NBR 6157 - Materiais metálicos Determinação da resistência ao impacto em corpos-de-prova entalhados simplesmente apoiados

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NBR 6157
 DEZ 1980
Materiais metálicos - Determinação
da resistência ao impacto em
corpos-de-prova entalhados
simplesmente apoiados
Sede:
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NORMATÉCNICA
Palavras-chave: Materiais metálicos. Resistência 8 páginas
Método de ensaio
Origem: Projeto MB-1116/1979
CB-04 - Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos Mecânicos
CE-04:014.02 - Comissão de Estudo de Ensaios Mecânicos Gerais
SUMÁRIO
1 Objetivo
2 Documentos complementares
3 Definições
4 Condições gerais
5 Aparelhagem
6 Corpo-de-prova
7 Execução do ensaio
8 Resultados
ANEXO - Tabela e figuras
1 Objetivo
1.1 Esta Norma tem por objetivo fixar os conceitos e os
procedimentos gerais que se aplicam aos ensaios de im-
pacto sobre corpo-de-prova entalhado simplesmente
apoiado de materiais metálicos.
1.2 Esta Norma aplica-se a materiais metálicos, princi-
palmente o aço, não se aplicando, entretanto, a materiais
com baixos valores de resistência ao impacto, tais como
ferro fundido cinzento.
1.3 Este ensaio é particularmente apropriado para
controle de tratamento térmico e comprovação da ten-
dência para a fratura frágil (exemplo: envelhecimento,
fragilidade a quente ou a frio, falha do material).
2 Documentos complementares
Na aplicação desta Norma é necessário consultar:
ISO/R 83 - Acier-Essai de résilience Charpy (entaille
en U)
ISO/R 148 - Acier-Essai de résilience Charpy (entaille
en V)
ISO/R 442 - Vérification des machines d’essai par
choc (mouton-pendules) pour l ‘essai des aciers
DIN 50115 - Testing of metallic materials; Notched
Bar Impact Bending Test
3 Definições
Para os efeitos desta Norma são adotadas as definições
de 3.1 a 3.8.
3.1 Corpo-de-prova
Peça retirada do material com forma e dimensões apro-
priadas para ser submetida a ensaio.
3.1.1 Entalhe do corpo-de-prova
Entalhe no meio do comprimento do corpo-de-prova em
formato em U ou V, com dimensões padronizadas, cujo
plano de simetria deve ser perpendicular ao eixo lon-
gitudinal do corpo-de-prova (Figuras 1, 2 e 3 do Anexo).
3.1.2 Seção resistente original do corpo-de-prova
Seção do corpo-de-prova com o plano de simetria do en-
talhe, sobre a qual são feitas as determinações desejadas.
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3.2 Corpo-de-prova padrão
Corpo-de-prova de seção transversal 10 mm x 10 mm,
com entalhe em U ou V (Figuras 1, 2 e 3 do Anexo).
3.3 Corpos-de-prova reduzidos
Corpos-de-prova com dimensões reduzidas, usados para
materiais cujas dimensões não permitam o uso do corpo-
de-prova padrão.
3.4 Energia de impacto (Ei)
Energia do martelo no momento do impacto.
3.5 Energia absorvida (Ea)
Energia requerida para romper o corpo-de-prova, em uma
máquina de ensaio de impacto, com um só golpe.
3.6 Resistência ao impacto (Ri)
Valor obtido dividindo-se a energia absorvida pela área
da seção resistente original do corpo-de-prova.
3.7 Aspecto da fratura
Forma como se apresenta a superfície da fratura do corpo-
de-prova sob observação macrográfica. Para os fins deste
ensaio, faz-se distinção entre um aspecto fosco ou fibroso
e um aspecto cristalino da fratura.
3.7.1 Fratura dúctil
Fratura de aspecto fosco ou fibroso, caracterizada por
deformação bastante pronunciada antes da ruptura total
da seção resistente original.
3.7.2 Fratura frágil
Fratura de aspecto cristalino (fratura de separação) que
não apresenta sinais de deformação.
