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ENSAIO DE IMPACTO. Flávia Spitale Jacques Poggiali flaviaspitale@gmail.com. INTRODUÇÃO. CONCEITO. O ensaio de impacto se caracteriza por submeter o corpo ensaiado a uma força brusca e repentina, que deve rompê-lo.
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ENSAIO DE IMPACTO Flávia Spitale Jacques Poggiali flaviaspitale@gmail.com
CONCEITO • O ensaio de impacto se caracteriza por submeter o corpo ensaiado a uma força brusca e repentina, que deve rompê-lo. • É bem melhor saber quanto o material resiste a uma carga dinâmica numa situação de ensaio do que numa situação real de uso.
FRATURA FRÁGIL • As fraturas produzidas por impacto podem ser frágeis ou dúcteis. • As fraturas frágeis caracterizam-se pelo aspecto cristalino e as fraturas dúcteis apresentam aparência fibrosa. • Os materiais frágeis rompem-se sem nenhuma deformação plástica, de forma brusca.
FRATURA FRÁGIL • Porém, mesmo utilizando materiais dúcteis, com resistência suficiente para suportar uma determinada aplicação, verificou-se na prática que um material dúctil pode romper-se de forma frágil.
FATORES QUE INFLUENCIAM O COMPORTAMENTO FRÁGIL DOS MATERIAIS DÚCTEIS Um material dúctil pode romper-se sem deformação plástica apreciável, ou seja, de maneira frágil, quando as condições abaixo estiverem presentes: • velocidade de aplicação da carga suficientemente alta; • trinca ou entalhe no material; • temperatura de uso do material suficientemente baixa.
FATORES QUE INFLUENCIAM O COMPORTAMENTO FRÁGIL DOS MATERIAIS DÚCTEIS • Uma trinca promove concentração de tensões muito elevadas, o que faz com que a maior parte da energia produzida pela ação do golpe seja concentrada numa região localizada da peça, com a conseqüente formação da fratura frágil. • A existência de uma trinca, por menor que seja, muda substancialmente o comportamento do material dúctil.
FATORES QUE INFLUENCIAM O COMPORTAMENTO FRÁGIL DOS MATERIAIS DÚCTEIS • A existência de trincas no material, a baixa temperatura e a alta velocidade de carregamento constituem os fatores básicos para que ocorra uma fratura do tipo frágil nos materiais metálicos dúcteis.
Cobre comercialmente puro. Fratura e mecanismo de fratura dúcteis.
Aço baixo carbono na temperatura ambiente. Fratura e mecanismo de fratura dúcteis.
Aço baixo carbono a –190oC. Fratura e mecanismo de fratura frágeis.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • O ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por uma amostra do material, quando submetida à ação de um esforço de choque de valor conhecido. • O choque ou impacto representa um esforço de natureza dinâmica, porque a carga é aplicada repentina e bruscamente.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • No impacto, não é só a força aplicada que conta. Outro fator é a velocidade de aplicação da força. Força associada com velocidade traduz-se em energia.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • O método mais comum para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um peso em oscilação. • A máquina correspondente é o martelo pendular.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • O pêndulo é levado a uma certa posição, onde adquire uma energia inicial.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta uma energia final.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • A diferença entre as energias inicial e final corresponde à energia absorvida pelo material.
DESCRIÇÃO DO ENSAIO DE IMPACTO • De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia adotada é o joule. • A máquina é dotada de uma escala, que indica a posição do pêndulo, e é calibrada de modo a indicar a energia potencial. • A fórmula de energiapotencial (Ep) é: Ep = m x g x h m = massa g = gravidade h = altura
CORPOS DE PROVA • Nos ensaios de impacto, utilizam-se duas classes de corpos de prova com entalhe: o Charpy e o Izod.
CORPOS DE PROVA • Os corpos de prova Charpy compreendem três subtipos (A, B e C), de acordo com a forma do entalhe.
