Ensaios não Destrutivos e Mecânicos

Ensaio mecânico: Impacto

Características

O ensaio de impacto consiste em submeter um corpo de prova entalhado, padronizado, a uma flexão provocada por impacto por um martelo pendular; este tipo de ensaio permite determinar a energia utilizada na deformação e ruptura do corpo de prova, que é a medida da diferença entre a altura inicial do pêndulo h e a altura máxima atingida após a ruptura do corpo de prova h’. Quanto menor for a energia absorvida, mais frágil será o comportamento do material àquela solicitação dinâmica.

 

Aplicação

O ensaio de impacto é largamente utilizado na avaliação do comportamento frágil dos materiais, porém, a significação e a interpretação são limitadas; por essa razão, o ensaio deve-se restringir à comparação de materiais ensaiados nas mesmas condições.

Os componentes das tensões triaxiais presentes no corpo de prova durante o ensaio não podem ser medidos satisfatoriamente porque dependem de diversos fatores; dessa maneira, não é possível relacionar a energia absorvida pelo corpo de prova com o comportamento do metal a um choque qualquer, o que somente aconteceria se a peça inteira fosse ensaiada nas condições de trabalho.

 

Corpo de prova

O corpo de prova é entalhado para permitir a localização da fratura e produzir um estado triaxial de tensões. Os corpos de prova geralmente utilizados para a realização do ensaio de impacto são: corpo de prova Charpy e corpo de prova Izod, ambos especificados pela norma ASTM E23.

 

corpo de prova Charpy

Os corpos de prova Charpy são classificados em tipo A, B e C, com secção quadrada de 10mm, comprimento de 55mm e entalhes no centro do corpo de prova.

O tipo A tem o entalhe na forma de V, o tipo B na forma de buraco de fechadura e o tipo C na forma de U. Os corpos de prova Charpy sào simplesmente apoiados, de maneira centralizada; a distância entre apoios é de 40 mm.

corpo de prova Izod

O corpo de prova Izod tem secção quadrada de 10mm, comprimento de 75mm, entalhe a uma distância de 28mm de uma das extremidades, em forma de V. É engastado na sua parte maior, e o entalhe fica próximo ao ponto de engaste.

Os corpos de prova com entalhes mais agudos ou mais profundos, como é caso dos corpos Izod e Charpy tipo A, sào utilizados para mostrar a diferença de energias absorvidas nos ensaios de metais mais dúcteis, pois têm a tendência de propiciar fraturas frágeis.

Para ensaios de materiais frágeis, como é o caso do ferro fundido e de metais fundidos sob pressão, os corpos de prova geralmente não necessitam do entalhe. A usinagem do entalhe pode ser feita por meio de brochadeira, plaina ou fresadora, e o seu perfil deve ser controlado por um projetor de perfil.

 

corpos de prova reduzidos

No caso de materiais cujas dimensões nào permitem a confecção de corpos de prova normais, é possível retirar os corpos de prova reduzidos que constam do método E 23 da ASTM.

 

retirada do corpo de prova

As normas especificam o local de retirada dos corpos de prova, sua orientação e a direção para a confecção do entalhe, que implicam alterações significativas nos resultados do ensaio.

 

Preparação para o ensaio

Alguns cuidados devem ser tomados quando da execução do ensaio de impacto. Por exemplo, antes do início do ensaio, a máquina deve ser verificada por meio de uma oscilação livre do pêndulo, de modo que o pêndulo liberado em queda livre indique uma energia nula no mostrador da máquina. Se após este procedimento o mostrador registrar algum valor de energia, este valor deve ser subtraído do resultado obtido durante o ensaio com corpo de prova. A aferição da máquina é feita segundo os requisitos completos apresentados pela norma E 23.

 

temperatura

Os ensaios de impacto são normalmente especificados para baixas temperaturas, porém podem ser realizados também sob temperaturas ambientes ou até sob temperaturas superiores à do ambiente.

No caso de baixa temperatura, utilizam-se água ou gelo seco, solventes orgânicos, nitrogênio líquido ou gases frios, nos quais os corpos de prova devem ser mantidos sob temperatura especificada por no mínimo cinco minutos em meio líquido e 60 minutos em meio gasoso.

Os corpos de prova a serem ensaiados sob temperaturas elevadas devem, de preferência, ser imersos em óleo agitado ou outro banho líquido adequado, onde devem ser mantidos pelo menos por dez minutos antes do ensaio; em caso de utilização de forno, os corpos de prova devem permanecer no forno pelo menos durante 60 minutos antes de ensaiar.

 

para um resultado mais confiável, recomenda-se a realização de pelo menos três ensaios com corpos de prova do mesmo tipo, dimensões e orientação, retirados do material a ser ensaiado

 

Nesses dois casos em que a temperatura de ensaio é diferente da ambiente, os corpos de prova devem ser introduzidos na máquina e rompidos em no máximo cinco segundos para que não haja variação significativa da temperatura; além disso, o meio de aquecimento ou resfriamento deve conter um sistema de homogenização da temperatura.

 

influência da temperatura

Existe uma faixa de temperatura, denominada temperatura de transição, em que a energia absorvida cai apreciavelmente, em especial nos metais do sistema cúbico de corpo centrado (ccc), como por exemplo os aços ferríticos. Acima dessa temperatura de transição, os corpos de prova rompem por um mecanismo de cizalhamento, requerendo absorção de maior quantidade de energia, ao passo que abaixo dessa temperatura o mecanismo de rompimento frágil é de clivagem, onde a absorção de energia é muito menor.

 

temperatura de transição

A temperatura de transição é bastante influenciada pelo tamanho do corpo de prova, geometria do entalhe, composição química do metal e tamanho de grão ferrítico. Os metais de estrutura cúbica de faces centradas (cfc), como por exemplo os aços inoxidáveis austeníticos, oferecem maior resistência à fratura por clivagem, e por isso não apresentam mudança brusca de comportamento.


 

Equipamento

O equipamentodoensaioé basicamente constituído de um pêndulo que é solto em queda livre de uma altura fixada, um local de apoio do corpo de prova e um sistema de medição, constituído de um mostradorcom escala graduada; este mostrador permite determinar a energia absorvida para romper o corpo de prova, por meio da diferença entre a altura inicial e a altura final atingida pelo pêndulo.

A energia absorvida pelo corpo de prova pode ser expressa em Kgmf/m (quilograma-força por metro) ou Lb/ft (libra por pé ) ou J (Joule).

 

calibração

As máquinas em uso constante devem ser calibradas em períodos de 12 meses ou a qualquer período quando houver dúvidas quanto aos resultados obtidos nos ensaios realizados.

 

Avaliação dos resultados

A avaliação dos resultados do ensaio devem estar de acordo com a norma de especificação do ensaio na qual são definidos os valores mínimos aceitáveis para considerar os ensaios como aprovados. De um modo geral, a avaliação do ensaio é feita através do valor de energia absorvida nos corpos de prova ensaiados, que é lida no mostrador da máquina; do percentual de cizalhamento, que é função da área da porção da fratura que tem aspecto brilhante; e da expansão lateral, que é o acréscimo da face oposta ao entalhe, na direção do próprio entalhe, após a ruptura do corpo de prova.

o ensaio de impacto por flexão do corpo de prova é normalizado pela ASTM E23

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997

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