Ensaio de dureza Brinell: fórmula HBW, esfera, carga e norma ISO 6506-1 e ASTM E10

O ensaio de dureza Brinell pressiona uma esfera de metal duro, de 1 a 10 mm de diâmetro, contra a superfície do metal com uma força fixa, mede o diâmetro da impressão deixada e calcula a dureza HBW como a força dividida pela área da calota impressa. A fórmula é HBW = 0,102 × 2F / [πD(D − √(D² − d²))], com F em newtons e D e d em milímetros, e o resultado se escreve com a escala completa, como 229 HBW 10/3000: dureza 229, esfera de 10 mm e força de 3.000 kgf (29,42 kN). O método é definido pela ISO 6506-1:2014, adotada no Brasil como ABNT NBR ISO 6506-1:2019, e pela ASTM E10-23. Em inglês, o número de dureza Brinell também aparece como BHN (Brinell hardness number), e o aparelho que faz o ensaio é o durômetro Brinell.

Este artigo aprofunda o método: de onde vem a fórmula, como escolher a esfera e a força, a faixa válida do diâmetro, a espessura mínima pela ISO e pela ASTM, a medição, o relatório e três exemplos resolvidos. A comparação entre todos os métodos de dureza, com o passo a passo resumido de cada um, está no artigo ensaio de dureza; o conceito e a tabela de conversão HRC, HV e HB, em dureza dos materiais.

Um ponto atravessa o texto e ganha uma seção própria no fim: o Brinell mede uma única variável, a resistência da superfície à penetração localizada. Escoamento, alongamento, estricção, módulo de elasticidade e tenacidade não saem do número HBW; saem dos ensaios feitos na máquina universal de ensaios e do ensaio de impacto.

Como funciona o ensaio Brinell

Dureza Brinell é a resistência de um metal à deformação permanente sob uma esfera, expressa como a força de ensaio dividida pela área da calota que a esfera deixa. No ensaio, a esfera, de diâmetro D, é pressionada contra a peça com a força F, sem choque e perpendicular à superfície. A força é mantida por alguns segundos e retirada. Fica na peça uma impressão em forma de calota esférica, cujo diâmetro d se mede ao microscópio, em duas direções perpendiculares. Material macio deixa impressão larga; material duro, impressão estreita. A dureza é a razão entre a força e a área curva dessa calota, que a norma considera ter a forma da esfera descarregada.

O esquema abaixo mostra, fora de escala, as quatro grandezas do ensaio: a esfera de diâmetro D, a força F, a calota de profundidade h e o diâmetro d, que na vista de cima é a média dos dois diâmetros medidos, d₁ e d₂.

O penetrador hoje é sempre uma esfera de metal duro, isto é, carboneto (ou carbeto) de tungstênio sinterizado. O W do símbolo HBW vem de Wolfram, o nome alemão do tungstênio. As edições antigas da ISO 6506 admitiam esfera de aço temperado, e a dureza era escrita HB ou HBS; a esfera de aço se deformava ao ensaiar material duro e falseava a medida. A ISO 6506-1:2014 só admite metal duro, e todas as escalas da ASTM E10-23 são HBW. Quem ainda descreve o ensaio com "esfera de aço temperado" está citando uma norma que não vale mais.

O método foi apresentado pelo engenheiro sueco Johan August Brinell na Exposição de Paris de 1900, e o relatório completo saiu em 1901 no Journal of the Iron and Steel Institute. Foi o primeiro ensaio de dureza por penetração padronizado e continua sendo o de maior impressão entre os de bancada, o que define tanto as suas vantagens quanto as suas limitações.

A fórmula da dureza Brinell: dedução e variáveis

A fórmula da dureza Brinell divide a força de ensaio pela área curva da calota esférica impressa, calculada a partir do diâmetro da esfera D e do diâmetro da impressão d. Ela sai da geometria da calota em quatro passos, e conhecê-los evita os erros mais comuns de cálculo.

1. Área da calota. Uma calota de altura h, cortada de uma esfera de diâmetro D, tem área lateral A = π·D·h.
2. Profundidade em função de d. Pelo triângulo formado pelo raio da esfera, pelo raio da impressão e pela distância do centro à superfície, h = [D − √(D² − d²)] / 2.
3. Área em função de d. Substituindo, A = (π·D/2)·[D − √(D² − d²)]. Mede-se d, que é fácil de ler, em vez de h, que não se lê com precisão.
4. Dureza. Na definição original, com F em quilograma-força, HB = F/A = 2F / {π·D·[D − √(D² − d²)]}. No Sistema Internacional, com F em newtons, multiplica-se por 0,102, que é 1/9,80665, o fator de conversão de newton para quilograma-força.