CORPOS DE PROVA • Corpos de prova de ferro fundido e ligas não ferrosas fundidas sob pressão não apresentam entalhe.
CORPOS DE PROVA • As diferentes formas de entalhe são necessárias para assegurar que haja ruptura do corpo de prova, mesmo nos materiais mais dúcteis. • O corpo de prova Charpy é apoiado na máquina e o Izod é engastado, o que justifica seu maior comprimento. • A única diferença entre o ensaio Charpy e o Izod é que no Charpy o golpe é desferido na face oposta ao entalhe e no Izod é desferido no mesmo lado do entalhe.
IMPACTO A BAIXAS TEMPERATURAS • A temperatura, especificamente a baixa temperatura, é um fator de extrema importância no comportamento frágil dos metais. • A temperatura influencia muito a resistência de alguns materiais ao choque.
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO • Temperatura de transição: faixa de temperatura relativamente pequena na qual a energia absorvida pelo corpo de prova cai apreciavelmente. • A temperatura de transição é aquela em que ocorre uma mudança no caráter da ruptura do material, passando de dúctil a frágil ou vice-versa.
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO • A faixa de temperatura de transição compreende o intervalo de temperatura em que a fratura se apresenta com 70% de aspecto frágil (cristalina) e 30% de aspecto dúctil (fibrosa) ou 70% de aspecto dúctil e 30% de aspecto frágil. • A definição dessa faixa é importante porque só podemos utilizar um material numa faixa de temperatura em que não se manifeste a mudança brusca do caráter da ruptura.
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO • Os metais que têm estrutura cristalina CFC, como o cobre, alumínio, níquel, aço inoxidável austenítico etc., não apresentam temperatura de transição, ou seja, os valores de impacto não são influenciados pela temperatura. • Por isso esses materiais são indicados para trabalhos em baixíssimas temperaturas, como tanques criogênicos, por exemplo.
FATORES QUE INFLUENCIAM A TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO O intervalo de transição é influenciado por certas características como: • Tratamento térmico - Aços-carbono e de baixa liga são menos sujeitos à influência da temperatura quando submetidos a tratamento térmico que aumenta sua resistência; • Tamanho de grãos - Tamanhos de grãos grosseiros tendem a elevar a temperatura de transição, de modo a produzir fratura frágil em temperaturas mais próximas à temperatura ambiente. Tamanhos de grãos finos abaixam a temperatura de transição;
FATORES QUE INFLUENCIAM A TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO • Encruamento- Materiais encruados, que sofreram quebra dos grãos que compõem sua estrutura, tendem a apresentar maior temperatura de transição; • Impurezas - A presença de impurezas, que fragilizam a estrutura do material, tende a elevar a temperatura de transição; • Elementos de liga - A adição de certos elementos de liga, como o níquel, por exemplo, tende a melhorar a resistência ao impacto, mesmo a temperaturas mais baixas;
FATORES QUE INFLUENCIAM A TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO • Processos de fabricação - Um mesmo aço, produzido por processos diferentes, possuirá temperaturas de transição diferentes; • Retirada do corpo de prova - A forma de retirada dos corpos de prova interfere na posição das fibras do material. As normas internacionais geralmente especificam a posição da retirada dos corpos de prova, nos produtos siderúrgicos, pois a região de onde eles são retirados, bem como a posição do entalhe, têm fundamental importância sobre os valores obtidos no ensaio.
RESFRIAMENTO DO CORPO DE PROVA • Os corpos de prova retirados para ensaio de impacto devem ser resfriados, até que se atinja a temperatura desejada para o ensaio. • As técnicas de resfriamento são determinadas em normas técnicas específicas. Um modo de obter o resfriamento consiste em mergulhar o corpo de prova num tanque contendo nitrogênio líquido, por aproximadamente 15 minutos. • Outra forma de obter o resfriamento é por meio de uma mistura de álcool e gelo seco, que permite atingir temperaturas de até 70OC negativos.
