Teste de impacto Charpy:como mede a resistência, procedimento e interpretação do material

O teste de impacto Charpy foi desenvolvido pela primeira vez em 1900 para avançar na compreensão de por que os materiais falham prematuramente. O teste Charpy determina quanta energia um material absorve durante a fratura, conhecida como energia de impacto, e é usado para avaliar a resistência ao impacto Charpy de um material. O teste é comparativo, o que significa que as resistências ao impacto de vários materiais são comparadas entre si, desde que tenham sido testadas utilizando a mesma norma. O procedimento do teste de impacto Charpy envolve atingir uma amostra entalhada com um pêndulo oscilante. A altura do pêndulo antes e depois do impacto é usada para determinar quanta energia foi absorvida pela amostra. O teste ajuda a avaliar a tenacidade do entalhe, que indica a resistência do material à fratura no local do entalhe.

O Teste de Impacto Charpy é um método usado em testes de materiais para medir a resistência ao impacto, que responde à pergunta:O que é o teste Charpy?, determinando quanta energia um material absorve durante a fratura. A energia absorvida durante o teste é medida pela diferença de altura antes e depois do impacto, e o resultado depende das características do corpo de prova de impacto Charpy.

O que é o teste de impacto Charpy?

O Teste de Impacto Charpy é usado para medir a capacidade de um material de absorver energia durante a fratura. O Teste de Impacto Charpy é realizado golpeando uma amostra entalhada com um pêndulo oscilante. A quantidade de energia absorvida durante o impacto é determinada pela diferença de altura antes e depois do balanço. O teste visa avaliar a resistência ao impacto de um material, especificamente a sua resistência à fratura frágil sob altas taxas de deformação. O teste de impacto Charpy é essencial para compreender o desempenho dos materiais em condições reais (temperaturas extremas ou sob impacto repentino). O teste Charpy mede a tenacidade dos materiais testando a sua resposta a forças repentinas.

A definição do teste de impacto envolve a comparação da energia absorvida por diferentes materiais sob condições padronizadas.

Qual é a história do teste de impacto Charpy?

A história do teste de impacto Charpy remonta ao início do século 20, quando foi desenvolvido para compreender melhor a falha do material sob impacto repentino. O teste de impacto Charpy foi inventado por George Augustin Albert Charpy em 1901. O teste foi criado para descobrir por que as máquinas (caldeiras a vapor, motores a vapor e armamentos militares) estavam falhando prematuramente. Charpy aprimorou a abordagem baseada em pêndulo desenvolvida pela primeira vez por S.B. Russel. Ele descobriu que adicionar um entalhe à amostra ajudou a melhorar a precisão e a sensibilidade do teste. O teste recebeu o nome de Charpy, pois ele foi responsável por diversos esforços de padronização e melhorias técnicas. 

Qual é a importância do teste de impacto Charpy?

A importância do Teste de Impacto Charpy é que ele fornece informações valiosas sobre a capacidade do material de resistir a forças ou impactos repentinos. O teste é necessário na engenharia de materiais porque ajuda a determinar a tenacidade e a confiabilidade dos materiais em ambientes sujeitos a carregamento rápido ou flutuações de temperatura. Compreender a resistência ao impacto Charpy dos materiais impressos garante que as peças impressas resistam às tensões do mundo real sem falhar na impressão 3D. O teste desempenha um papel no projeto mecânico, onde os materiais devem ser escolhidos pela sua capacidade de resistir à fratura sob cargas inesperadas. O teste de impacto Charpy avalia a tenacidade do entalhe, que mede a capacidade de um material de resistir à propagação de trincas no local de um entalhe, tornando-o essencial para a seleção de materiais para aplicações onde a falha leva a consequências catastróficas.

Como calcular o teste de impacto Charpy?