Fica, então, HBW = 0,102 × 2F / {π·D·[D − √(D² − d²)]}. O fator 0,102 existe só para preservar os números históricos: um aço que dava 229 kgf/mm² em 1920 continua dando 229 HBW hoje. Por isso o resultado é escrito sem unidade, apenas com o símbolo e a escala. A tabela resume as variáveis:

Símbolo	Significado	Unidade	Valores e regra
D	Diâmetro da esfera	mm	10; 5; 2,5 ou 1
F	Força de ensaio	N	de 9,807 N a 29,42 kN
d1, d2	Diâmetros medidos a cerca de 90°	mm	d é a média dos dois
d	Diâmetro médio da impressão	mm	de 0,24D a 0,6D
h	Profundidade da impressão	mm	[D − √(D² − d²)] / 2
0,102·F/D²	Índice de carga	adimensional na prática	1; 2,5; 5; 10; 15 ou 30

Uma consequência da dedução é útil antes do ensaio. Como A = π·D·h e HBW = 0,102·F/A, a profundidade esperada vale h = 0,102·F / (π·D·HBW), ou h = F/(π·D·HBW) com F em kgf. Com a dureza aproximada do material, dá para prever a profundidade e conferir a espessura mínima da peça sem fazer uma impressão sequer, como no exemplo 2 mais abaixo.

O cálculo pode ser feito pela fórmula ou pela tabela da ISO 6506-4, que dá HBW em função de d para cada combinação de esfera e força. O resultado se arredonda a três algarismos significativos: 217, não 217,3.

Esfera, força e índice de carga

O índice de carga 0,102·F/D² é a razão entre a força, em kgf, e o quadrado do diâmetro da esfera, e é ele que define a escala do ensaio Brinell; a escolha da escala é a decisão principal do ensaio. O motivo é a semelhança geométrica. Para uma mesma dureza, a área da calota é proporcional a F; se F cresce com D², a área cresce com D², e a impressão de uma esfera de 5 mm é uma cópia reduzida da impressão de uma esfera de 10 mm, com a mesma razão d/D. Ensaios com o mesmo índice dão, portanto, valores comparáveis, mesmo com esferas diferentes. Ensaios com índices diferentes não são comparáveis.

O índice depende do material e da dureza esperada. A ISO 6506-1 recomenda 30 para aço e ligas de níquel e de titânio; 10 ou 30 para ferro fundido, conforme fique abaixo ou acima de 140 HBW; 5, 10 ou 30 para cobre e suas ligas; de 2,5 a 15 para metais leves; e 1 para chumbo e estanho. A tabela completa por material e faixa de dureza está no artigo ensaio de dureza. Dentro do índice escolhido, a norma pede a maior esfera que a peça admitir, porque ela ensaia a maior área e dá o resultado mais representativo.

Cada índice corresponde a um conjunto de escalas. A tabela mostra as mais usadas, com a força em newtons e a faixa de dureza que cada uma cobre com d entre 0,24D e 0,6D (valores da ISO 6506-1 e da ASTM E10-23, resumidos):

Escala	Força (N)	Índice 0,102·F/D²	Faixa de HBW
HBW 10/3000	29.420	30	95,5 a 650
HBW 10/1500	14.710	15	47,7 a 327
HBW 10/1000	9.807	10	31,8 a 218
HBW 10/500	4.903	5	15,9 a 109
HBW 10/250	2.452	2,5	7,96 a 54,5
HBW 10/100	980,7	1	3,18 a 21,8
HBW 5/750	7.355	30	95,5 a 650
HBW 2,5/187,5	1.839	30	95,5 a 650
HBW 1/30	294,2	30	95,5 a 650

As quatro últimas linhas mostram a semelhança geométrica na prática: com índice 30, as esferas de 10, 5, 2,5 e 1 mm cobrem a mesma faixa de dureza. A ASTM E10-23 acrescenta ainda o índice 1,25 (por exemplo, HBW 10/125, com 1.226 N). O teto de cerca de 650 HBW é o limite do método: acima disso a própria esfera de metal duro começa a se deformar, e o caminho é o Vickers ou o Rockwell.

A faixa válida do diâmetro: de 0,24D a 0,6D

A norma pede que o diâmetro médio fique entre 0,24D e 0,6D, ou seja, entre 2,4 e 6,0 mm na esfera de 10 mm. Os dois limites têm razões físicas diferentes. Na ponta de baixo, a impressão é pequena e rasa: um mesmo erro absoluto de leitura pesa mais no resultado, e a borda da calota é mais afetada pelo acabamento da superfície. Na ponta de cima, a esfera afunda demais, a deformação ao redor se espalha, a borda da impressão perde nitidez e o resultado passa a depender da força escolhida, quebrando a semelhança geométrica.

O gráfico abaixo mostra as duas coisas para a escala HBW 10/3000. À esquerda, a dureza em função de d: a curva é íngreme nas impressões pequenas e achatada nas grandes, e o ponto do exemplo 1 (d = 4,10 mm, 217 HBW) fica no meio da faixa. À direita, o erro relativo em HBW provocado por um erro de 0,01 mm na leitura de d: 0,85 % no limite inferior, 0,51 % em 4,10 mm e 0,38 % no limite superior, crescendo rápido abaixo de 2,4 mm.

