Dureza Rockwell: Por que Medir a Dureza dos Materiais?

Na linguagem do nosso dia a dia, costumamos usar de modo conveniente o termo "dureza". Apesar do entendimento simples, expressar essa palavra de forma técnica não é nada fácil.

A dureza possui diversos significados e refere-se a uma medida intimamente relacionada a uma ou várias propriedades de um material, o que inclui resistência ao desgaste, resistência a arranhões, módulo de elasticidade, ponto de escoamento, resistência à fratura, viscosidade, fragilidade e ductilidade. 

Assim, a dureza não é uma grandeza física fundamental como o comprimento, tempo, a massa e corrente, mas uma característica particular de um material adotada como grandeza industrial ou um valor de comparação como outras propriedades mecânicas.

O ensaio de dureza tem como finalidade determinar o nível de resistência que um material apresenta quando submetido à deformação permanente por penetração de outro objeto mais duro. Tal fato normalmente é realizado pressionando um objeto dimensionado e carregado especificamente - conhecido como indentador ou penetrador - na superfície de uma amostra, objeto de medição. Logo, a dureza é determinada medindo a profundidade da penetração do indentador ou medindo o tamanho da impressão deixada pelo indentador. Como resultado, ao usar uma força/carga fixa em um determinado indentador, observa-se que quanto menor o recuo, mais duro será o material sob ensaio.

Na indústria e no laboratório de ensaio, a determinação do valor quantitativo da dureza é amplamente utilizada como rotina para definir a qualidade e aceitação de um material conforme tolerâncias especificadas.

Normas Aplicadas no Ensaio Rockwell

Com vista à sua comparação mundial, quase todas as medições da dureza industrial, feitas em laboratórios de ensaios acreditados ou de instalações industriais, seguem os procedimentos do método de ensaio desenvolvido segundo a ISO e ASTM International, como as normas ISO 6508 (Metallic Materials – Rockwell Hardness Test) e ASTM E18 (Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials).

No Brasil, a norma NBR NM ISO 6508 especifica os métodos de ensaios de dureza Rockwell para materiais metálicos e se encontra dividida em:

Parte 1: Método de ensaio;
Parte 2: Verificação e calibração de máquinas de ensaio e penetradores;
Parte 3: Calibração de blocos de referência.

Ensaio de Dureza Rockwell 

Existem diferentes padrões de referência para realização e aplicação de ensaios de dureza em detalhes. Atualmente, o ensaio de dureza Rockwell é um dos procedimentos mais comuns e de baixo custo para medição da profundidade da penetração de um indentador.
O Rockwell é um método de verificação da dureza desenvolvido para controle de produção, com leitura mais simples, rápida e direta, usado principalmente para ensaios em materiais metálicos, assim como em polímeros.

De modo particular, o ensaio de dureza Rockwell está relacionado à medição da profundidade produzida por um indentador de geometria esférica (metal duro como carboneto de tungstêncio ou esfera de aço temperado) ou cônica (cone de diamante), em dois momentos específicos (cada um com nível de força/carga diferente) e com tempos de permanências especificados. 

Primeiro, uma força de ensaio preliminar (geralmente chamada de pré-carga ou carga menor) é aplicada a uma amostra usando um indentador. Essa carga representa a posição zero ou de referência que rompe a superfície para reduzir os efeitos do acabamento da superfície.
Em seguida, uma carga adicional ou maior, chamada carga principal, é aplicada para atingir a carga de ensaio total necessária, aumentando a penetração. Essa força é mantida por um período predeterminado de tempo (tempo de espera) para permitir a recuperação elástica. Nesse instante, a carga principal é então removida e a posição final é medida em relação à posição derivada da pré-carga/carga menor, ou seja, a variação da profundidade de indentação entre o valor da pré-carga e o valor da carga principal. Essa distância é usada para calcular um número, e quanto maior esse número mais duro é o material.

O valor a ser obtido do ensaio de dureza é calculado usando uma fórmula que foi derivada para produzir um número dentro de um intervalo de números definidos arbitrariamente. Por definição, a dureza Rockwell é expressa como um número seguido de um símbolo HR, mais um sufixo que indica a escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material.

Como exemplo, para um determinado material de aço temperado, a representação da dureza Rockwell - 64HRC - possui os seguintes segnificados:
64: valor da dureza Rockwell obtido no ensaio;
HR: símbolo adotado para a dureza Rockwell;
C: símbolo da escala Rockwell empregada (tabelado).
Fontes: Nist, Mitutoyo, Hardnesstesters, 

Medição da dureza Rockwell com emprego de um cone de diamante

Na ilustração acima, é possível observar o aumento permanente de profundidade de penetração, resultante da aplicação e remoção da carga principal adicional. A diferença de profundidade (D) entre a primeira e segunda penetração é usada para calcular o número de dureza Rockwell.