EME 411 - IMPACTO - José Célio

EME 411 - IMPACTO - José Célio

Laboratório de Ensaios Destrutivos e Não-Destrutivos (LEDEND)

Ensaio de Impacto

EME 411 – Resistência Mecânica Prof.: José Célio

Aluna: Tanara Priscilla Ribeiro Rose

EME 411 – Resistência Mecânica

Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)

Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI

Instituto de Engenharia Mecânica EME 411 – Resistência Mecânica Prof.: José Célio

Aluna: Tanara Priscilla Ribeiro Rose

1. INTRODUÇÃO

O ensaio de um material é de extrema importância para a engenharia. É a partir de ensaios que pode-se classificar um material quanto as suas características mecânicas e, assim, saber para que aplicação cada material é indicado.

No caso, o ensaio que foi realizado foi o ensaio de impacto Charpy com um corpo de prova de acrílico. As conclusões puderam se feitas a partir do que foi observado, analisando o tipo de fratura e a resistência ao impacto que pode ser calculada.

2. OBJETIVO

O objetivo do experimento é fazer o ensaio de impacto em um corpo de prova obedecendo à norma ASTM E-23 e dessa forma ver como um material reage a um impacto, analisando o tipo de fratura e a carga que foi absorvida pelo corpo de prova. O tipo de ensaio adotado foi o Charpy que será explicado mais adiante no item “3.1.2 – O corpo de prova”.

3. DESENVOLVIMENTO 3.1. TEORICO 3.1.1. O ensaio

Um dos ensaios que permitem estudar os efeitos das cargas dinâmicas é o ensaio de impacto. Este ensaio é usado para medir a tendência de um metal de se comportar de maneira frágil.

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

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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.

3.1.2. O corpo de prova

Nos ensaios de impacto, utilizam-se duas classes de corpos de prova com entalhe: o

Charpy e o Izod. Esses corpos de prova seguem especificações de normas internacionais, baseadas na norma americana E-23 da ASTM. Os corpos de prova Charpy compreendem três subtipos (A, B e C), de acordo com a forma do entalhe.

A figura a seguir mostra as formas e dimensões desses três tipos de corpos de prova e dos respectivos entalhes.

Figura D1: Corpos de prova.[1]

No caso do corpo de prova do ensaio, apresentava, diferentemente do que se diz a norma, as seguintes dimensões:

Figura D2: Corpo de prova utilizado no ensaio

As diferentes formas de entalhe são necessárias para assegurar que haja ruptura do corpo de prova, mesmo nos materiais mais dúcteis. Quando a queda do martelo não provoca a ruptura do corpo de prova, o ensaio deve ser repetido com outro tipo de corpo de prova, que apresente entalhe mais severo, de modo a garantir a ruptura. Dos três tipos apresentados, o C é o que apresenta maior área de entalhe, ou seja, o entalhe mais severo. O corpo de prova Izod tem a mesma forma de entalhe do Charpy tipo A, localizada em posição diferente (não centralizada) como mostrado na figura a seguir.

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Figura D3: Localização do entalhe para corpo de prova Izod.[1]

O corpo de prova Charpy é apoiado na máquina e o Izod é engastado, o que justifica seu maior comprimento. No caso do ensaio, optou-se por utilizar o ensaio Charpy com capacidade de carga de 21,6J.

A única diferença entre o ensaio Charpy e o Izod é que no Charpy o golpe é desferido na face oposta ao entalhe e no Izod é desferido no mesmo lado do entalhe (Figura D4).

Figura D4: Ensaio de tensão Charpy e Izod. [1]

As dimensões do corpo de prova, a forma e o tamanho do entalhe usado determinam um dado estado de tensões que não se distribuem de modo uniforme por todo o corpo de prova, no ensaio. Por isso, esse ensaio não fornece um valor quantitativo da tenacidade do metal. A energia medida é um valor relativo e serve apenas para comparar resultados obtidos nas mesmas condições de ensaio. Isso explica por que os resultados desse ensaio não têm aplicação nos cálculos de projetos de engenharia.

Mesmo tomando-se todos os cuidados para controlar a realização do ensaio, os resultados obtidos com vários corpos de prova de um mesmo metal são bastante diversos. Para chegar a conclusões confiáveis a respeito do material ensaiado, é recomendável fazer o ensaio em pelo menos três corpos de prova.