Os limites da faixa conferem com a tabela de escalas. Com d = 6,0 mm, √(100 − 36) = 8,0, a área é π × 10 × 2,0 / 2 = 31,42 mm² e a dureza é 3.000 / 31,42 = 95,5 HBW. Com d = 2,4 mm, sai 653 HBW, que a ASTM arredonda para 650. Um d fora da faixa não anula o ensaio por si, mas a razão d/D tem de constar no relatório; na prática, a solução é trocar a força.

Por que o Brinell é o ensaio dos fundidos e forjados

A impressão Brinell é grande: com a esfera de 10 mm, o diâmetro fica entre 2,4 e 6 mm, área centenas de vezes maior que a de uma impressão Vickers de rotina. Essa área abrange muitos grãos, fases e partículas de uma vez, e o número que sai é uma média da microestrutura. Num ferro fundido, por exemplo, a matriz metálica convive com veios ou nódulos de grafita muito mais macios; uma impressão pequena pode cair inteira sobre a matriz ou sobre a grafita e dar números bem diferentes de um ponto para outro, enquanto a esfera grande tira a média das duas.

Na foto, peças de ferro fundido e de aço forjado, o campo típico do Brinell: a impressão grande da esfera tira a média de uma microestrutura grosseira e heterogênea, que uma impressão pequena leria ponto a ponto.

A mesma característica explica a tolerância do Brinell a superfícies apenas usinadas: uma rugosidade de alguns micrômetros é pequena perto de uma calota de vários milímetros. Por isso o método é usado no recebimento de fundidos (discos de freio, blocos e carcaças), de forjados, de barras e tubos de grande seção, e no controle de tratamento térmico de peças em estado recozido, normalizado ou beneficiado. A ASTM E10-23 registra que o ensaio é aceito para inspeção de embarques comerciais.

A limitação é o tamanho da marca. Uma calota de 4 a 5 mm de diâmetro e quase meio milímetro de profundidade não pode ficar numa superfície funcional, e o ensaio exige espessura que chapas finas e camadas endurecidas não têm. É por isso que aço temperado, chapa fina e camada cementada vão para outros métodos.

Vantagens e limitações do ensaio Brinell

As vantagens e as limitações do Brinell vêm da mesma causa, o tamanho da impressão. A tabela resume as duas colunas, com o número que limita cada caso:

Vantagem	Limitação
Impressão de 2,4 a 6 mm (esfera de 10 mm) tira a média de microestrutura grosseira ou heterogênea	A marca inutiliza superfície funcional e peça pequena
Tolera superfície só usinada ou retificada	Exige espessura de 8h (ISO) ou 10h (ASTM), o que exclui chapa fina e camada cementada
Cobre de cerca de 3 a 650 HBW trocando esfera e força	Acima de cerca de 650 HBW a esfera de metal duro deixa de ser adequada
Aceito para inspeção de embarques comerciais (ASTM E10-23)	Leitura óptica, mais lenta que a leitura direta do Rockwell

Passo a passo do ensaio pela ISO 6506-1 e pela ASTM E10

O ensaio Brinell se faz em nove etapas: preparar a superfície, conferir a espessura, controlar a temperatura, verificar a máquina, aplicar a força, mantê-la, posicionar as impressões, medir e calcular. A sequência abaixo segue a ISO 6506-1:2014, idêntica à ABNT NBR ISO 6506-1:2019, com as diferenças da ASTM E10-23 indicadas onde existem. Os números são os das normas, resumidos com palavras próprias.

1. Preparar a superfície. Lisa e plana, sem carepa, sujeira ou lubrificante. Com esfera de 10 mm basta usinar ou retificar; com esferas de 2,5 e 1 mm pode ser preciso polir, por exemplo na politriz metalográfica. A preparação não pode aquecer nem encruar a superfície, porque as duas coisas mudam a dureza.
2. Conferir a espessura. Pela ISO, a peça precisa ter pelo menos 8 vezes a profundidade h da impressão; pela ASTM, 10 vezes. Marca visível no verso indica peça fina demais. Esta é a diferença entre as duas normas que mais reprova peça, e por isso vem detalhada logo abaixo.
3. Controlar a temperatura. O ensaio é feito entre 10 °C e 35 °C; quando for preciso controlar, 23 ± 5 °C.
4. Verificar a máquina. No dia de uso, num bloco de referência certificado, na escala que será usada. A verificação direta e a indireta da máquina seguem a ISO 6506-2, e os blocos, a ISO 6506-3. A ASTM E10-23 também fixa, na verificação indireta, limites de repetibilidade e de erro que ficam mais estreitos quanto mais duro é o bloco de referência.
5. Aplicar a força. Perpendicular à superfície, sem choque nem vibração, chegando ao valor total em 2 a 8 s (7 s nominais).
6. Manter a força por 10 a 15 s (14 s nominais). Materiais que continuam a escoar sob carga usam tempo maior, com tolerância de ±2 s, e o tempo vai na notação.
7. Posicionar as impressões. O centro fica a pelo menos 2,5d da borda e a pelo menos 3d do centro da impressão vizinha. Perto da borda falta material para conter a deformação; perto de outra impressão, a esfera cai na região encruada pela primeira.
8. Medir dois diâmetros aproximadamente perpendiculares, com a mesma iluminação usada na verificação da máquina, e usar a média. Em superfície retificada, medir a cerca de 45° das marcas da retífica. Em superfície curva, a impressão sai levemente elíptica e usa-se a média dos dois eixos; a norma limita o raio de curvatura mínimo em relação ao diâmetro da esfera. Sistemas automáticos podem fazer mais medições ou usar a área projetada.
9. Calcular e arredondar a três algarismos significativos, e escrever o resultado com a escala completa.