Para calcular o Teste de Impacto Charpy, existem quatro etapas a seguir. Primeiro, configure o teste fixando a amostra do teste de impacto Charpy no lugar sob o pêndulo. Segundo, solte o pêndulo e deixe-o atingir a amostra entalhada. Terceiro, meça a altura do pêndulo antes e depois do impacto para determinar quanta energia foi absorvida. Por último, utilize a fórmula do teste de impacto Charpy para calcular a energia absorvida pela amostra, que é a diferença na energia potencial menos as perdas de energia devido ao atrito e à resistência do ar. Isso é feito utilizando a fórmula do teste de impacto, que inclui a massa do pêndulo e a diferença de altura, levando em consideração as perdas de energia por atrito e vento.

Qual é a fórmula do teste de impacto Charpy?

A fórmula do Teste de Impacto Charpy é utilizada para calcular a energia absorvida pela amostra durante o impacto. 
A fórmula do teste de impacto é mostrada abaixo.

E =mgΔh

E é a energia absorvida pela amostra (em joules), m é a massa do pêndulo (em quilogramas), g é a aceleração da gravidade (9,81 m/s²) e Δh é a diferença de altura do pêndulo antes e depois do impacto (em metros).

Por exemplo, um pêndulo com massa de 1,5 kg oscila de uma altura de 2 metros e desce até 1 metro após atingir o corpo de prova.

A fórmula é mostrada abaixo.

E =1,5 ⋅ 9,81 ⋅ ( 2 - 1 )

E =1,5 ⋅ 9,81 ⋅ (1) =14,715 J

E =14,715J

A amostra absorveu 14.715 joules de energia durante o impacto. O teste de impacto Charpy determina a energia absorvida, normalmente expressa em Joules, enquanto a resistência ao impacto é frequentemente calculada como energia por unidade de área (J/cm2 ou kJ/m2).

Qual é a unidade para um teste de impacto Charpy?

Os resultados do teste de impacto Charpy são medidos em joules, que é a unidade SI de energia. A unidade é a quantidade de trabalho realizado quando uma força de 1 Newton é exercida a uma distância de 1 metro. O valor é usado para calcular a energia de impacto em J/m2 dividindo o valor de joule pela área da seção transversal da amostra no entalhe da amostra.

Quais são os procedimentos passo a passo do teste de impacto Charpy?

Os procedimentos passo a passo do teste de impacto Charpy estão listados abaixo.

1. Preparação de amostras :Comece cortando a amostra de material nas dimensões exigidas, em formato retangular padrão, garantindo que esteja livre de quaisquer defeitos superficiais.  A amostra deve ser posicionada na máquina de ensaio com o lado dentado voltado para fora do pêndulo oscilante. A preparação adequada da amostra é essencial para resultados precisos no procedimento de teste Charpy.
2. Orientação do entalhe:O entalhe deve estar alinhado com precisão, pois sua localização e orientação afetam os resultados. O entalhe é colocado no centro da amostra e deve ficar afastado da direção do impacto. A orientação correta do entalhe é essencial para testar o procedimento de teste de impacto Charpy do material.
3. Pêndulo golpeando :Solte o pêndulo de uma altura conhecida para que ele balance para baixo e atinja a amostra entalhada. A força aplicada à amostra durante o impacto causa sua fratura e a altura do pêndulo diminui de acordo. A etapa faz parte do procedimento de teste de impacto usado para simular uma força repentina no material.
4. Medição de energia :Meça a diferença de altura do pêndulo antes e depois de atingir a amostra após o impacto. A energia absorvida pela amostra é calculada usando a diferença de altura, massa do pêndulo e gravidade. A etapa conclui o procedimento de teste de impacto Charpy, determinando a tenacidade e a resistência ao impacto do material.

Qual máquina é usada no teste de impacto Charpy?

Uma máquina de teste de impacto Charpy é usada para testar a resistência ao impacto de uma amostra. A máquina é relativamente simples e funciona girando um pêndulo em uma amostra para quebrá-la. A energia absorvida pela amostra é lida em um mostrador da máquina. 

A máquina é relativamente simples e funciona girando um pêndulo em uma amostra para quebrá-la. A energia absorvida pela amostra é lida em um mostrador da máquina. 