Tudo o que foi dito até agora sobre o ensaio de impacto pressupõe sua realização à temperatura ambiente. Em condições de temperatura diversas da temperatura ambiente, os resultados deste ensaio variam sensivelmente. [1]

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3.1.3. A fratura

As fraturas produzidas por impacto podem ser frágeis ou dúcteis. As fraturas frágeis caracterizam-se pelo aspecto cristalino e as fraturas dúcteis apresentam aparência fibrosa [1]. A seguir podemos ver um gráfico representativo dos dois tipos de fratura, relacionando Energia de Impacto [J] com Temperatura [°C]:

Onde:

NDT: Temperatura de ductilidade nula; FTP: Temperatura 100% fibrosa (dúctil).

Figura D.5: Gráfico Energia de Impacto x Temperatura. [2]

Os materiais frágeis rompem-se sem nenhuma deformação plástica, de forma brusca. Por isso, esses materiais não podem ser utilizados em aplicações nas quais sejam comuns esforços bruscos, como em eixos de máquinas, bielas etc.

Para estas aplicações são desejáveis materiais que tenham capacidade de absorver energia e dissipá-la, para que a ruptura não aconteça, ou seja, materiais que apresentem tenacidade. Esta propriedade está relacionada com a fase plástica dos materiais e por isso se utilizam as ligas metálicas dúcteis neste tipo de aplicação. Porém, mesmo utilizando ligas dúcteis, com resistência suficiente para suportar uma determinada aplicação, verificou-se na prática que um material dúctil pode romper-se de forma frágil.

Esta característica dos materiais ficou mais evidente durante a Segunda Guerra Mundial, quando os equipamentos bélicos foram levados a solicitações críticas de uso, despertando o interesse dos cientistas pelo assunto.[1]

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3.2. ENSAIO

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 conhecido.

O método mais comum, e também é o que realizamos, para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um peso em oscilação. A máquina correspondente é o martelo pendular. O pêndulo é levado a uma certa posição, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe. [1]

Figura D.6: Representação gráfica do funcionamento do ensaio de impacto realizado. [2]

A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta uma energia final.

A diferença entre as energias inicial e final corresponde à energia absorvida pelo material.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia adotada é o joule. Em máquinas mais antigas, a unidade de energia pode ser dada em kgf · m, kgf · cm ou kgf · m.

A máquina é dotada de uma escala, que indica a posição do pêndulo, e é calibrada de modo a indicar a energia potencial.

No ensaio de impacto, a massa do martelo e a aceleração da gravidade são conhecidas. A altura inicial também é conhecida. A única variável desconhecida é a altura final, que é obtida pelo ensaio.

O mostrador da máquina simplesmente registra a diferença entre a altura inicial e a altura final, após o rompimento do corpo de prova, numa escala relacionada com a unidade de medida de energia adotada.[1]

Para iniciar o ensaio, primeiramente se faz um entalhe no corpo de prova para assim inserir uma região de tensão triaxial e posteriormente se mede as dimensões do corpo de prova como pode ser obervado na Figura D2.

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4. CONCLUSÃO

Após o ensaio completo, pode-se observar que a fratura não se caracterizava como totalmente dúctil ou totalmente frágil, mas sim em uma fase de transição, por isso foi classificada como semi frágil, além disso a resistência ao impacto(RI) foi de 16,85 kJ/m² sendo calculada da seguinte maneira:

Onde ΔU = 0,02 J é a energia perdida por atrito com o ar e os mancais.

Apesar de se ter obtido resultados que podem parecer satisfatórios, não podemos tirar conclusões seguras “mesmo tomando-se todos os cuidados para controlar a realização do ensaio, os resultados obtidos com vários corpos de prova de um mesmo metal são bastante diversos. Para chegar a conclusões confiáveis a respeito do material ensaiado, é recomendável fazer o ensaio em pelo menos três corpos de prova.” [1]. Além disso, o corpo de prova não atendia as dimensões especificadas na norma ASTM E-23, o que pode causar uma pequena variação nos valores obtidos pelos ensaios.

5. BIBLIOGRAFIA [1] Apostila TELECURSO 2000 – Mecânica – “Aula 16: Ensaio de Impacto”.

[2] http://www.gps.dema.fem.unicamp.br/aulas2007/ensaio_de_impacto.pdf

[3] Notas de aula

6. ANEXOS 6.1. Material Utilizado

Os materiais que foram utilizados para a realização da experiência foram listados abaixo:

- amostra de acrílico ou pexiglass; - máquina de ensaio de impacto EMIC semelhante à representada na Figura G1;

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Figura G1: Foto e Representação gráfica de uma máquina de ensaio de tração.[1]

- serra para realização do entalhe; - paquímetro MITUTOYO com precisão de 0,02 m.

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