Espessura mínima: 8h pela ISO, 10h pela ASTM

Toda impressão deforma plasticamente uma região bem maior que a calota. Se a peça for fina, essa região chega ao apoio, a mesa passa a sustentar a impressão e o diâmetro sai menor que o real, ou seja, a dureza sai alta. A ISO 6506-1 fixa o mínimo em 8 vezes a profundidade; a ASTM E10-23, em 10 vezes. A tabela compara as duas para a esfera de 10 mm, com h calculado pela fórmula da profundidade:

d (mm)	h (mm)	ISO, 8h (mm)	ASTM, 10h (mm)
2,4	0,146	1,17	1,5
3,0	0,230	1,84	2,3
4,0	0,417	3,34	4,2
5,0	0,670	5,36	6,7
5,8	0,927	7,42	9,3

A coluna da ASTM coincide com a tabela de espessura da E10-23; a da ISO foi calculada como 8h, e o Anexo B da ISO 6506-1 traz a tabela oficial. Uma peça com 4 mm de espessura e impressão de 4,0 mm passa pela ISO e é reprovada pela ASTM. Por isso o relatório sempre diz qual norma foi seguida.

Medição do diâmetro e notação do resultado

A medição é a fonte de erro mais importante do Brinell, porque tudo depende de d. A ASTM E10-23 classifica os sistemas de medição em dois tipos. O Tipo A (microscópio com linhas móveis, sistema computadorizado ou análise de imagem) precisa resolver pelo menos 0,0100 mm com a esfera de 10 mm. O Tipo B, uma lupa de mão de 20× ou 40× com escala fixa, não pode ser usado com as esferas de 2,5 e 1 mm, cujas impressões são pequenas demais para ela.

A notação traz, nesta ordem, o valor, o símbolo HBW, o diâmetro da esfera em mm, a força em kgf e, se for diferente de 10 a 15 s, o tempo de manutenção:

• 229 HBW 10/3000: esfera de 10 mm, 3.000 kgf (29,42 kN), tempo padrão;
• 350 HBW 5/750: esfera de 5 mm, 750 kgf (7,355 kN), tempo padrão;
• 600 HBW 1/30/20: esfera de 1 mm, 30 kgf (294,2 N), força mantida por 20 s.

Pela ASTM E10-23, só a escala HBW 10/3000 com 10 a 15 s pode ser escrita apenas "HBW", sem o índice. Em qualquer outro caso, e sempre pela ISO, o valor sem a escala é ambíguo: "220 HB" pode ter sido medido com índices diferentes e não se compara a nada.

Relatório e Brinell portátil

O relatório da ISO 6506-1 traz a norma, a identificação da amostra, a data, o resultado com a designação completa, a temperatura se estiver fora de 10 °C a 35 °C, a razão d/D se estiver fora de 0,24 a 0,60, e a base de qualquer conversão para outra escala. A própria norma registra que não existe processo geral de conversão exata da dureza Brinell para outras escalas nem para resistência à tração; o assunto é tratado mais adiante.

A ISO 6506-1 vale para máquinas fixas e portáteis. A ASTM E10-23 admite o portátil que aplica o princípio Brinell e passa nas verificações direta e indireta, desde que só seja usado quando a máquina fixa for impraticável, com verificação diária no local. Os portáteis que só passam na verificação indireta ficam na ASTM E110. Aparelhos que medem por outro princípio, como o rebote do Leeb, mostram um valor Brinell convertido, que não é resultado de ensaio Brinell.

Exemplos resolvidos

Os três exemplos usam só as fórmulas e as regras vistas acima: o cálculo de HBW com todas as conferências, a escolha da escala para uma chapa fina e a escolha da força para uma liga de alumínio.

