O Impacto Charpy

ENSAIO DE IMPACTO CHARPY

Bruno Cardozo de Holanda

Rafael Cantelli

Tomás Ribeiro

341L, 2016

Resumo: O ensaio de impacto Charpy é um ensaio dinâmico utilizado com objetivo de verificar o comportamento mecânico de um material e avaliar a temperatura de transição de comportamento dúctil-frágil. Para tanto, a carga é aplicada através de um pêndulo que atinge o corpo de prova, a diferença de altura antes e após o choque determina a energia absorvida. Sabe-se que em diferentes temperaturas os materiais comportam-se de maneira distinta, quanto maior a temperatura maior a ductilidade, sendo assim há maior absorção de energia. Experimentalmente foram realizados ensaios com 12 corpos do aço ABNT/SAE 1060, sendo estes dividos em pares submetidos a diferentes temperaturas, -190, -20, 0, temperatura ambiente, 100 e 200 °C. A partir dos valores e energia traçou-se a curva energia absorvida x temperatura determinando-se que a temperatura de transição de comportamento que encontrou-se próxima à.7,95°C. Sequencialmente analisaram-se as fraturas dos corpos, por fim pode-se concluir que quanto maior a temperatura mais dúctil torna-se o material e mais deformada está a fratura

1. Introdução

        Os ensaios de resistência ao impacto são utilizados para analisar a transição dúctil-frágil dos materiais por meio de uma aplicação de carga por um curto período de tempo. O choque é promovido pela liberação de um pêndulo contra um corpo de prova entalhado, assim, o entalhe funciona como um concentrador de tensões e será uma pré-fratura por onde a trinca se propagará e formará uma superfície de ruptura.

Uma fratura consiste na separação de um corpo em partes quando exposto a uma tensão e é proporcional à intensidade de deformação plástica, tornando possível duas classificações:

- Fratura frágil ou fibrosa, característica de corpos mais rígidos;

- Fratura dúctil ou cristalina, para corpos elásticos (Souza,1982).

        Entre as temperaturas em que ocorrem as fraturas dúcteis e frágeis, também ocorre a transição dúctil-frágil. Nessa faixa de temperatura o material pode romper tanto de maneira dúctil como de maneira frágil. A energia absorvida durante o ensaio varia sensivelmente com a mudança de temperatura (Souza, 1982). Na figura 2 é possível analisar um gráfico típico de ensaio de impacto Charpy relacionando energia absorvida pela temperatura de ensaio.

[pic 2]

Figura 2- Representação de gráfico de ensaio Charpy envolvendo energia absorvida pela temperatura de ensaio.

        O ensaio de impacto Charpy, é um ensaio dinâmico onde o corpo de prova é bi-apoiado no suporte da máquina e tem o formato de uma barra de seção transversal quadrada, no qual é usinado o entalhe, os corpos são dispostos de modo que o entalhe fique na face oposta àquela que receberá o impacto do martelo pendular. Esses corpos de prova podem apresentar entalhe em três configurações diferentes: tipo V, tipo U e entalhe cilíndrico.

        A energia que o corpo de prova absorve é medida pela diferença entre a altura atingida pelo martelo antes e após o impacto, lida na própria máquina. Quanto menor a energia absorvida, mais frágil será o material àquela solicitação mecânica.

[pic 3]

        Figura 1- Representação de um ensaio de impacto Charpy, (a) posição do entalhe na máquina, (b) vista lateral do ensaio (http://www.mspc.eng.br/ciemat/ensaio130.shtml, acessado em 2016)

1. Objetivos

Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento frágil de um aço carbono 1060 em função da temperatura pelo ensaio de impacto Charpy. Assim, determinar as energias absorvidas no ensaio de impacto em diferentes temperaturas e obter as temperaturas de transição dúctil para frágil seguindos diferentes critérios.

1. Materiais e Métodos

3.1 Materiais

Para a realização do ensaio são utilizados doze corpos de prova idênticos do aço 1060, seguindo a configuração geométrica da norma ASTM E23, sendo configuração do tipo A, com entalhe em V.

Os corpos de prova foram variados nas seguintes temperaturas:

- Nitrogênio líquido (-190°C)

- Gelo e sal ( -20°C e 0°C)

- Temperatura ambiente

- Forno tipo MUFLA (100°C e 200°C)

Por fim, para a realização do ensaio de impacto do tipo Charpy foi utilizado a máquina Mohr+Federhaff+Losenhausen demonstrada na figura 3.

[pic 4]

Figura 3 -  Equipamento utilizado para Ensaio de Impacto Charpy

3.1 Métodos

Inicialmente para ajustar o “ponto zero” da escala e zerá-lo, eleva-se o pêndulo da máquina de ensaio Charpy até a altura inicial preestabelecida e trava-o nesta posição. Posiciona-se o ponteiro no disco graduado para a capacidade máxima de energia potencial da máquina (30 kgf.m) e finalmente solta-se o pêndulo da altura inicial.       Somente após este procedimento inicial que a máquina estará calibrada.

Assim, os ensaios são realizados elevando-se o pêndulo até a altura de capacidade máxima, e este é travado no alto. O corpo de prova é posicionado na região da máquina onde já existem apoios previamente preparados de forma que o entalhe fique oposto a região de impacto – o manuseio do corpo de prova não deve exceder mais de 6 segundos, do contrário, o material deve retornar à sua temperatura inicial e estabilizá-la por 15 minutos para a realização do mesmo procedimento,

 Finalmente o pêndulo é solto e o choque rompe o material, assim, a energia absorvida é registrada no disco graduado do equipamento e o corpo rompido é recolhido para posterior avaliação da fratura. Tais operações são repetidas para dois corpos de prova em cada temperatura.

1. Resultados e Discussões

        Com a realização dos ensaios de impacto nas amostras, obteve-se os seguintes resultados de energia absorvida, apresentados na tabela 1 e as fotos dos corpos-de-prova de cada temperatura apresentados na tabela 2.

Tabela 1 – Temperaturas de ensaio e respectivas energias de impacto