Aula 4 - ensaio de impacto

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Flávia Spitale Jacques Poggiali
flaviaspitale@gmail.com
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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.
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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.
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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.
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 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.
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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.
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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.
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Dois sistemas comerciais de teste para ensaios de impacto: (a) máquinade impacto da série 8200 da Instron-DynatupÒ e (b) máquina de impacto Fractovis daCEAST, com sistema de aquisição de dados anexado.
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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.
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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.
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O método mais comum para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um peso em oscilação.
A máquina correspondente é o martelo pendular.
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O pêndulo é levado a uma certa posição, onde adquire uma energia inicial.
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Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe.
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A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta uma energia final.
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A diferença entre as energias inicial e final corresponde à energia absorvida pelo material.
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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 energia potencial (Ep) é:
 Ep = m x g x h
m = massa
g = gravidade
h = altura
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Aço baixo carbono na temperatura ambiente. Fratura e mecanismo de 
fratura dúcteis.
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Cobre comercialmente puro. Fratura e mecanismo de fratura dúcteis.
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Latão. Fratura e mecanismo de fratura frágeis.
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Aço baixo carbono a –190oC. Fratura e mecanismo de fratura frágeis.
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Nos ensaios de impacto, utilizam-se duas classes de corpos de prova com entalhe: o Charpy e o Izod.
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Os corpos de prova Charpy compreendem três subtipos (A, B e C), de acordo com a forma do entalhe.
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Corpos de prova de ferro fundido e ligas não ferrosas fundidas sob pressão não apresentam entalhe.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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 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;
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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;
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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.
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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.
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