Relatorio de Impacto – THAISY CORAL E GABRIEL TASIOR

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Florianópolis 
2018 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA 
CATARINA– UFSC 
ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
THAISY CORAL BORBA 
Número da matrícula: 17204941 
GABRIEL DA ROSA TASIOR 
Número da matrícula: 17205495 
 
 
 
 
 
Relatório sobre o estudo de ensaio de impacto em corpos de prova entalhados 
 
 
Florianópolis 
2018 
1. INTRODUÇÃO 
 
 
Nos primórdios da Revolução Industrial, vários materiais foram descobertos e 
aplicados nos mais variados ramos da indústria um deles foi o ferro, e seus derivados, 
que surgiram como um material em condições de competir com os materiais de 
construção e produção em larga escala, uma opção diferente dos já conhecidos e 
consagrados na época medieval, uma das suas maiores vantagens do ferro era o seu 
custo e benefício. Viu-se então a necessidade de estudar o comportamento dos materiais 
atuando em variadas situações. 
Um dos meios de se determinar a fragilidade do material a um tipo de esforço, é 
através do ensaio de impacto; que consiste em submeter um corpo de prova entalhado, 
de dimensões padronizadas, a uma flexão provocada por impacto por um martelo 
pendular com pesos e tamanho de haste variado; este tipo de ensaio permite determinar 
a energia utilizada para que haja deformação e ruptura de um corpo de prova. 
Neste relatório abordaremos os diferentes tipos de ensaio de Impacto, seus 
corpos de prova, influência de fatores externos, correção de ensaio, calibração do 
equipamento. 
 
 
 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
 
O ensaio de impacto é um dos mais conhecidos e utilizados mecanismos para se 
determinar uma fratura frágil, devido a rapidez, baixo custo, simplicidade do 
equipamento; que é composto por um martelo pendular um mostrador com ponteiro de 
equivalência de energia (se altera através da energia absorvida pelo martelo pendular ao 
se chocar com o corpo de prova) e de um corpo de prova com dimensões padronizadas 
e entalhado a fim de gerar um ponto concentrador de tensões, onde uma flexão 
provocada por impacto pelo martelo pendular, gerando uma fratura frágil. Este tipo de 
ensaio permite determinar a energia utilizada na deformação e ruptura do corpo de 
prova, Quanto menor for a energia absorvida, mais frágil será o comportamento do 
material àquela solicitação dinâmica. 
O resultado do ensaio gera apenas uma medida de energia absorvida e não 
fornece indicações seguras sobre o comportamento do material ao choque em geral, o 
que só seria possível se pudéssemos ensaiar uma peça inteira em condições de prática, 
ou seja, o ensaio de impacto deve-se restringir a apenas à comparação de materiais 
ensaiados nas mesmas condições. 
Para melhor compreensão do ensaio se gera um diagrama de analise de fratura 
dos materiais cujo qual se alterna uma propriedade que esta intimamente ligada a 
determinação de um material dúctil para frágil; que seria a temperatura em que o 
material irá atuar 
 
 
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Figura-1 
2.1 CORPOS DE PROVA 
 
O corpo de prova é entalhado para permitir que simule um concentrador de tensões 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. 
 
Tipos de Ensaio de impacto 
 CHARPY 
 IZOD 
Ambos tem a mesma dinâmica de ensaio, porém seus meios de fixação do corpo de 
prova e padroes de entalhe. 
 
 
Charpy 
 
Os corpos de prova Charpy são fixados apoiado de maneira centralizada; a 
distância entre apoios é de 40 mm. As dimensões dos corpos de prova 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. 
Izod 
O corpo de prova Izod sua fixação o corpo de prova é engastado na maquina de 
ensaio. As dimensões do corpo de prova tem secção quadrada de 10mm, comprimento 
 
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de 75mm, entalhe a uma distância de 28mm de uma das extremidades, em forma de V. 
É engastado na sua área maior, e o entalhe fica próximo ao ponto de engaste. 
Os corpos de prova com entalhes mais agudos ou mais profundos,(como é caso e 
Charpy tipo A e do Izod), são utilizados para mostrar a diferença de energias absorvidas 
nos ensaios de metais de caráter mais dúcteis, ou com velocidades menores de ensaio 
pois têm condições mais propícias para uma fraturas frágeis. 
 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. Para ensaios de materiais 
frágeis, como é o caso do ferro fundido e fundidos sob pressão os corpos de prova não 
necessitam do entalhe devido sua característica porosa que acabam se tornando 
concentradores de tensão. 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. 
No caso de materiais cujas dimensões não permitem a confecção de corpos de prova 
normais, é possível retirar os corpos de prova reduzidos que constam em métodos E 23 
da ASTM. 
 
