Resistência ao Impacto:Definições, Importância e Técnicas de Medição Precisas

A resistência ao impacto é a medida da capacidade de um material resistir a rachaduras, fraturas ou deformação plástica sob impacto repentino e intenso ou cargas de choque. É uma propriedade crítica que determina a capacidade do material de resistir a forças repentinas. Projetar componentes que serão submetidos a alto impacto ou cargas de choque depende da compreensão dessas medições, para permitir falhas potenciais. A resistência ao impacto de um material é geralmente quantificada usando o teste IZOD ou testes Charpy. São testes indicativos e padronizados, utilizados para avaliar materiais. No entanto, eles não são representativos do uso real e fornecem informações limitadas sobre carregamentos cíclicos ou do mundo real. Este artigo descreverá a resistência ao impacto, como ela é calculada, sua importância, os fatores que a afetam e os diferentes tipos de falhas na resistência ao impacto.

O que é resistência ao impacto?

A resistência ao impacto é uma medida da capacidade de um material resistir à fratura sob choque e carga de impulso. É aplicável apenas a materiais que sofrem fratura frágil. Também é usado no teste de materiais dúcteis que apresentam transição frágil-dúctil dependente da temperatura e/ou dependente do impulso. Muitos materiais que são dúcteis sob condições operacionais e de carga “normais” podem apresentar comportamento frágil quando frios e/ou impactados repentinamente. A avaliação desses comportamentos é informativa no design do produto e na seleção de materiais.

Qual é a importância da resistência ao impacto?

Compreender os comportamentos de impacto dos materiais é uma informação crítica do projeto que orienta tanto a seleção do material quanto o projeto detalhado. Os componentes que são susceptíveis de sofrer impactos de impulso elevado (ou seja, de curto período) devem ser preparados para resistir aos efeitos catastróficos que estes podem criar.

Um bom projeto de produtos resilientes requer a compreensão de vários comportamentos, além da resistência básica ao impacto. Compreender propriedades como fadiga, microfratura e comportamentos mistos dúcteis/frágeis também contribui para reduzir/evitar a fabricação de produtos que falham prematuramente em serviço. A vida útil é particularmente importante em muitas áreas. Ele permite a manutenção preventiva e promove a compreensão dos processos e cronogramas de inspeção para evitar falhas.

Como a resistência ao impacto é calculada ou medida?

Listados abaixo estão os dois métodos para calcular a resistência ao impacto:

1. Teste de Impacto Charpy

O teste Charpy é menos utilizado que o teste IZOD e resulta na medição da energia de impacto Charpy V absorvida, em Joules. Isto é medido pelo curso pós-impacto do martelo, à medida que a energia restante é dissipada no balanço contínuo do martelo oscilante.

Para saber mais, consulte nosso guia completo sobre Teste de Impacto Charpy.

Quais são os fatores que afetam a resistência ao impacto dos materiais?

Listados abaixo estão os fatores que afetam a resistência ao impacto do material:

1. Espessura do material

O material mais espesso influenciará a resistência, fornecendo mais estrutura/ligações que podem precisar ser quebradas para alcançar a fratura.

2. Temperatura

Muitos materiais apresentam mudanças significativas nas propriedades conforme a temperatura muda. A caracterização dessas alterações é uma parte crítica do processo de definição/teste do material, e tanto os testes IZOD quanto os Charpy são realizados em uma faixa de temperaturas padrão.

Os metais, em particular, têm uma temperatura de recozimento, na qual podem tornar-se mais autocurativos. O alumínio, por exemplo, recoze a 570°F, de modo que todos os limites do cristal se misturam e o material se torna muito dúctil. Alguns materiais sofrem fragilização em baixas temperaturas. Muitos materiais enfraquecem à medida que ficam mais quentes, com transições incomuns sendo evidentes em temperaturas como o início da transição vítrea.

3. Raio do entalhe

A concentração de tensão é um fator importante na resistência do material. Um entalhe com ponta afiada promoverá a fratura ao concentrar a tensão em um ponto, portanto o raio do entalhe é extremamente importante na comparação de testes para materiais semelhantes.

Quais são os diferentes tipos de falhas de resistência ao impacto?

Listados abaixo estão os diferentes tipos de falhas de resistência ao impacto:

1. Fratura Frágil

Uma fratura frágil é aquela em que uma amostra de material se divide em duas ou mais partes. Essas peças podem ser remontadas juntas para formar a forma/contorno original da peça. Um biscoito sofre fratura frágil quando fresco e crocante.