3.7.3 Fratura mista
Fratura de aspecto misto que apresenta trechos de fratura
dúctil e frágil simultaneamente.
3.8 Diagrama de transição
Diagrama que representa a energia absorvida ou a resis-
tência ao impacto em função da temperatura de um ma-
terial, mantidos constantes o tipo do corpo-de-prova e
velocidade de impacto.
3.8.1 Patamar superior
Trecho do diagrama de transição que fica acima da faixa
de dispersão e se caracteriza por valores elevados e
pouco dispersos da energia absorvida ou da resistência
ao impacto. No patamar superior ocorrem predominan-
temente fraturas dúcteis.
3.8.2 Zona de transição
Faixa da dispersão do diagrama de transição. Nas tempe-
raturas contidas nesta faixa a energia absorvida ou a
resistência ao impacto pode assumir valores aleatórios.
Em vez da zona de transição, pode ocorrer também uma
transição progressiva do patamar superior para o inferior.
Na zona de transição ocorrem preferencialmente fraturas
mistas.
3.8.3 Patamar inferior
Trecho do diagrama de transição que fica abaixo da zona
de transição e se caracteriza por valores pouco dispersos
da energia absorvida ou da resistência ao impacto. No
patamar inferior ocorrem preferencialmente fraturas
frágeis.
3.8.4 Temperatura de transição
Temperatura que identifica a zona de transição no dia-
grama de transição. Como a zona de transição geralmente
se estende por uma faixa de temperaturas, inexiste uma
definição de validade geral para a temperatura de tran-
sição.
4 Condições gerais
Querendo-se efetuar um simples ensaio de rotina, basta
determinar a energia absorvida ou a resistência ao im-
pacto, em uma única temperatura especificada. Esse
procedimento permite formar um critério sobre a estrutura
do material, desde que as condições do ensaio (tipo do
corpo-de-prova, temperatura e velocidade de impacto)
sejam selecionadas de tal maneira que a resistência ao
impacto de um material, com estrutura adequada, se
encontre no patamar superior do diagrama de transição,
e na posição inferior ou faixa de temperatura de transição
desse diagrama, quando a estrutura do material for
deficiente. Para se desenvolver um estudo de precisão
deve-se levantar o diagrama de transição tanto na zona
de transição como também nas faixas de temperaturas
adjacentes a ela em ambos os lados, para uma extensão
cuja amplitude seja significativa (Figuras 6 e 7 do Anexo).
O diagrama é obtido traçando-se uma curva ajustada aos
pontos determinados. O diagrama e a dispersão dos
valores obtidos nos ensaios dependem do material, do ti-
po de corpo-de-prova e da velocidade de impacto.
5 Aparelhagem
5.1 Condições gerais
Os ensaios devem ser executados com um pêndulo
Charpy, o qual deve ser construído e instalado de maneira
que possa permanecer rígido e estável, para que a perda
de energia (devido a uma translação, rotação ou vibração)
na armação, durante o ensaio, seja desprezível. A verifi-
cação da aparelhagem deve ser feita segundo a
ISO/R 442, enquanto não houver norma brasileira corres-
pondente.
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5.2 Martelo
O martelo deve ter na pena (parte que entra em contato
com o corpo-de-prova) um ângulo de (30 ± 1)° e um raio
de curvatura de 2 mm a 2,5 mm. A velocidade do martelo
no momento do impacto será de 5 m/s a 7 m/s. O martelo
deve oscilar em um plano vertical e o centro de percussão
deve coincidir com o centro de impacto (Figuras 4 e 5 do
Anexo).