Figura -2 
 
 
 
 
 
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2.2PREPARAÇÃO PARA ENSAIO 
 
Alguns cuidados devem ser tomados quando da execução do ensaio de impacto. 
Porexemplo local de retirada de corpos de prova, quanto sua orientação e a direção para 
a confecção do entalhe, que implicam alterações significativas nos resultados do ensaio 
são normatizados. 
 O zeramento do mostrador deve ser efetuado no 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. 
 
 
 
2.2 DINÂMICA DO ENSAIO 
Com o corpo de prova devidamente fixado segundo o tipo de ensaio a se 
fazer(IZOD ou CHARPY), se posiciona o martelo pendular na extremidade do 
pêndulo,e ajustado para que sua queda seja retilínea, e sua energia cinética seja toda 
transferida para o ponto de impacto que seria o entalhe; produzindo assim um valor fixo 
e especificado. O martelo é solto e bate no corpo de prova entalhado já especificado. 
Depois do impacto corpo de prova martelo o martelo em movimento pendular ainda 
sobe alguma altura, essa altura é inversamente proporcional a energia absorvida pelo 
impacto. A energia utilizada para que haja uma fratura provém da 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 a o esforço semelhante exposto ao corpo de prova. O ensaio só é válido 
quando a uma fratura do corpo de prova isto é quando um corpo de prova é rompido no 
entalhe se transformando em 2 pedaços. O Mostrador com ponteiro localizado preso a 
máquina (que deve ser zerado no início do experimento) tem a função de mostrar a 
quantidade de energia absorvida. 
 
 
2.3 TIPOS DE FRATURA 
Os tipos de fratura que podem ocorrer no material ensaiado por impacto podem ser 
frágeis ou dúcteis. As fraturas frágeis são caracterizadas por seu aspecto cristalino, e 
ocorrem com baixa absorção de energia, sendo característica de materiais de baixa 
tenacidade,(CFC). Já as fraturas dúcteis possuem superfície fibrosa, consequente da alta 
 
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absorção de energia durante o impacto, e é característica de materiais que possuem alta 
tenacidade. 
Existem três fatores que contribuem para o surgimento da fratura frágil em materiais 
que são normalmente dúcteis à temperatura ambiente, os quais não precisam atuar ao 
mesmo tempo para produzir uma fratura frágil no material. São eles: 
1. Existência de um estado triaxial de tensões; 
2. Baixas temperaturas; 
3. Taxa ou velocidade de deformação elevada. 
Entre as temperaturas em que ocorrem as fraturas dúcteis e frágeis, ocorre a 
transição dúctil-frágil (também definida por temperatura de transição, onde em uma 
certa temperatura o material sofre uma mudança de caráter de ruptura do material, 
passando de dúctil para frágil), que está relacionada com a temperatura através da 
energia de impacto medida no ensaio. Nessa faixa de temperaturas, o material pode 
romper tanto de maneira dúctil como de maneira frágil. Sabendo desta influência 
decisiva da temperatura sobre os resultados, deve-se portanto, mencionar nos resultados 
junto com o tipo de corpo de prova que foi ensaiado, e analisara composição, elementos 
de liga e inclusões, pois elas podem afetar a temperatura de transição do material. 
 
 
2.4 PROPRIEDADE OBTIDAS NO ENSAIO 
 
Algumas propriedades podem ser obtidas através do ensaio de impacto, tais como 
ductilidade, absorção de energia e fragilidade. Todas sofrem influência da temperatura 
na qual são ensaiados. Porém o ensaio de impacto não fornece um valor quantitativo 
para a tenacidade, pois representa apenas a tenacidade para um dado estado de tensões 
causadas pela geometria do entalhe usado. 
A ductilidade provem da porcentagem de concentração no entalhe, tal como, a 
fragilidade além de ser possível também fornecer a superfície da fratura quanto ao seu 
aspecto, por um exame visual determinando se a fratura é fibrosa (dúctil), granular ou 
cristalina (frágil). 
 
