Ensaio de Impacto

Universidade do Estado de Santa CatarinaCentro de Ciências Tecnológicas –CCTDepartamento de Engenharia Mecânica - DEM

Objetivo:

Conhecer o equipamento de Impacto

Determinar a energia absorvida.

Aprender a construir a curva energia por temperatura

Determinar a região de transição frágil ductil

EQUIPAMENTOS e MATERIAIS

Máquina de Impacto

Paquímetro

Termopar

Forno

3 Corpo de prova de aço

Nitrogênio Liquido

Norma ASTM - E294a

O ensaio de impacto realiza-se em peças entalhadas para obter a energia absorvida pelo material quando ésubmetido a esforço provocado por choque ou golpe.

Os ensaios mais conhecidos são Charpy (é mais usados nos Estados Unidos), e o Isold (mais usadas na Europa).

O ensaio de impacto é largamente utilizado nas industrias naval e bélica, e em particular, nas construções que deverão suportar baixas temperaturas.

Uma das aplicações refere-ser a transição da propriedade dúctil para a frágil como função da temperatura,

isto possibilita a determinação da faixa de temperatura na qual um material muda de dúctil para frágil

Pode também realizar ensaio de flexão por choque segundo Isold e ensaio de tração por choque.

I - RegiãoFragil; II – Região de Transição; III – Região Ductil

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

0

20

40

60

80

100

120

Ene

rgia

Abs

orvi

da (

j)

Temperatura (0C)

I II III

Existem três principais fatores que contribuem para o surgimento da fratura frágil em materiais que normalmente são dúcteis a temperatura ambiente:

Existência de um estado triaxial de tensões

Baixas temperatura

Taxa ou velocidade de deformação elevada.

Equipamento

Hq

hr

Posição Inicial

Posição Final

Corpo de Prova

CHARPY

Peso do martelo: 19,962Energias Inicial : 300 j.Ângulo de queda: 160o

ISOLD

Peso do martelo: 21,754 kgEnergias Inicial : 165,6 j.Ângulo de queda: 89o

Corpo de Prova

Corpo de Prova utilizado no ensaio de impacto Charpy: tipo A , B, e C (mais utilizados para materiais metálicos)

10 mm

10mm

2 mm

55 mm

55/2

0,25 mm

450

Tipo A

55/2

5 mm

55 mm

1,6 mm

Ø =2 mm

10 mm

10mm

Tipo B

5 mm

55 mm

55/2

2 mm

10 mm

10mm

Tipo C

10 mm

10mm

2 mm

75 mm

28 mm

0,25 mm

450

Corpo de Prova utilizado no ensaio de impacto Isold é do tipos D

Tipo D

Resultados Obtidos no ensaio de Impacto

A determinação da altura do pendulo após a fratura do corpo de prova pode se feita diretamente apela elevação ou calculo baseado no ângulo do pendulo, determinada pela equação:

( )( ) )(cos1 h

)(cos1H

r

q

mS

mS

αβ

−=

−=

onde S= distancia do centro do peso até a extremidade do pêndulo (m);β= ângulo de queda (rad);α= ângulo de rebote (rad).

S

Altura de

queda (Hq)

β

α

Altura de

rebote

hr

Para determinar a velocidade de impacto, desprezando os atritos com o ar, utiliza-se a seguinte relação:

q

q

potencialcinética

Hgv

HgMv

M

EE

2

2

2

=

=

=

onde : E=energia (j);v=velocidade do pendulo no instante do impacto (m/s);g= Aceleração da gravidade (8,91 m/s2).

A energia absorvida no impacto corresponde a diferença entre a energia potencial do pendulo na altura da queda e a energia potencial do pendulo na altura do rebote.

( )rqimpacto hHgME −=

As informações obtidas do ensaio de impacto são:

Energia absorvida: medida diretamente pela maquina

Contração lateral: quantidade de contração em cada lado do corpo de prova fraturada

Aparência da fratura: determinação da porcentagem de fratura frágil ocorrida durante o processo de ruptura,

Entalhe

B

A

Área fosco

(Ductil)

Área brilhante

(Frágil)

Superfície da fratura de corpo de prova Charpy.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Resfriar ou aquecer os corpos de prova até a temperatura de ensaio.

Manter os corpos de prova, após estabilização da temperatura, por menos 5 minutos na temperatura de ensaio, se for no meio liquido

Pelo menos 30 minutos se for em maio gasoso.

Realizar o ensaio de impacto na maquina de ensaio Charpy, medindo a energia de impacto absorvida pelo corpo de prova diretamente na máquina.

O tempo para realização é de 5 segundo no máximo.

Traçar a curva Energia Absorvida X Temperatura e determinar a faixa de temperatura de transição frágil / dúctil.