Qual é o padrão de teste de impacto Charpy?

O padrão de teste de impacto Charpy é definido por diretrizes específicas para garantir consistência e confiabilidade nos procedimentos de teste. Os padrões mais reconhecidos são ASTM E23 e ASTM D6110. ASTM E23 é o padrão usado para testes de materiais metálicos, fornecendo métodos para medir propriedades de impacto de metais (preparação de amostras, procedimentos de teste e requisitos de equipamentos). ASTM D6110 se aplica a plásticos e descreve os métodos para determinar a resistência ao impacto de materiais poliméricos usando o teste Charpy. ASTM E23 e ASTM D6110 são essenciais para garantir que os resultados dos testes sejam precisos e comparáveis ​​entre diferentes materiais e condições de teste.

Qual é a temperatura para um teste de impacto Charpy?

A temperatura para o teste de impacto Charpy é de 23 °C. No entanto, esses testes são realizados em diversas faixas de temperatura para traçar a temperatura de transição dúctil-frágil dos materiais.

Quais são os dois tipos de resultados do teste de impacto Charpy?

Os dois tipos de resultados do teste de impacto Charpy estão listados abaixo.

1. Resultados Quantitativos :Os resultados quantitativos fornecem dados mensuráveis, expressos em joules, representando a quantidade de energia absorvida pela amostra durante o impacto. O valor é usado para determinar a resistência ao impacto Charpy do material e sua capacidade de resistir à fratura sob tensão. Os resultados quantitativos ajudam a comparar diferentes materiais em termos de tenacidade e resistência ao impacto.
2. Resultados qualitativos :Os resultados qualitativos oferecem insights sobre o comportamento do material, como se ele fratura de maneira frágil ou dúctil. Eles são observados visualmente após o teste e fornecem uma descrição da superfície de fratura (se ela mostra sinais de deformação plástica/expansão lateral ou uma superfície plana e cristalina). O procedimento de teste de impacto Charpy auxilia na obtenção de tipos de resultados, oferecendo uma compreensão completa do desempenho do material sob impacto.

1. Resultados Quantitativos

Os resultados quantitativos são dados baseados em valores numéricos. Os dados quantitativos são normalmente a energia absorvida durante a fratura da amostra no teste de impacto Charpy. A temperatura de transição dúctil-frágil (DBTT) é estimada testando múltiplas amostras em múltiplas temperaturas para ver onde há um aumento drástico na energia de impacto necessária.

A fórmula do teste de impacto Charpy é mostrada abaixo.

E =mg (h₁ - h₂)

Teste Charpy V-Notch:Por que é importante nos testes Charpy?

O teste Charpy V-Notch é importante porque o entalhe em forma de V cria uma concentração de tensão controlada que força a fratura a começar em um local preciso, permitindo a medição precisa da resistência ao impacto. O teste de entalhe Charpy V garante que a absorção de energia seja avaliada sob condições repetíveis durante carregamento repentino. Um teste de entalhe em V revela a eficiência com que um material resiste a falhas frágeis quando exposto a impactos de alta velocidade. Um teste de entalhe padroniza o início da trinca para que os valores de energia absorvida permaneçam comparáveis ​​entre diferentes amostras de materiais. O Angulo de Charpy define o ângulo exato do entalhe que controla a intensidade da tensão, o que afeta diretamente a precisão e a consistência da medição da resistência ao impacto.

Diagrama do teste de impacto Charpy:como ele é representado?

O diagrama do teste de impacto Charpy é apresentado pelas etapas listadas abaixo.