2. Fratura Dúctil

Uma fratura dúctil é uma ocorrência rara. Os modos de falha dúctil ocorrem quando um material estrangula irreversivelmente (ou seja, sofre deformação plástica) e extensivamente. Em geral, uma ruptura dúctil maciça em um corpo de prova de tração se parece com uma plasticina que foi puxada para formar um gargalo. Isso geralmente é seguido por uma pequena fratura frágil que pode se encaixar perfeitamente - em vez de se estender até um fio fino como um fio de cabelo.

3. Rendendo

O escoamento é uma característica dos materiais elásticos que atingem seu limite elástico e depois sofrem distorção plástica. Ao experimentar forças abaixo do limite de escoamento, o material retornará à forma/dimensões originais quando a força for liberada. Por outro lado, quando o limite de escoamento ou a resistência ao escoamento é excedido, o material sofrerá alguma plasticidade (ou seja, deformação permanente). Quando a força é liberada, o material recuperará sua distorção elástica, mas não o componente plástico.

4. Ligeiras rachaduras

O objetivo dos testes Charpy e IZOD, quando realizados corretamente, é a divisão ou fratura da amostra do material, em duas ou mais peças. Se a amostra estiver apenas ligeiramente danificada ou parcialmente quebrada, um teste de energia mais alta ou de entalhe mais profundo pode ser apropriado. A falha pode ser alcançada a partir de uma mistura de modos – cisalhamento, dúctil e frágil. Os tipos de falha são listados como:ruptura completa, ruptura articulada, ruptura incompleta e não ruptura.

Como a resistência ao impacto se relaciona com a impressão 3D?

A maioria dos plásticos impressos em 3D apresentam resistência ao impacto consideravelmente menor do que um bloco moldado ou usinado do mesmo material. Isto é uma função das propriedades anisotrópicas dos métodos de construção utilizados para impressão 3D e pode estar significativamente relacionado com a orientação de construção. Por exemplo, as peças FDM geralmente oferecem melhor inter -camada de ligação do que intra -camada, de modo que os modelos têm um grau razoável de resistência no plano XY da construção, mas são muito mais fracos ao longo do eixo Z. Essa variação/direcionalidade é verdadeira para outros tipos de modelos, em graus variados.

Qual é a resistência ao impacto ideal para um material impresso em 3D?

A resistência ao impacto ideal para um material impresso em 3D varia dependendo das características do material. Em geral, a resistência ao impacto das peças impressas em FDM, por exemplo, no PLA é próxima de zero no eixo Z e de até 23 kJ/m2 nos eixos X-Y nos testes Charpy.

Quais são as aplicações da resistência ao impacto?

Embora o teste de resistência ao impacto não possa fornecer um ponto de referência absoluto no projeto de componentes, é uma medida de escala necessária. Listadas abaixo estão algumas aplicações de resistência ao impacto:

1. A resistência relativa dos materiais.
2. Modos de falha sob condições adversas “normais”. Esses resultados podem informar o processo de projeto, melhorando a rigidez e a dissipação de energia dos componentes. Ajuda a melhorar o desempenho no mundo real, por exemplo, tolerando melhor a distorção dúctil que pode ocorrer de forma previsível.
3. Compreender o desempenho da temperatura, para permitir a seleção de materiais adequados às condições de trabalho esperadas para a peça.
4. Compreender outros fatores ambientais, como exposição/absorção de umidade e seu efeito nas peças.

Quais são os exemplos de resistência ao impacto de alguns materiais?

Os testes de impacto de materiais são uma área de resultados mistos. Nem todos os testes são tão rigorosos quanto deveriam ser. A fabricação do material pode introduzir variabilidade que não é aparente até a falha. Nos metais, o tratamento térmico e as alterações resultantes na estrutura cristalina podem ter efeitos de longo alcance que são difíceis de compreender ou quantificar. Os agentes de liga são igualmente importantes, embora menos ocultos. Finalmente, os processos de fabricação podem alterar o desempenho de forma tão acentuada que os testes básicos de materiais podem não ser informativos. Um bom exemplo é a diferença entre uma peça de aço forjado e uma peça fundida feita no mesmo material. A matéria-prima é idêntica, mas a peça forjada pode ser muito mais rígida, mais forte e mais resistente à fratura.

Qual é a resistência ao impacto do plástico?

