ISO 148-1: Ensaio de impacto Charpy em metais
O ensaio de flexão com entalhe, conforme ISO 148, serve para determinar a energia de impacto e o comportamento de fratura frágil de materiais metálicos. O procedimento é particularmente relevante para aplicações nas quais os materiais precisam suportar com segurança cargas de choque e impacto. É utilizado nas áreas de garantia da qualidade, desenvolvimento de materiais, controle de produção e acreditação.
Na prática, as variações geralmente são causadas por dimensões imprecisas das amostras, qualidade do entalhe, variações de temperatura ou influência do operador. A ZwickRoell oferece suporte com pêndulos de impacto adequados, dispositivos de colocação, soluções de condicionamento térmico, o software de ensaios testXpert e opções de automação.
O método de ensaio também está descrito e definido na ASTM E23. A norma ISO com o mesmo teor também é uma norma europeia (EN ISO 148-1).
Fontes comuns de erros Realização dos ensaios Possibilidades de automação Perguntas frequentes sobre a norma Solicitar consultoria
ISO 148-1 – o essencial em resumo
- A norma ISO 148-1 descreve o ensaio de impacto Charpy em amostras metálicas entalhadas com entalhe em U ou em V e serve para determinar a energia de impacto (trabalho de impacto) e a tenacidade ao impacto.
- O ensaio mostra se um metal se comporta de maneira mais tenaz ou mais frágil; além disso, é possível determinar a transição dúctil-frágil em função da temperatura.
- Na prática, as principais fontes de erro estão nas dimensões das amostras, na profundidade do entalhe, na posição do entalhe, na qualidade da superfície, no posicionamento incorreto da amostra e no controle inadequado do condicionamento térmico.
- Os ensaios com controle de temperatura são exigentes, pois a amostra precisa ser ensaiada em poucos segundos após ser retirada do ambiente de condicionamento térmico.
- O tamanho correto do pêndulo, a velocidade de impacto em conformidade com as normas, os apoios calibrados e a compensação das perdas por atrito e resistência do ar são fundamentais para se obter resultados comparáveis.
- A ZwickRoell oferece pêndulos de impacto, suportes Charpy, dispositivos de posicionamento, soluções de condicionamento térmico e automação adequados para ensaios conforme ISO 148.
- O software de ensaios testXpert oferece suporte a métodos de ensaios padronizados, configuração segura, documentação rastreável e integração dos dados de ensaios aos processos de laboratório.
A ISO 148-1 na prática: Fontes comuns de erro e seu impacto nos resultados
Na prática, não é apenas o pêndulo de impacto que determina a qualidade do ensaio de flexão por impacto com entalhe. As variações geralmente ocorrem antes mesmo do impacto: na preparação das amostras, no condicionamento térmico ou pelo posicionamento manual. São exatamente essas etapas que determinam se os resultados são comparáveis, reproduzíveis e confiáveis.
Possíveis fontes de erro em:
Preparação e qualidade das amostras Posicionamento e alinhamento Influência da temperatura Sistema de ensaios
Preparação e qualidade das amostras
Fontes típicas de erros:
- Dimensões das amostras fora das normas: As amostras Charpy padrão têm as dimensões de 10 × 10 × 55 mm. Desvios alteram o comportamento à ruptura e dificultam a comparação com valores de referência.
- Entalhe com defeito ou irregular: A profundidade e o raio do entalhe influenciam significativamente a energia medida. Um entalhe menor pode resultar em energias de impacto mais altas, enquanto um entalhe maior pode resultar em valores mais baixos.
- Entalhe fora de centro: No ensaio Charpy, o entalhe deve estar centralizado para que o martelo atinja o lado oposto de forma precisa.
- Confusão entre entalhes em V e em U: Os entalhes em V e em U levam a resultados não comparáveis devido às diferentes geometrias.
- Defeitos na superfície e riscos: Danos ou arranhões podem influenciar a propagação de trincas e, em casos desfavoráveis, também danificar os batentes.
- Heterogeneidade do material ou lote incorreto:Diferentes condições do material afetam diretamente a energia de impacto com entalhe e a proporção de ruptura frágil.
Controle de temperatura e intervalo de tempo
Os ensaios com controle de temperatura, conforme ISO 148, são particularmente críticos, pois o comportamento à ruptura dos materiais metálicos pode variar significativamente com a temperatura. Especialmente em baixas temperaturas, muitos metais se tornam mais frágeis; por isso, a amostra deve estar efetivamente na temperatura de ensaio exigida no momento do impacto.