3 DETERMINAÇÃO DE TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO DÚCTIL-
FRÁGIL (TTDF) 
 
Existem diversas metodologias para se determinar a temperatura de transição (T), a 
bibliografia escolhida como referência para este trabalho disponibiliza cinco métodos, 
dos quais três serão apresentados nesta secção. 
 
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A primeira temperatura de transição (T1) é referente a um patamar superior.A partir 
desta temperatura a fratura é 100% fibrosa ou seja, uma fratura totalmente dúctil. T1 é 
obtida observando-se a extremidade direita do gráfico, quando a curva começa a 
apresentar um comportamento aproximadamente linear. Essa temperatura também é 
conhecida como FTP (transição plástica de fratura). 
 O terceiro método para determinar T2 é análogo ao primeiro, só que ocorre na 
extremidade esquerda do gráfico, assim sendo o patamar inferior. Correspondendo que 
abaixo desta temperatura qualquer fratura será 100% frágil. T2 também chamada de 
NDT (transição de ductilidade nula). 
 Para obter T3 calcula-se a média dos valores de energia absorvida 
correspondentes as temperaturas dos patamares inferior e superior. 
Com os dados obtidos foi plotado um gráfico de TTDF para determinar as temperaturas 
de transição, utilizando os métodos descritos acima. Obtendo assim T1 igual a 50° C, T2 
(-100° C), T3 (-75° C). Segue o gráfico 1. 
 
 
Gráfico 1 
 
 
4. DESLOCAMENTO DA CURVA TTDF 
 
 
Diversos motivos podem deslocar a temperatura de transição em um material, como 
a composição química, tamanho de grão, processamento do material e vários outros 
motivos, sendo os principais deles o carbono e o manganês. Sabendo disso podemos 
 
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aumentar ou diminuir a TTDF de um material, em virtude das solicitações mecânicas 
presentes na realização de trabalho. 
 Nos aços é comum observar esse deslocamento em função do percentual de 
carbono presente na liga. Observando oGráfico 2, pode-se notar que a temperatura de 
transição se move para a direita com crescimento percentual de carbono. Assim 
atingindo temperaturas de transição mais elevadas. Entretanto, a energia absorvida pelo 
material diminui no ensaio de impacto, fazendo com que o aço se torne cada vez mais 
frágil. 
 
 
Gráfico.2 
 
Outro agente importante no deslocamento da TTDF é o manganês, só que ao 
contrário do carbono, o manganês move a temperatura de transição para a esquerda. 
Fazendo com que a tenacidade ao impacto aumente. 
 
 
 
5.CONCLUSÃO 
 
 O ensaio de impacto tem um auto custo benefício é capaz de apresentar diversas 
propriedades importantes para a classificação do material através da fratura. Embora sua 
classificação é dependente da temperatura e tipo entalhe (concentrador de tensões). 
 A determinação da temperatura de transição pelos diferentes métodos se mostrou 
bastante sofista, assim não obtendo resultados muito confiáveis. 
Apesar de ser um ensaio bastante utilizado, não possui confiabilidade em seus 
resultados na utilização para projetos. Exigindo assim uma dependência de outro 
ensaios, com resultados mais exatos. 
 
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6.REFERÊNCIA 
 
 SOUZA, SÉrgio Augusto de. ENSAIOS MECÂNICOS DE MATERIAIS 
METÁLICOS: ENSAIOS MECÂNICOS DE MATERIAIS METÁLICOS. 4. ed. 
FlorianÓpolis: Edgard Blucher Ltda, 1979. 239 p. 
 INFOSOLDA. ENSAIOS MECÂNICOS DE MATERIAIS 
METÁLICOS: Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed.. 1997. 
Disponível em: <http://www.infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-
senai/ensaios-nao-destrutivos-e-mecanicos/210-ensaio-mecanico-
impacto.html>. Acesso em: 01 jul. 2018.