Ensaio de Impacto: o que é e como fazer?

Publicado por Materiais Júnior em outubro 8, 2020outubro 8, 2020

Mesmo antes da 2ª Guerra Mundial, o Ensaio de Impacto já era realizado, mas não era considerado requisito para especificar as propriedades e comportamento de um material. Como consequência, as armas, submarinos, tanques, e outros equipamentos utilizados sofreram fraturas e trincas muito evidentes, diminuindo sua vida útil.

Esse problema fez os engenheiros olharem com mais atenção aos ensaios que determinavam o comportamento de certo material, afim de aplicá-lo da melhor forma.

O que é Ensaio de Impacto?

O Ensaio de Impacto é uma ferramenta que, a partir da aplicação de uma força brusca e repentina, é possível determinar as propriedades mecânicas dos materiais, como: ductilidade e fragilidade. Outra propriedade determinada após o ensaio de impacto é a tenacidade.

A ductilidade de um material é a sua capacidade de deformar sem se romper, e portanto, a sua resistência. Por outro lado, existe a fragilidade, ou seja, o quanto o material não consegue suportar a deformação sem apresentar trincas ou se romper.

Gráfico tensão-deformação – Material Frágil e Material Dúctil

Já a tenacidade é uma propriedade determinada a partir do comportamento na fase plástica do material após o ensaio, e que nos informa o quanto um material deforma quando submetido ao impacto da máquina, apresentando a propagação de dois tipos de fraturas: as dúcteis e as frágeis.

O Ensaio de Impacto foi desenvolvido principalmente a fim de se analisar o comportamento e a resistência dos materiais em condições de temperaturas baixas, elevadas taxas de deformação e/ou com acúmulo de tensões triaxiais.

Fraturas Frágeis x Dúcteis

Todos os tipo de materiais, sejam eles metálico, polimérico ou cerâmico podem apresentar dois tipos de fraturas, as dúcteis e as frágeis. Uma das diferenças que pode ser analisada com o uso de um MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura), é que as fraturas dúcteis possuem uma aparência fibrosa, enquanto que nas frágeis, a fratura apresenta um aspecto cristalino.

Essas duas formas significam que, o material dúctil absorve melhor a energia, enquanto o frágil absorve menos, apresentando uma baixa tenacidade.

Em ambos os casos, o acúmulo de tensões internas na peça acelera a propagação de trincas, só que no material dúctil, as trincas se propagam com pouca facilidade, aumentando a vida útil do material retardando o comportamento frágil. Já no material frágil, essa propagação é mais rápida e sem quase nenhuma deformação plástica.

Como é feito?

Outro objetivo do Ensaio de Impacto é quantificar a energia necessária para um corpo de prova, feito de qualquer material, se deformar e romper. Ele é realizado através de uma máquina, na qual um martelo pendular é solto e se choca com um corpo de prova.

Durante o ensaio, o martelo pendular com massa conhecida, é fixado a uma determinada altura. Com esses dois valores mais a aceleração da gravidade, é possível determinar sua energia potencial. Quando ele é solto e se choca, partindo o corpo de prova ao meio, o pêndulo acaba subindo até uma certa altura, menor que a anterior.

A energia de impacto absorvida pelo material é calculada através da energia potencial inicial adquirida pelo martelo, subtraída da energia potencial final que o pêndulo adquire quando rompe o corpo de prova – normalmente em baixa temperatura, pois sua fragilidade aumenta –  e sobe até uma certa altura.

Portando, como pêndulo, ao se chocar com o corpo de prova , não retornará para a altura inicial. Essa energia que foi perdida na verdade for absorvida pelo material no momento do impacto.

Os corpos de prova

Mas não se deve colocar uma barra de 1 kg de algum metal na máquina de qualquer espessura ou em qualquer posição. Normas e especificações, como as da ASTM devem ser seguidas para que os resultados dos ensaios sejam confiáveis. Algumas dessas normas definem os tipos de entalhe do material e a relação entre a posição do entalhe com o impacto do martelo.

Esse ensaio é regulamentado através de normas técnicas como as seguintes:

• ASTM E23, ASTM D6110, ASTM F648, ASTM D256, ASTM A 370;
• ABNT NM 281-1;
• ISO 180, ISO 179.

Para diferenciar o entalhe, são utilizadas três letras: A, B e C. Essa diferença se baseia no tamanho e na forma do entalhe feito no corpo de prova: sendo o A o menor, em formato de V, até o C, que é o maior em formato de U. Esses entalhes garantem que, quando o martelo colidir, o corpo se rompa, além de ser mais fácil de analisar o caminho que a fratura percorreu.

Além disso, os corpos de provas não devem ser grandes, muito por conta da não necessidade de gastar mais material do que o necessário, já que é preciso realizar o ensaio com 3 amostras para o resultado ser preciso. Além de que o comportamento do material será o mesmo, independente do tamanho.

Outra maneira de realizar os ensaios é através de duas amostras. A primeira é pela amostra Charpy, na qual o entalhe é posicionado de maneira oposta ao pêndulo e apenas apoiado. Esse tipo de amostra é mais utilizada que a de Izod, na qual o entalhe está a favor do pêndulo e uma das extremidades está fixada, como mostra a imagem a seguir.

                                                                                          Pêndulos Izod E Charpy. Fonte

Por quê realizar o Ensaio de Impacto?

A realização diferentes tipos de ensaios, mas principalmente o de impacto, é extremante importante dependendo da aplicação em que o material será usado. Pois, além de possibilitar determinar as propriedades de um material, identificando seu comportamento, e portanto, sua melhor aplicabilidade, eles são um passo importante na seleção de materiais, e para que produto feito desse material seja aprovado em qualquer auditoria para poder ser utilizado.

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