Exemplo 1: calcular HBW a partir da impressão. Um bloco de aço de 6 mm de espessura é ensaiado com esfera de 10 mm e 29.420 N (3.000 kgf). No microscópio, d₁ = 4,12 mm e d₂ = 4,08 mm.

1. Diâmetro médio: d = (4,12 + 4,08) / 2 = 4,10 mm. A razão d/D = 0,41 está entre 0,24 e 0,60.
2. D² − d² = 100 − 16,81 = 83,19, e √83,19 = 9,1209 mm.
3. D − √(D² − d²) = 10 − 9,1209 = 0,8791 mm, logo h = 0,4396 mm.
4. π·D·(D − √(D² − d²)) = 31,416 × 0,8791 = 27,619 mm².
5. HBW = 0,102 × 2 × 29.420 / 27,619 = 6.001,7 / 27,619 = 217,3, ou 217 HBW 10/3000. Conferência em kgf: 2 × 3.000 / 27,619 = 217,2.
6. Espessura: 8h = 3,52 mm (ISO) e 10h = 4,40 mm (ASTM). Os 6 mm atendem às duas normas.
7. Espaçamento: a próxima impressão fica a pelo menos 3d = 12,3 mm de centro a centro, e o centro a pelo menos 2,5d = 10,25 mm da borda.

Exemplo 2: chapa fina reprovada na espessura. Uma chapa de aço de 3 mm, com dureza esperada de 200 HBW, deve ser ensaiada. A escala HBW 10/3000 serve?

1. Profundidade esperada, com F em kgf: h = 3.000 / (π × 10 × 200) = 0,477 mm.
2. Espessura mínima pela ISO: 8 × 0,477 = 3,82 mm, maior que 3 mm. A escala é reprovada.
3. Troca para HBW 5/750, que tem o mesmo índice 30 e dá resultado comparável: h = 750 / (π × 5 × 200) = 0,239 mm.
4. Espessura mínima: 8h = 1,91 mm (ISO) e 10h = 2,39 mm (ASTM). A chapa de 3 mm atende às duas.
5. Diâmetro esperado: d = 2√[h(D − h)] = 2√(0,239 × 4,761) = 2,13 mm, com d/D = 0,43, dentro da faixa. A distância entre centros cai para 3 × 2,13 = 6,4 mm.

Exemplo 3: escolher a força para uma liga de alumínio. Uma peça de liga de alumínio deve ter cerca de 60 HBW, e o laboratório tem esfera de 10 mm. Qual força usar?

1. Metais leves entre 35 e 80 HBW usam índice 5, 10 ou 15. Com índice 10, F = 10 × 10² / 0,102 = 9.804 N, ou seja, a escala tabelada HBW 10/1000 (9.807 N).
2. Área esperada, em kgf: A = 1.000 / 60 = 16,67 mm². Profundidade: h = A / (π·D) = 0,531 mm.
3. Diâmetro esperado: d = 2√[0,531 × (10 − 0,531)] = 4,48 mm, com d/D = 0,45. Dentro da faixa. A espessura mínima pela ISO é 8 × 0,531 = 4,24 mm.
4. Contraprova com a escala do aço, HBW 10/3000: A = 3.000 / 60 = 50 mm², h = 1,59 mm e d = 7,32 mm, com d/D = 0,73. Fora da faixa, e a peça precisaria de 12,7 mm de espessura. É por isso que não se ensaia alumínio com 3.000 kgf.

O que a dureza Brinell não mede: por que complementar com a máquina universal

O ensaio Brinell mede uma única grandeza: a resistência que a superfície oferece à penetração localizada de uma esfera, sob um estado de tensões muito particular, concentrado logo abaixo da impressão. É uma medida útil, rápida e quase não destrutiva, mas é uma só. A ASTM E10-23 lembra que a dureza num ponto pode não representar a peça inteira, e a ISO 18265 diz que cada valor de dureza vale apenas para a região imediata da impressão.

O que a dureza não diz é justamente o que define se um material serve para uma estrutura, um eixo ou um vaso de pressão: onde ele começa a deformar permanentemente, quanto ele se alonga antes de romper, quanto ele estica de forma elástica e quanta energia absorve até fraturar. Cada uma dessas propriedades tem o seu ensaio. A tabela mostra o que a dureza informa, o ensaio que mede cada propriedade e o equipamento:

Propriedade	A dureza informa?	Ensaio que mede	Equipamento
Limite de resistência à tração (Rm)	Só estimativa, sem valor de aceitação	Tração	Máquina universal com garras
Limite de escoamento (ReH, Rp0,2)	Não; a correlação é ainda mais fraca que a do Rm	Tração com extensômetro	Máquina universal com extensômetro
Alongamento após a ruptura (A)	Não	Tração até a ruptura	Máquina universal
Estricção (Z)	Não	Tração até a ruptura	Máquina universal
Módulo de elasticidade (E)	Não	Tração com extensômetro	Máquina universal com extensômetro
Resistência à compressão	Não	Compressão	Máquina universal com pratos ou prensa
Resistência à flexão	Não	Flexão em 3 ou 4 pontos	Máquina universal com dispositivo de flexão
Ductilidade em dobra (trinca ou não)	Não	Dobramento	Máquina universal com dispositivo de dobramento
Tenacidade ao impacto (J)	Não	Impacto Charpy ou Izod	Pêndulo de impacto