Os pontos críticos são:
- Temperatura homogênea da amostra: A amostra deve estar totalmente temperada, não apenas na superfície.
- Transferência rápida para o ensaio:Desde a retirada do condicionamento térmico, passando pela colocação no suporte de impacto, até o impacto do martelo, devem transcorrer no máximo 5 segundos.
- Perda de temperatura devido ao manuseio:A temperatura ambiente, o manuseio e os materiais auxiliares não temperados podem alterar a temperatura da amostra.
- Pinça de posicionamento com resfriamento integrado:Em ensaios a baixas temperaturas, a pinça também deve estar à temperatura adequada, para que a amostra não seja aquecida durante o posicionamento.
- Colocação reproduzível:Quando se está com pressa, aumenta-se o risco de colocar a amostra de forma que ela não fique exatamente centralizada ou corretamente orientada.
Se o intervalo de tempo especificado for excedido, não será mais possível garantir que o ensaio seja realizado na temperatura definida. Isso pode causar dispersões e prejudicar a comparabilidade dos resultados.
Pêndulo de impacto, energia do martelo e velocidade de impacto
Além disso, o próprio sistema de ensaios deve estar em conformidade com a norma e com a tarefa de ensaio:
- A ISO 148 exige uma velocidade de impacto no range de 5 a 5,5 m/s.
- O ângulo de liberação e o martelo influenciam a velocidade de impacto e, consequentemente, a comparabilidade dos resultados.
- Os batentes sofrem desgaste devido aos ensaios e devem ser verificados regularmente e, se necessário, limpos, retificados ou substituídos.
Gostaria de realizar ensaios conforme a ISO 148 de forma mais segura, reproduzível ou eficiente?
Nós te ajudamos na escolha do pêndulo de impacto, do suporte, do condicionamento térmico, do software e do nível de automação – conforme o material, o volume de amostras, a temperatura de ensaio e os requisitos da norma.
Realização do ensaio de flexão por impacto com entalhe conforme ISO 148-1 com a ZwickRoell
Etapas críticas do ensaio e soluções da ZwickRoell explicadas em detalhes:
Posicionamento da amostra Condicionamento térmico Escolha do pêndulo de impacto Escolha do suporte Perdas de energia Possibilidades de automatização
O ensaio é realizado da seguinte forma:
No ensaio Charpy conforme ISO 148, uma amostra metálica com entalhe é colocada sobre dois suportes e quebrada bruscamente por meio de um martelo. O entalhe fica no centro, e o impacto é realizado no lado oposto.
Antes do ensaio, a geometria da amostra, o tipo de entalhe, a profundidade do entalhe, o estado da superfície e, se for o caso, a temperatura de ensaio são preparados e verificados. Em ensaios com controle de temperatura, a amostra deve ser temperada de maneira homogênea e, após a retirada, deve ser colocada e submetida ao ensaio dentro de 5 segundos.
A partir da diferença entre a altura de queda e a altura de subida do martelo, determina-se a energia de impacto em Joule. Além disso, é possível calcular a proporção de fratura frágil na superfície de fratura, por exemplo, manualmente ou visualmente. Os resultados servem para a comparação de materiais, o controle de qualidade e a avaliação do comportamento dos materiais sob tensão brusca por impacto.
Posicionar as amostras com precisão
O posicionamento centralizado da amostra é fundamental para se obter resultados reproduzíveis. Mesmo pequenos desvios de posição alteram o ponto de impacto do martelo e, consequentemente, a tensão local. Pinças, batentes ou dispositivos de centralização facilitam a colocação rápida e reproduzível e reduzem os desvios no posicionamento manual
Em ensaios de impacto automatizados, o sistema de ensaios se encarrega do posicionamento da amostra. Assim, ela fica na mesma posição a cada ensaio. Isso garante condições de ensaio constantes e constitui a base para resultados comparáveis e reproduzíveis.
Controlar a temperatura com segurança
No caso de amostras temperadas, deve decorrer no máximo 5 segundos entre a coleta da amostra e o impacto do martelo. Nesse período, a amostra deve estar corretamente colocada, a porta de proteção fechada e o ensaio realizado. Distâncias curtas, dispositivos auxiliares de colocação e um botão de partida ao alcance da mão facilitam o processo manual.
