ENSAIOS DE MATERIAIS

ENSAIOS DE MATERIAIS

São testes realizados em materiais, visando determinar suas propriedades mecânicas, comparar materiais, controlar produção bem como participação fundamental na garantia da qualidade, onde os resultados obtidos devem ser comparados com padrões estabelecidos por normas.

Existem vários tipos de ensaios de materiais como ensaio de Tração, Dobramento, Dureza e Impacto.

Tomaremos como tema o ensaio de Impacto.

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

ENSAIO DE IMPACTO

A tenacidade de um material, avaliada a partir do ensaio de tração, pode dar uma idéia da sua resistência ao impacto, mas a relação não é necessariamente conclusiva. Esse fato tornou-se relevante durante a segunda guerra mundial, quando navios passaram a usar chapas soldadas no lugar da tradicional construção rebitada.

Sob impacto, trincas iniciadas em regiões de solda podiam propagar-se pelas chapas, que não apresentavam perda de tenacidade ou ductilidade em ensaios de tração.

Foram desenvolvidos então ensaios específicos para impactos, considerando que a resistência aos mesmos é grandemente afetada pela existência de trincas ou entalhes e pela velocidade de aplicação da carga, condições que não podem ser facilmente implementadas em um ensaio comum de tração. A temperatura também exerce significativa influência.

OBJETIVOS GERAIS

Os ensaios de impacto são feitos para medir a segurança, qualidade e confiabilidade dos mais diversos materiais como, por exemplo, automobilismo, aeronaves assim como em peças específicas utilizadas na indústria.

O ensaio de impacto é empregado no estudo da fratura frágil dos metais, que é caracterizada pela propriedade de um metal atingir a ruptura sem sofrer deformação apreciável.

Embora hoje em dia existem para esse fim ensaios mais elaborados e bem mais representativos, pela sua simplicidade e rapidez, o ensaio de impacto (às vezes denominado ensaio de choque ou impropriamente de ensaio de resiliência), é um ensaio dinâmico usado ainda em todo o mundo e consta de várias normas técnicas internacionais como ensaio obrigatório, principalmente para materiais utilizados em baixa temperatura, como teste de aceitação do material.

Os materiais testados são de madeira, aço, ferro e até mesmo o plástico.

O ensaio de impacto permite estudar os efeitos das cargas dinâmicas, este ensaio é usado para medir quanto um material pré-estabelecido tende a comportar-se de maneira frágil.

O choque ou impacto representa um esforço de natureza dinâmica, porque a carga é aplicada repentina e bruscamente.

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.

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 desconhecido.

O resultado do ensaio é apenas uma medida da energia absorvida na fratura de um corpo de prova, não fornecendo indicações seguras sobre o comportamento do metal ao choque em geral.

Existem vários fatores na resistência ao impacto tais como entalhe ou descontinuidade, composição do metal de base, composição do metal de adição, tratamento térmico, grau de encruamento, tamanho de grão, temperatura, etc.

Nos metais do sistema cúbico de corpo centrado, a temperatura tem um efeito acentuado na resistência ao impacto tal que, à medida que a temperatura diminui, o corpo de prova se rompe com fratura frágil ou cristalina e pequena absorção de energia. Acima dessa temperatura as fraturas do mesmo metal passam a ser dúcteis e com absorção de energia bem maior em relação àquela ocorrida em temperaturas.

O método mais comum para ensaiar materiais é do golpe, desferido por um peso em oscilação. A máquina correspondente é o martelo pendular.

O pêndulo é levado a certa posição, onde adquire uma energia inicial, ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe. A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta uma energia final.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

TIPOS DE ENSAIO

Durante a primeira metade do século XX, um metalúrgico chamado Izod inventou um tipo de ensaio de impacto para se determinar a capacidade de usar alguns metais como ferramentas de corte. O teste envolvia um pêndulo com massa conhecida o qual impactava o corpo-de-prova que estava engastado em posição vertical. Alguns anos mais tarde outro metalurgista chamado Charpy efetuou uma pequena modificação neste ensaio, orientando o corpo-de-prova em uma posição horizontal.

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A resistência ao impacto é uma das mais importantes características do material em um projeto em que se queiram prever as possibilidades de fratura prematura (Marshall et al., 1973). De acordo com N.L. Hancox (Hancox, 2000) a resistência ao impacto pode ser definida como a aplicação repentina de uma força de impulso, em um volume limitado de um material ou parte de uma estrutura. Já de acordo com Abrate (Abrate, 1998) a resistência ao impacto é definida como o estudo do dano induzido pelo impacto de um objeto em um determinado material e os fatores que afetam o impacto.

O impacto é categorizado em de baixa e de alta velocidade (e algumas vezes em de hipervelocidade), entretanto não existe uma transição muito clara entre estas categorias e alguns autores discordam destas definições (Richardson et al., 1996). Sjoblom et al. (1988) definem impacto de baixa velocidade como eventos que podem ser tratados como quase-estáticos. O limite superior pode variar de 1 m/s a dezenas de m/s dependendo da rigidez do impactador. Impactos de alta velocidade são dominados por propagação de uma onda de tensão através do material, onde a estrutura não dispõe de um tempo de resposta, sendo então submetida a um dano local. Já de acordo com Abrate (2001), impactos de baixa velocidade ocorrem quando a velocidade do impactador é inferior a 100 m/s e para impactos de hipervelocidade, a velocidade é superior a 1 km/s. Cantwell et al. (1991) caracterizam o impacto de baixa velocidade como impactos com velocidade até 10 m/s.

NORMALIZAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

Geralmente os corpos de prova entalhados para ensaio de