Nota: A velocidade a que 5.2 se refere pode ser calculada com
bastante precisão por meio da relação:
V = 2 GR (1 - cos ) = 2 GHα
Onde:
G = aceleração da gravidade, em m/s2 (salvo indi-
cação em contrário, adotar o valor 9,81 m/s2)
R = distância do centro de rotação até o centro de
gravidade do pêndulo, em m
α = ângulo de suspensão
H = altura de queda do martelo, em m
V = velocidade, em m/s
5.3 Energia de impacto
A energia de impacto, embora especificada pelo fabrican-
te da máquina, pode ser calculada pela fórmula:
Ei = PR (1 - cos αm )
Onde:
Ei = energia de impacto, em J
P =peso do pêndulo, em N
R =distância do centro de rotação até o centro de
gravidade do pêndulo, em m
αm = ângulo desuspensão máximo
5.4 Dimensões dos suportes (Figura 4 do Anexo)
5.4.1 Distâncias entre os apoios: 40 0 00 5−+ ,, mm.
5.4.2 Raio de curvatura dos suportes: 1,0 mm a 1,5 mm.
5.4.3 Inclinação dos suportes: 1:5.
6 Corpo-de-prova
6.1 O corpo-de-prova deve ser totalmente usinado, com
dimensões e tolerância conforme a Tabela do Anexo.
6.2 O entalhe deve ser feito por qualquer método de usi-
nagem, devendo ser preparado cuidadosamente para
evitar a presença de estrias longitudinais, principalmente
no fundo.
6.3 O ângulo entre o plano de simetria do entalhe e o eixo
longitudinal do corpo-de-prova deve ser de (90 ± 2)°.
6.4 Os corpos-de-prova padrão são classificados em U3(Figura 1 do Anexo), U5 (Figura 2 do Anexo) e V2 (Figura 3
do Anexo).
Nota: As dimensões da seção transversal do corpo-de-prova
podem diferir das do corpo-de-prova padrão
(10 mm x 10 mm), conforme a Tabela do Anexo, e das do
corpo-de-prova reduzido, desde que a espessura do pro-
duto o exija.
7 Execução do ensaio
7.1 Temperatura do corpo-de-prova
Quando para o ensaio não for especificada a temperatura
ou for estipulada “temperatura ambiente”, a temperatura
do corpo-de-prova deve ser (20 ± 2)°C.
7.2 Tempo de homogeneização de temperatura
O corpo-de-prova deve ser mantido por 10 min, no mínimo,
à temperatura especificada para o ensaio com tolerância
de ± 2°C. Não pode exceder 5 s e o tempo entre a retirada
do corpo-de-prova por meio de homogeneização e o
impacto do martelo sobre o mesmo.
7.3 Posicionamento do corpo-de-prova
O corpo-de-prova deve ser colocado em esquadro sobre
os suportes e a sua seção resistente original coincidindo
com o plano médio entre eles, com tolerância de 0,5 mm.
O dispositivo empregado para manuseio do corpo-de-
prova não deve alterar a temperatura de ensaio espe-
cificada. O martelo deve golpear o corpo-de-prova no
plano de simetria do entalhe e sobre a face oposta à que
a contém (Figura 4 do Anexo).
7.4 Tipo do corpo-de-prova
O tipo do corpo-de-prova a ser usado deve ser indicado
pela especificação do produto.
7.5 Cálculo da energia absorvida
A energia absorvida pode ser calculada pela seguinte
fórmula:
Ea = PR (cos β - cos ) - Eµ
Onde:
Ea = energia absorvida, em J
P = peso do pêndulo, em N
R = distância do centro de rotação até o centro de
gravidade do pêndulo, em m
α
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α = ângulo de suspensão do pêndulo
β = ângulo máximo atingido pelo pêndulo após a
ruptura do corpo-de-prova
Eµ = perda de energia do pêndulo por atrito, em J
Nota: Tomando-se as devidas precauções para que a perda de
energia do pêndulo por atrito ( Eµ ) seja desprezível e
fixando-se o ângulo de suspensão (α ), pode ser elabo-
rada uma tabela para a energia absorvida (Ea) em função
do ângulo máximo (β), atingido pelo pêndulo após a ruptu-
ra do corpo-de-prova.