Quase toda a coluna da direita é a mesma máquina. O ensaio de tração entrega, de uma só curva, o limite de escoamento, o limite de resistência à tração, o alongamento e a estricção, que medem a ductilidade, e, com extensômetro, o módulo de elasticidade; a curva tensão-deformação mostra tudo isso de uma vez. O ensaio de compressão, o ensaio de flexão e o ensaio de dobramento usam a mesma máquina com outros dispositivos. A tenacidade ao impacto fica com o ensaio de impacto, em pêndulo.

A correlação Rm ≈ 3,45 × HB e os seus limites

Nos aços existe uma correlação prática entre dureza e resistência: R_m (MPa) ≈ 3,45 × HB, a regra de Callister e Rethwisch, levantada com dados do Metals Handbook. A base física vem de Tabor (1956): a pressão média sob o penetrador é cerca de três vezes a tensão de escoamento do material numa deformação representativa. A dureza, portanto, mede indiretamente uma tensão de escoamento já com algum encruamento, e não o R_m em si. Funciona nos aços porque neles a relação entre escoamento, encruamento e R_m é parecida de um aço para outro.

Os limites da regra estão escritos nas próprias normas de conversão. A ISO 18265:2013 diz que a estimativa de resistência à tração é a menos confiável de todas as conversões de dureza, que o valor convertido só se aplica diretamente ao material exato que gerou a tabela e que ele não substitui o resultado obtido pelo método normalizado. A ASTM E140 diz que as conversões são aproximadas e devem ser usadas só quando não for possível ensaiar nas condições especificadas. Na prática, a regra serve para triagem e controle de processo, nunca para aceitar material.

Exemplo numérico: a estimativa pela dureza contra o ensaio de tração

Uma barra de aço AISI 1045 trefilado a frio mediu 179 HB. O certificado típico desse material, obtido em ensaio de tração (dados MatWeb para barra de 19 a 32 mm), traz R_m = 625 MPa, limite de escoamento de 530 MPa, alongamento de 12 % e estricção de 35 %.

1. Estimativa pela dureza: R_m ≈ 3,45 × 179 = 617,6 MPa.
2. Erro: (617,6 − 625) / 625 = −1,2 %. Para um aço, a estimativa acertou bem.
3. O que a tração deu a mais: o escoamento de 530 MPa, que é 85 % do R_m, razão típica de material trefilado e bem acima dos cerca de 55 % do mesmo 1045 laminado a quente (310 de 565 MPa); o alongamento de 12 %; a estricção de 35 %; e, com extensômetro, o módulo. Nenhum desses números sai de 179 HB. Um projetista que dimensionasse a barra pelo escoamento, como é o usual, não teria o dado de que precisa.
4. Contraprova num material de mesma dureza: um ferro fundido cinzento ASTM A48 classe 30, que tem dureza típica de 187 a 241 HB, mede 200 HB. A regra do aço dá 3,45 × 200 = 690 MPa. O mínimo da classe é 207 MPa (30 ksi). A estimativa dá 3,3 vezes o mínimo garantido, um erro de 233 %, e o alongamento do cinzento é inferior a 0,5 %, contra 12 % do aço.

O gráfico abaixo coloca esses materiais no mesmo plano. O aço 1045 trefilado cai sobre a reta 3,45 × HB, e o 1045 recozido e o laminado, ambos com cerca de 163 HB e 565 MPa, também. Na mesma faixa de dureza, o ferro fundido nodular ASTM A536 65-45-12 (156 a 217 HB, R_m mínimo de 448 MPa) fica abaixo da reta, e o cinzento, muito abaixo.

O nodular e o cinzento são o caso mais didático de "mesma dureza, comportamento diferente". A matriz metálica dos dois pode ser parecida, e a dureza também; o que muda é a forma da grafita. No cinzento ela forma lamelas, que funcionam como entalhes internos e concentram tensão: o material rompe a 207 MPa com alongamento praticamente nulo. No nodular a grafita forma esferas, que não concentram tensão: o material chega a 448 MPa com 12 % de alongamento. A esfera Brinell, que comprime a superfície, não enxerga essa diferença; a tração, que abre os entalhes, enxerga. A forma da grafita se vê ao microscópio metalográfico.

Mesmo entre aços a dureza não esgota o comportamento. O 1045 recozido e o laminado a quente aparecem com cerca de 163 HB e propriedades de tração quase iguais nos valores típicos, mas com alongamento de 20 % no recozido e de 16 % no laminado. E um aço temperado e revenido na faixa de fragilização ao revenido pode ter a mesma dureza de um aço bem revenido e absorver muito menos energia no impacto. Só o ensaio de impacto mostra isso.