A automação aumenta ainda mais a segurança do processo: Ela posiciona a amostra de forma reproduzível na posição de ensaio, reduz a influência do operador e contribui para o cumprimento seguro do intervalo de tempo — especialmente quando há um grande número de amostras.
Seleção do pêndulo de impacto
Para ensaios conforme ISO 148, a ZwickRoell possui os pêndulos de impacto HIT300P, HIT450P e HIT750P em portfólio. O importante é que o martelo seja adequado à energia de impacto esperada e atenda aos requisitos da norma. A ISO 148-1 estabelece como limite máximo 80% da capacidade nominal do martelo, mas não define um limite mínimo. Com um HIT450P equipado com um martelo de 450 Joule, é possível, portanto, realizar ensaios em conformidade com as normas na faixa de 0 a 360 Joule.
Escolha do suporte
Para os pêndulos de impacto HIT300P e HIT450P, a ZwickRoell oferece duas variantes de suporte: o suporte Charpy e o suporte universal.
O suporte Charpy foi projetado especificamente para ensaios Charpy. Seus batentes podem ser girados e, além disso, trocados de um lado para o outro. Dessa forma, os batentes podem ser utilizados quatro vezes antes que seja necessária a substituição. Isso reduz o consumo de materiais de desgaste no dia a dia do laboratório.
O suporte universal oferece maior flexibilidade quanto aos tipos de ensaios. Se necessário, ele pode ser adaptado, por exemplo, para ensaios Izod ou ensaios de tração por impacto. Por isso, ele é especialmente adequado para laboratórios nos quais se pretende realizar diferentes métodos de ensaios com um pêndulo de impacto.
No pêndulo de impacto HIT750P, os apoios e batentes são montados diretamente no aparelho, não sendo necessário um suporte separado. É adequado principalmente para ensaios Charpy, mas também é possível realizar ensaios de tração por impacto.
Considerar as perdas de energia
O atrito e a resistência do ar estão sempre presentes nos pêndulos de impacto. Os equipamentos da ZwickRoell permitem identificar esses fatores, de modo que possam ser compensados sem alterar a configuração. Isso permite uma atribuição mais precisa da absorção de energia medido na amostra, em vez do sistema de ensaios.
Ensaios automatizados de flexão por impacto com entalhe conforme ISO 148-1
A automação é particularmente útil na ISO 148 quando há um grande número de amostras a serem ensaiadas, quando os ensaios são realizados sob condições de temperatura controlada ou quando se deseja reduzir a influência do operador. Os sistemas de ensaios automatizados garantem o cumprimento do intervalo máximo de 5 segundos entre a saída da câmara de temperatura e o ensaio de impacto.
Com o sistema de ensaios automatizado roboTest I, é possível ensaiar automaticamente até 450 amostras metálicas entalhadas em um range de temperatura que vai de -180 °C a +300 °C.
A ZwickRoell oferece, para isso, diferentes variantes adequadas ao respectivo pêndulo de impacto:
- Para o HIT450P, está disponível uma versão semi automática, na qual o operador coloca as amostras no condicionamento térmico e, em seguida, o ensaio é acionado de forma controlada.
- Para o HIT750P, são possíveis soluções semi automáticas e totalmente automáticas. Na versão totalmente automática, o usuário precisa apenas abastecer o magazine. As amostras são alimentadas após a inicialização do sistema, temperadas, ensaiadas após tempo de espera definido e, em seguida, transportadas para fora da área de ensaios por meio de uma esteira de descarte opcional.
A entrada e o controle são feitos por meio do software de automatização autoEdition3 utilizado em todos os sistemas de ensaio robotizados.
Outras opções estão disponíveis, conforme a necessidade:
- Leitor de código de identificação para a associação entre amostra, lote, intervalo de produção e resultado
- Medição opcional de dimensões, especialmente profundidade do entalhe ou altura residual
- Magazine para até 600 amostras
- Coleta da amostra orientada por Poka-Yoke para o alinhamento correto do entalhe
- Limpeza dos batentes após o ensaio
- IntelliDrive para ajuste automatizado de altura do martelo em condições de ensaios variáveis.
- Range de temperatura ampliado até +600 °C
- Esteira de descarte e classificação opcional dos restos de amostras
Assim, a automação é adequada não apenas para ensaios com controle de temperatura, mas também para laboratórios com alto volume de ensaios e procedimentos de ensaios padronizados.
Áreas de aplicação típicas da ISO 148-1
A ISO 148 é utilizada em todos os casos em que é necessário avaliar o comportamento de materiais metálicos sob carga de impacto, em baixas temperaturas ou na transição dúctil-frágil.
