denominador calcula a área de superfície esférica correspondente à impressão (não é a área do círculo plano, mas a área da calota esférica que a esfera deformou). O numerador é duas vezes a força porque a derivação geométrica resulta nessa forma prática.

Passo 5

Exemplo numérico didático (para treinar sem calculadora com números simples)
  • Considere a combinação muito usada: D=10\\ \text{mm} e P=3000\\ \text{kgf}.
  • Suponha que a média de diâmetros medida foi d=6{,}0\\ \text{mm}.
  • Calculando \sqrt{D^2 - d^2}: \sqrt{D^2 - d^2} = \sqrt{10^2 - 6^2} = \sqrt{100 - 36} = \sqrt{64} = 8.
  • Substituindo na fórmula: \text{HB} = \frac{2\cdot 3000}{\pi \cdot 10 \cdot (10 - 8)} = \frac{6000}{\pi \cdot 10 \cdot 2} = \frac{6000}{20\pi} = \frac{300}{\pi}.
  • Aproximando \pi \approx 3{,}1416: \text{HB} \approx \frac{300}{3{,}1416} \approx 95{,}5.
  • Interpretação prática: o valor \text{HB}\approx 95{,}5 é o número de dureza Brinell para esse exemplo. Esse exemplo foi escolhido para que a raiz fosse exata ( \sqrt{64}), facilitando a conta na prova sem calculadora.

Passo 6

Notação prática, variações e cuidados
  • Notação do ensaio: costuma-se indicar o tipo de indenter e parâmetros. Exemplos:
    • \text{HBW }3000/10 significa "Brinell, esfera de carboneto de tungstênio (W), carga 3000\\ \text{kgf}, diâmetro da esfera 10\\ \text{mm}".
    • Se a esfera for de aço temperado usa-se \text{HBS}.
  • Medidas: medir duas direções e usar média para reduzir erro de alinhamento.
  • Espaçamento e posição: evitar marcações muito próximas; as normas definem mínimos para distância entre centros de impressões e distância das bordas para evitar influência. Em termos práticos: manter espaçamento suficiente para que a zona plástica de uma impressão não interfira na outra.
  • Precisão e limitações:
    • Bom para materiais com estrutura heterogênea e para médias locais, por ter uma área de contato grande.
    • Não recomendado para amostras muito finas (a impressão tem profundidade) ou para materiais muito duros onde a esfera se desgastaria; para durezas muito altas usa-se indentadores de diamante (Vickers/Knoop).
    • Exige superfície razoavelmente plana e preparação adequada.
  • Verificação e calibração: usar blocos de referência e checar periodicidade da máquina; normas indicam procedimentos de verificação.

Passo 7

Qual norma internacional é utilizada para este ensaio?
  • Norma internacional principal: a série ISO \,6506 — em particular \text{ISO }6506\text{-1} trata do método de ensaio Brinell para materiais metálicos. Em muitos documentos aparece também a versão harmonizada europeia \text{EN ISO }6506.
  • Norma alternativa/ complementar muito usada (principalmente nos EUA): \text{ASTM E10} (Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials).
  • Observação prática: ao responder em prova ou consultar procedimentos de laboratório, citar \text{ISO }6506 (ou \text{EN ISO }6506) como a norma internacional de referência e mencionar \text{ASTM E10} como equivalente norte-americano geralmente é suficiente.

Resposta

Ensaio Brinell: é um ensaio de dureza que consiste em prensar uma esfera rígida de diâmetro D contra a superfície do material com uma força P, medir o diâmetro médio da impressão d e calcular a dureza pela fórmula \displaystyle \text{HB}=\frac{2P}{\pi D\left(D-\sqrt{D^{2}-d^{2}}\right)}. O procedimento inclui preparação da superfície, escolha de D e P, aplicação da carga pelo tempo especificado, medição de d (média de duas medidas perpendiculares) e cálculo do número HB; a notação prática é, por exemplo, \text{HBW }3000/10.
Norma internacional: a referência principal é a série \text{ISO }6506 (em particular \text{ISO }6506\text{-1} para o método de ensaio); como padrão equivalente costuma-se citar também \text{ASTM E10}.

Exercícios relacionados