Quanto de máquina a tração complementar pede

Para o exemplo do 1045 trefilado, o corpo de prova usinado de 10 mm de diâmetro tem seção de π × 10² / 4 = 78,54 mm². A força no escoamento é 530 × 78,54 = 41,6 kN, e a força máxima, 625 × 78,54 = 49,1 kN. Ela fica a 2 % do fundo de escala de uma máquina de 50 kN, sem folga: o ensaio pede a máquina de 100 a 200 kN. Com corpo de prova de 6 mm, que a ISO 6892-1 também admite, a seção cai para 28,27 mm² e a força máxima para 17,7 kN, dentro da máquina de 50 kN. A escolha da geometria está detalhada no artigo sobre corpo de prova e no guia da ASTM E8 e ISO 6892-1.

Brinell × Rockwell, e HB × HRC

A diferença entre os ensaios Brinell e Rockwell está na grandeza medida: o Brinell mede o diâmetro da impressão de uma esfera, e o Rockwell, a profundidade da impressão sob pré-carga. O Brinell mede o diâmetro de uma impressão grande, depois de retirar a força, com microscópio. O Rockwell aplica uma pré-carga, que define um plano de referência, depois uma força adicional, e lê a profundidade permanente direto no aparelho, ainda sob a pré-carga. A tabela resume:

Aspecto	Brinell (ISO 6506-1, ASTM E10)	Rockwell (ISO 6508-1, ASTM E18)
Penetrador	Esfera de metal duro de 1 a 10 mm	Cone de diamante ou esfera pequena, conforme a escala
Grandeza medida	Diâmetro da impressão, depois da descarga	Profundidade permanente, sob pré-carga
Impressão	Grande: tira a média da microestrutura	Pequena: lê um ponto
Leitura	Óptica, mais lenta	Direta, rápida
Uso típico	Fundidos, forjados, aço recozido ou normalizado, não ferrosos	Produção seriada, aço temperado

Como as grandezas medidas são diferentes, não existe fórmula entre HB e HRC. A conversão é feita por tabelas empíricas por grupo de material, a ASTM E140 e a ISO 18265, e é aproximada. A tabela HRC, HV e HB para aços e os seus limites estão em dureza dos materiais; o procedimento do Rockwell, no artigo ensaio de dureza.

Como interpretar o resultado do ensaio Brinell

Um resultado Brinell só se interpreta com a escala completa, a norma seguida e a posição da impressão na peça. Os pontos abaixo são os que mais geram dúvida em laudos e especificações, mesmo entre profissionais experientes.

Um diâmetro fora de 0,24D a 0,6D invalida o ensaio?

Não automaticamente. A ISO 6506-1 pede que a razão d/D seja registrada no relatório quando ficar fora da faixa, e o resultado deixa de ser diretamente comparável com outros feitos dentro dela. Se a especificação não disser o contrário, o caminho correto é repetir o ensaio com outra força ou outra esfera, mantendo o índice quando possível.

Posso comparar 200 HBW 10/3000 com 200 HBW 10/1000?

Não. Os índices são diferentes (30 e 10), e a semelhança geométrica só vale para o mesmo índice. Já 200 HBW 10/3000 e 200 HBW 5/750 são comparáveis, porque ambos têm índice 30. Por isso a especificação precisa trazer a escala, e não só o número.

HB, HBS e HBW são a mesma coisa?

Não na norma atual. HB e HBS eram as designações da época em que se usava esfera de aço; HBW indica esfera de metal duro, a única admitida hoje. Desenhos antigos que pedem "HB" são, na prática, atendidos com HBW na escala correspondente, mas o laudo deve escrever HBW.

A dureza medida representa a peça inteira?

Representa a região da impressão. Em peça com camada descarbonetada, com encruamento superficial ou com gradiente de dureza da superfície para o núcleo, como uma barra grossa temperada, o Brinell lê a superfície. A ASTM E10-23 faz essa ressalva expressamente. Para saber o que acontece no interior, usa-se perfil de dureza numa seção ou ensaio de tração em corpo de prova retirado da posição especificada.

Um valor Brinell vindo de um durômetro portátil de rebote vale como Brinell?

Não. O aparelho de rebote mede a razão entre velocidades e converte em HB por tabela. O valor é convertido, não medido pelo princípio Brinell, e não atende à ASTM E10. Ele deve ser relatado como convertido, com a tabela usada.

Se a dureza está dentro da faixa, o material está aprovado?

Só se a especificação do produto aceitar dureza como critério. Aço estrutural, vergalhão, parafuso e chapa para vaso de pressão são aprovados por propriedades de tração, e às vezes por dobramento e impacto, definidos na norma do produto. A dureza dentro da faixa indica que o processo provavelmente correu bem; quem confirma as propriedades é o ensaio especificado.