7.6 Temperatura de transição
Para a determinação da temperatura de transição, pode-
se adotar, entre outros, um dos seguintes critérios:
a) temperatura na qual é obtido um valor especifica-
do para a energia absorvida ou para a resistência
ao impacto. Exemplo: Ea (V2 x 10) = 30 J;
b) temperatura na qual é obtida uma percentagem
especificada da energia absorvida ou da resis-
tência ao impacto do patamar superior. Exemplo:
55%;
c) temperatura na qual é obtida uma percentagem
especificada de fratura dúctil. Exemplo: 50%.
8 Resultados
No relatório de ensaio devem constar:
a) número desta Norma;
b) identificação do material;
c) critérios de amostragem;
d) tipo e quantidade de corpos-de-prova;
e) energia de impacto utilizada, em joules;
f) perda de energia do pêndulo por atrito, em joules;
g) temperatura do corpo-de-prova, em graus Celsius;
h) a energia absorvida (Ea), em joules, ou a resis-
tência ao impacto (Ri), em joules por centímetros
quadrado;
i) para o corpo-de-prova não rompido no ensaio deve
ser mencionado corpo-de-prova não rompido por
tantos joules;
j) quando solicitado, o aspecto da fratura e/ou tempe-
ratura de transição;
l) nome do responsável pelo ensaio;
m) local e data do ensaio.
/ANEXO
NBR 6157/1980 5
Pa
dr
ão
R
ed
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ANEXO - Tabela e Figuras
Tabela - Tipos, dimensões e tolerâncias de corpos-de-prova
Dimensões e tolerâncias (mm)
Tipo Nomenclatura Altura Seção Largura sob Profundidade Raio de curvatura Comprimento Largura
b resistente entalhe do entalhe da base do entalhe c
original c - a a r l
(c - a) x b
V2 x 10 8 x 10 8 ± 0,05 2 ± 0,05 0,25 ± 0,025
U3 x 10 10 ± 0,05 7 x 10 7 ± 0,05 3 ± 0,05
1 ± 0,07
U5 x 10 5 x 10 5 ± 0,05 5 ± 0,05
V2 x 2,5 2,5 ± 0,05 8 x 2,5
V2 x 5,0 5,0 ± 0,05 8 x 5 8 ± 0,05 2 ± 0,05 0,25 ± 0,025
V2 x 7,5 7,5 ± 0,05 8 x 7,5 55 ± 0,6 10 ± 0,05
U3 x 2,5 2,5 ± 0,05 7 x 2,5
U3 x 5,0 5,0 ± 0,05 7 x 5 7 ± 0,05 3 ± 0,05
U3 x 7,5 7,5 ± 0,05 7 x 7,5 1 ± 0,07
U5 x 2,5 2,5 ± 0,05 5 x 2,5
U5 x 5,0 5,0 ± 0,05 5 x 5 5 ± 0,05 5 ± 0,05
U5 x 7,5 7,5 ± 0,05 5 x 7,5
Notas: a) A nomenclatura adotada para os tipos de corpos-de-prova é baseada em:
F
a x b x c
Onde:
F= formato do entalhe “U” ou “V”
a = profundidade do entalhe
b = altura do corpo-de-prova (dimensão ao longo do entalhe)
c = largura do corpo-de-prova, igual a 10 mm e comum para todos os tipos de corpos-de-prova, não utilizada para a
simplificação da nomenclatura
b) A tolerância para o ângulo do entalhe em V é ± 2°, sendo V = 45°.
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Figura 1 - Corpo-de-prova com entalhe em U e 3 mm de profundidade
Figura 2 - Corpo-de-prova com entalhe em U e 5 mm de profundidade
Figura 3 - Corpo-de-prova com entalhe em V
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Figura 4 - Dimensões dos suportes
Figura 5 - Dispositivo de ensaio
8 NBR 6157/1980
Figura 6 - Curva esquemática mostrando resistência ao impacto x temperatura (apresentando zona de transição)
Figura 7 - Curva esquemática mostrando resistência ao impacto x temperatura (zona de transição substituída
pela curva)