1. Apresentar o layout do Diagrama do Teste de Impacto Charpy . Um diagrama de teste de impacto Charpy mostra uma estrutura de suporte rígida com um pêndulo montado a uma altura fixa acima da amostra. O design ilustra como a energia potencial gravitacional se converte em energia de impacto no ponto de impacto.
2. Mostre a disposição em um diagrama de teste Charpy . O diagrama de teste Charpy exibe o corpo de prova apoiado horizontalmente em duas bigornas com um vão definido entre os suportes. O entalhe está voltado para o pêndulo, de modo que a fratura inicia na maior concentração de tensão durante o impacto.
3. Retrate a operação de um testador de impacto Charpy . A ilustração do testador de impacto Charpy traça o arco do pêndulo desde a liberação até o contato da amostra. A diferença entre a altura inicial e a altura de rebote representa a energia absorvida durante a fratura.
4. Ilustrar a etapa de medição de energia . A etapa final do diagrama mostra uma balança mecânica ou display digital conectado ao eixo do pêndulo. A perda de energia medida representa diretamente a resistência ao impacto do material sob carga repentina.

Quais são os fatores que afetam um teste de impacto Charpy?

Os fatores que afetam um teste de impacto Charpy estão listados abaixo.

• Força de rendimento :A resistência ao escoamento afeta a rigidez do material, maior resistência reduz a deformação antes de quebrar.
• Entalhe :Os entalhes criam pontos de tensão e as ranhuras guiam a fratura.
• Temperatura :A temperatura influencia o comportamento frágil ou dúctil, alterando a energia necessária para fraturar. 
• Mecanismo de Fratura :O mecanismo de fratura mostra como o material se separa sob impacto, refletindo a resistência da sua estrutura interna à força.

1. Força de rendimento

A resistência ao escoamento do material aumenta quando a energia de impacto diminui. Materiais com maior resistência ao escoamento apresentam menor tenacidade. Materiais que se deformam plasticamente antes da falha final são considerados mais tenazes. A resistência ao escoamento e a maior resistência ao escoamento são fatores que afetam um teste de impacto Charpy, que cria uma resposta mais rígida que reduz a quantidade de energia absorvida durante o impacto.

2. Entalhe

O entalhe introduz um ponto de tensão controlado que direciona o caminho da fratura e influencia a tenacidade medida. A amostra com entalhe em V é usada quando o material é frágil, e uma amostra com entalhe em U é usada quando o material é dúctil. A amostra com entalhe em U tem um fator de concentração de tensão mais alto do que a amostra com entalhe em V. Deve-se notar que os entalhes devem ser exatamente os mesmos para obter resultados precisos que possam ser comparados com testes anteriores.

3. Temperatura

A temperatura altera o comportamento do material, alterando o equilíbrio entre as respostas frágeis e dúcteis durante o carregamento de impacto. Os testes de impacto Charpy são normalmente realizados a 23 °C. No entanto, temperaturas mais altas e mais baixas são usadas para traçar uma curva que representa o comportamento de transição dúctil-frágil de um material. Temperaturas mais altas aumentam a resistência ao impacto.

4. Mecanismo de Fratura

O mecanismo de fratura determina como um material se separa sob força repentina e define a quantidade de energia necessária para completar a ruptura. Os dois mecanismos de fratura são a clivagem, que é comum em materiais frágeis, e a coalescência de microvazios, que é mais comum em materiais dúcteis. Os materiais que fraturam através do mecanismo de fratura por clivagem têm menor energia de impacto do que os materiais que falham através da coalescência de microvazios. 

O teste de impacto Charpy é importante na impressão 3D?

Sim, o teste de impacto Charpy é importante na impressão 3D. A realização de testes de impacto Charpy em amostras impressas em 3D ajuda os engenheiros a determinar a resistência ao impacto de vários materiais de impressão 3D, considerando que algumas tecnologias imprimem peças com propriedades anisotrópicas. Testar amostras com diferentes geometrias de impressão ajuda os engenheiros a entender como otimizar seus projetos para resistência ao impacto. O teste de impacto Charpy é importante na impressão 3D porque o método fornece uma medição clara de como um material impresso absorve energia durante um carregamento repentino. Para obter mais informações, consulte nosso guia Tudo o que você precisa saber sobre impressão 3D.

Confira nosso glossário de fichas técnicas para saber mais sobre as diferentes propriedades dos materiais.