Erros comuns no ensaio Brinell

Os erros abaixo aparecem com frequência em laudos, apostilas e páginas de busca, e cada um muda o resultado ou o torna incomparável.

1. Falar em esfera de aço temperado. Desde a ISO 6506-1:2014 só se usa metal duro, e o símbolo é HBW.
2. Escrever o valor sem a escala. "220 HB" não diz a esfera nem a força.
3. Comparar valores de índices de carga diferentes. Só o mesmo índice dá números comparáveis.
4. Ignorar a faixa de d. Fora de 0,24D a 0,6D, troque a força e registre d/D se mantiver o ensaio.
5. Peça fina ou impressão perto da borda ou de outra impressão. Respeite 8h (ISO) ou 10h (ASTM), 3d entre centros e 2,5d até a borda.
6. Confundir a regra da ISO com a da ASTM na espessura. Diga sempre qual norma foi seguida.
7. Medir em superfície mal preparada ou que aqueceu ou encruou na preparação. Em superfície retificada, medir a 45° das marcas.
8. Usar a fórmula de superfície plana em superfície curva sem considerar a curvatura; a fórmula da ISO vale para superfície plana, e raios de curvatura pequenos demais em relação à esfera invalidam o resultado.
9. Achar que o Brinell só usa de 500 a 3.000 kgf, mantidos de 10 a 30 s. As escalas vão de 1 kgf (9,807 N) a 3.000 kgf, e o tempo normal é de 10 a 15 s; tempo maior só para material que escoa sob carga, e vai na notação.
10. Escrever HBW com unidade, em MPa ou kgf/mm². O número é escrito sem unidade, com o símbolo e a escala.
11. Ensaiar material acima de cerca de 650 HBW. A esfera sai da faixa; use Vickers ou Rockwell.
12. Usar R_m ≈ 3,45 × HB fora do aço, ou usá-la para aceitar aço.
13. Arredondar errado. São três algarismos significativos: 217, não 217,3.

Equipamentos para os ensaios que completam a dureza

A Biopdi não fabrica durômetro. Ela fabrica a máquina que faz os ensaios que a dureza não substitui: tração, compressão, flexão e dobramento, todos numa mesma máquina universal de ensaios, trocando o dispositivo. A linha M2 tem célula de carga classe 1 pela ABNT NBR ISO 7500-1:2023 e o software BioLab, que traça a curva força × deslocamento e, com extensômetro, a curva tensão-deformação, e calcula escoamento, R_m, alongamento e módulo. O painel abaixo mostra a máquina, a função de cada parte nesses ensaios e os dispositivos.

A capacidade se escolhe pela força máxima do corpo de prova. Chapas e corpos de prova usinados de até cerca de 6 mm de diâmetro em aço, como o do exemplo acima, ficam na máquina de 5 a 50 kN (MBIOII-50-M2); corpos de prova de 10 mm em aço médio carbono, barras e vergalhões até 16 mm pedem a máquina de 100 a 200 kN (MBIOII-200-M2). Para ver a microestrutura que explica a dureza, como a forma da grafita de um ferro fundido, a amostra é preparada na politriz e observada no microscópio metalográfico. As demais configurações estão na página da máquina universal de ensaios, e um orçamento pode ser pedido para os materiais do seu laboratório.

Normas do ensaio de dureza Brinell

A ISO divide o Brinell em quatro partes: método, verificação da máquina, blocos de referência e tabela de valores. A ABNT adota a série como NBR ISO 6506. A tabela traz as edições e o status conferidos em 30/09/2026 nas páginas oficiais (iso.org e store.astm.org) e no catálogo da ABNT:

Norma	O que trata	Edição e status
ISO 6506-1	Brinell, método de ensaio	2014, confirmada em 2019, em revisão na ISO
ABNT NBR ISO 6506-1	Brinell, método de ensaio (adoção idêntica da ISO)	2019, vigente
ISO 6506-2	verificação e calibração da máquina	2017, em revisão na ISO
ISO 6506-3	calibração dos blocos de referência	2014, confirmada em 2019, em revisão na ISO
ISO 6506-4	tabela de valores de HBW em função de d	2014, confirmada em 2024
ASTM E10	Brinell de materiais metálicos, incluindo portáteis	E10-23, ativa
ASTM E110	Rockwell e Brinell com durômetros portáteis	E110-14(2023)
ISO 18265	conversão de valores de dureza e estimativa de Rm	2013, confirmada em 2024
ASTM E140	tabelas de conversão de dureza	E140-12B(2019)e1

A ISO está revisando a ISO 6506-1, e uma nova edição está em elaboração; até ela ser publicada, a edição de 2014 continua sendo a vigente (status conferido no iso.org em 01/10/2026). A ABNT NBR ISO 6506-1:2019 cancelou e substituiu a antiga NBR NM ISO 6506-1:2010.