As resistências ao impacto de alguns polímeros comuns são mostradas na Tabela 1 abaixo: 

Tabela 1:Resistências ao Impacto de Alguns Polímeros Comuns
Polímero Valor IZOD mínimo (J/m2) Valor máximo IZOD (J/m2)
Polímero

ABS - Acrilonitrila Butadieno Estireno

Valor mínimo IZOD (J/m2)

200

Valor máximo IZOD (J/m2)

215

Polímero

ASA - Acrilato de Acrilonitrila Estireno

Valor mínimo IZOD (J/m2)

100

Valor máximo IZOD (J/m2)

600

Polímero

PEAD - Polietileno de Alta Densidade

Valor mínimo IZOD (J/m2)

20

Valor máximo IZOD (J/m2)

220

Polímero

HIPS - Poliestireno de Alto Impacto

Valor mínimo IZOD (J/m2)

50

Valor máximo IZOD (J/m2)

350

Polímero

PEBD - Polietileno de Baixa Densidade

Valor mínimo IZOD (J/m2)

999

Valor máximo IZOD (J/m2)

999

Polímero

LLDPE - Polietileno Linear de Baixa Densidade

Valor mínimo IZOD (J/m2)

54

Valor máximo IZOD (J/m2)

999

Polímero

PA 66 - Poliamida 6-6

Valor mínimo IZOD (J/m2)

50

Valor máximo IZOD (J/m2)

150

Polímero

PBT - Tereftalato de Polibutileno

Valor mínimo IZOD (J/m2)

27

Valor máximo IZOD (J/m2)

999

Polímero

PC - Policarbonato

Valor mínimo IZOD (J/m2)

80

Valor máximo IZOD (J/m2)

650

Polímero

PET - Polietileno Tereftalato

Valor mínimo IZOD (J/m2)

140

Valor máximo IZOD (J/m2)

140

Polímero

PETG - Polietileno Tereftalato Glicol

Valor mínimo IZOD (J/m2)

50

Valor máximo IZOD (J/m2)

50

Polímero

PMMA - Polimetilmetacrilato/Acrílico

Valor mínimo IZOD (J/m2)

10

Valor máximo IZOD (J/m2)

25

Polímero

POM - Polioximetileno (Acetal)

Valor mínimo IZOD (J/m2)

60

Valor máximo IZOD (J/m2)

120

Polímero

PP - Polipropileno 10–20% Fibra de Vidro

Valor mínimo IZOD (J/m2)

50

Valor máximo IZOD (J/m2)

145

Polímero

PTFE - Politetrafluoretileno

Valor mínimo IZOD (J/m2)

160

Valor máximo IZOD (J/m2)

200

Polímero

PVC rígido

Valor mínimo IZOD (J/m2)

20

Valor máximo IZOD (J/m2)

110

Crédito da tabela:https://omnexus.specialchem.com/

Perguntas frequentes sobre resistência ao impacto

Qual é o metal com maior resistência ao impacto?

Nos resultados da pesquisa, o valor mais alto do teste Charpy já alcançado foi para uma amostra composta de metal (~450J). Era para um bloco laminado de folhas alternadas de aços ferrita e martensita colados por laminação a quente.

Qual dispositivo é usado para medir a resistência ao impacto do material?

Nos testes IZOD e Charpy, a amostra é impactada por um martelo cuja energia pode ser ajustada com um peso maior ou menor. Nos testes IZOD, a amostra é geralmente fixada em uma extremidade, montada verticalmente e pode ser entalhada ou (menos comumente) não. O entalhe pode ficar voltado para o martelo ou ser invertido. Embora as medições devam, em princípio, variar pouco, a consistência em qualquer ciclo de teste é importante. No teste Charpy, a amostra preenche a lacuna horizontal entre dois suportes sobre os quais ela repousa. O martelo oscila entre esses suportes e é mais pesado para materiais de maior resistência.

Qual é a diferença entre resistência ao impacto e resistência à tração?

A resistência ao impacto define a capacidade de um componente resistir à distorção e fratura quando impactado lateralmente e uma ou ambas as extremidades são suportadas. O teste de tração aplica uma carga longitudinal a uma extremidade de uma amostra, enquanto a outra extremidade é firmemente retida em uma pinça 2D. A capacidade de tração é uma medida mais clara com um resultado melhor quantificado, que se traduz em resistência à tração simples e calculável para os componentes.

Para saber mais, consulte nosso guia completo sobre Resistência à tração.

Resumo

Este artigo apresentou resistência ao impacto, explicou o que é e discutiu o que significa na fabricação. Para saber mais sobre resistência ao impacto, entre em contato com um representante da Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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