Ensaio de Impacto

ENSAIOS TECNOLÓGICOS DOS MATERIAIS

ENSAIO DE IMPACTO

1.      IMPACTO

O ensaio de impacto é um dos primeiros e, até hoje, o mais utilizado no estudo da fratura frágil de metais. Trata-se de um ensaio dinâmico, aplicado principalmente em materiais empregados em baixa temperatura.

Nesse ensaio, os corpos de prova padronizados apresentam um entalhe onde se dá a ruptura no momento de aplicação da carga, desferida por um martelo pendular.

Nos equipamentos mostrados nas figuras 01 e 02 existe uma escala que registra a quantidade de energia absorvida pelo corpo no momento do impacto.

O valor registrado determina se o corpo é dúctil ou frágil: mais frágil se absorver menos energia e mais dúctil se absorver mais energia antes da ruptura.

O ensaio possui limitações, pois não se pode medir com exatidão as tensões envolvidas no momento do impacto. As tensões podem variar de acordo com o material ensaiado e também com sua estrutura interna.

No entanto, esse ensaio torna-se útil na comparação de dois materiais ensaiados nas mesmas condições, principalmente quando se pesquisa o material a ser utilizado em ambientes expostos a variações de temperatura e tensões de trabalho.

No ensaio de materiais de média e baixa resistência, os resultados apresentados têm variação bastante significativa, especialmente em condições próximas às da temperatura de transição.

O ensaio de impacto identifica materiais que têm capacidade de absorver energia e dissipá-la, para que a ruptura não aconteça, ou seja, materiais que apresentam tenacidade. Essa propriedade, que está diretamente relacionada à fase plástica dos materiais, quando o material se mostra resistente, possui boas características de alongamento para suportar esforços consideráveis de tração, torção ou flexão, sem se romperem. São características apresentadas pelas ligas metálicas dúcteis.

Contudo, mesmo nessas condições, verifica-se que materiais dúcteis podem se romper de forma frágil e que essa ruptura pode ser influenciada pela sensibilidade do material à alta velocidade do choque.

A formação de uma fratura frágil no material pode ser altamente perigosa na prática, causar a falência repentina do material ou, nos ensaios de impacto, gerar interpretações erradas dos dados. Tem como principal agravante as microtrincas e trincas, que fazem com que as tensões elevadas sejam concentradas nessa região da peça ou corpo de prova e mudem consideravelmente o comportamento do material dúctil.

Os resultados obtidos com vários corpos de prova de um mesmo metal são bastante diversos. Para chegar a conclusões confiáveis, é recomendável repetir o ensaio em pelo menos em três corpos de prova diferentes.

A energia necessária para fraturar o corpo de prova é dada por:

E = G (h – h’) [Nm]

em que:

E = energia em [Nm]

G = peso do martelo em [N]

h = posição inicial do martelo [m]

h’ = posição final do martelo [m]

Figura 01 – Esquema da máquina de ensaio.

Figura 02 – Máquina de ensaio Charpy.

2.      CORPOS DE PROVAS

De acordo com a norma norte-americana E-23 da ASTM, os corpos de prova para os ensaios Charpy (indicados na figura 3) são classificados, de acordo com o tipo de entalhe, da seguinte maneira:

tipo A (entalhe em V) → para materiais de menor resistência;

tipo B (entalhe “Ferradura”) → para materiais de media resistência;

tipo C (entalhe em U) → para materiais de maior resistência.

Figura 3 – Corpos de prova tipo Charpy (recomendados pela ASTM e ABNT).

O corpo de prova para o ensaio de impacto tipo Izod (figura 4) possui a seção quadrada de 10 mm de lado e é igual ao ensaio Charpy, com variação no comprimento, que é de 75 mm, e na posição do entalhe, que muda para a distância de 28 mm de uma das extremidades. É característica desse ensaio somente o entalhe em V.

Figura 4 – Corpos de prova tipo Izod (recomendados pela ASTM e ABNT).

De acordo com a norma E-23 da ASTM, para ensaios em ferro fundido ou metais fundidos, o corpo de prova não é entalhado, conforme mostra figura 5.

Caso não seja possível retirar um corpo de prova nas dimensões padronizadas por causa do tamanho da peça ou do tipo de material, a norma citada anteriormente contempla um corpo de prova de dimensões reduzidas, lembrando que os resultados dos ensaios obtidos com esses corpos somente podem ser comparados a resultados obtidos com corpos de prova da mesma dimensão.

Figura 5 – Corpos de prova para ferro fundido e fundidos sob pressão (recomendados pela ASTM e ABNT).

Para a realização do ensaio Charpy, o corpo de prova é apoiado livremente na máquina de ensaio (não é fixado), e a distância entre os apoios é de 40 mm, conforme mostra a figura 4.40.

No ensaio de impacto tipo Izod, o corpo de prova é engastado, deixando que o centro do entalhe se alinhe à superfície de engaste, como indicado à direita na figura 6.

Tanto no ensaio Charpy quanto no ensaio Izod existe o impacto do martelo no corpo de prova. No ensaio Charpy, o corpo de prova é posicionado de maneira que o impacto do martelo ocorra na face oposta ao entalhe. No ensaio Izod, o corpo de prova é colocado de maneira a permitir o impacto na mesma face do entalhe.

Figura 6 – Diferença quanto ao impacto do martelo (recomendado pela ASTM e ABNT).

3.      CORPO DE PROVA E SENTIDO DE LAMINAÇÃO

A construção do corpo de prova deve seguir alguns critérios que levam em consideração o sentido da laminação e, por consequência, a direção das fibras do material.

A posição em que o corpo de prova for retirado do material a ser ensaiado fará com que tenha resultados diferentes para o mesmo ensaio. A influência do sentido de laminação para o mesmo material é indicado na figura 7.

Figura 7 – Efeito de direcionalidade nas curvas de impacto de corpos de prova Charpy retirados de três locais diferentes em um aço doce.

Para o ensaio apresentado a seguir (figura 8), nota-se que, em determinadas coordenadas, uma variação pequena de temperatura tem influência significativa na capacidade de energia absorvida.

Figura 8 – Efeito da temperatura em aço 4340:

a) de baixa resistência;

b) de média resistência;

c) de alta resistência. Vê-se também que aparece a porcentagem de fratura fibrosa (dúctil).

Video de referência:
https://www.youtube.com/watch?v=GirrGcJSb_0

Referências Bibliográficas

Apostilas Telecurso 2000 - Ensaios de Materiais - Aula 16

Livro Centro Paula Souza - Habilitação Técnica em Mecânica - Volume 1 - Projetos e Ensaios Mecânicos.