Casos de uso típicos:
- Garantia da qualidade de materiais metálicos: Comprovação de que os materiais atendem às especificações e de que os resultados dos ensaios permanecem comparáveis.
- Usinas siderúrgicas e fundições: Determinação de parâmetros característicos dos materiais para fichas técnicas, aprovações de clientes e controle de qualidade.
- Desenvolvimento de materiais e projeto: Seleção de materiais adequados para componentes que devem ser utilizados com segurança em determinadas temperaturas ambientais.
- Avaliação do comportamento de ruptura frágil: Análise para determinar a partir de qual temperatura um material se rompe de forma mais frágil ou mais dúctil.
- Órgãos de calibração e acreditação: Avaliação de equipamentos, processos de ensaios e laboratórios.
- Pesquisa, formação e universidades: Ensino de métodos básicos de ensaio de materiais e análise do comportamento à ruptura de materiais metálicos.
ISO 148-1 com software de ensaio testXpert
O software de ensaios testXpert oferece suporte aos ensaios da ISO 148 por meio de métodos de ensaio predefinidos, configurações padronizadas e documentação rastreável, com metódos de ensaio standard e master. Dependendo da configuração, o testXpert pode ser utilizado diretamente no equipamento por meio de um display digital ou conectado a um computador. A conexão com o computador é particularmente relevante quando os resultados precisam ser documentados de forma mais abrangente, processados posteriormente ou transferidos para estruturas de dados existentes.
Benefícios funcionais para laboratórios:
- Menor influência do operador graças a procedimentos de ensaio padronizados
- Registro transparente dos parâmetros de ensaio e dos resultados
- Análise consistente de ensaios recorrentes
- Melhor documentação para controle de qualidade, acreditação e relatórios para clientes
- Integração com processos digitais de laboratório e de dados
Perguntas frequentes sobre a ISO 148
A ISO 148 descreve o ensaio de flexão por impacto com entalhe segundo Charpy em amostras metálicas. O ensaio tem como objetivo determinar a energia de impacto absorvida pelo material e avaliar o comportamento à fratura, especialmente as características de fragilidade ou ductilidade.
O parâmetro principal é a energia de impacto absorvida (trabalho por impacto) em Joule. Além disso, a proporção de ruptura frágil pode ser determinada com base na superfície de fratura. Na prática, essa proporção é avaliada manualmente ou visualmente com base na superfície de fratura.
As causas típicas incluem dimensões da amostra fora das normas, entalhes defeituosos, posição do entalhe fora de centro, defeitos na superfície, posicionamento incorreto da amostra, condicionamento térmico inadequado, ultrapassagem do intervalo de tempo entre o condicionamento térmico e o impacto, bem como equipamentos de ensaio mal configurados ou mal calibrados.
Os ensaios conforme ISO 148 podem ser realizados com os pêndulos de impacto HIT300P, HIT450P e HIT750P da ZwickRoell.
Não. O pêndulo de impacto HIT50P não atinge a velocidade de impacto exigida pela ISO 148, que é de 5 a 5,5 m/s.
Não, em princípio não. A ISO 148 estabelece apenas um limite máximo: A energia de impacto absorvida não deve exceder 80% da capacidade nominal do martelo. A norma não estabelece um limite mínimo.
Com o HIT450P, que possui uma capacidade de oscilação de 450 J, é possível ensaiar, portanto, energias de impacto de 0 a 360 J.
No entanto, quando as energias de impacto são muito pequenas, é preciso levar em conta o atrito calculado. Se a energia de atrito for da mesma ordem de grandeza que a energia de impacto medida no ensaio, ou até mesmo superior a ela, isso pode comprometer a validade do resultado. Nesse caso, um martelo menor é a escolha mais adequada.
Se for necessário utilizar a mesma geometria da amostra, será necessário um martelo maior. Como alternativa, podem ser utilizadas amostras de espessura menor, por exemplo, 7,5 mm, 5 mm ou 2,5 mm. Para essas espessuras, há plaquinhas de apoio disponíveis, para que a amostra seja atingida pelo martelo bem no centro.
Os materiais metálicos podem quebrar de forma mais frágil em baixas temperaturas. Por isso, a amostra deve estar totalmente temperada e ser analisada imediatamente após ser retirada do condicionamento térmico. A ISO 148 estabelece um intervalo de tempo de 5 ou 10 segundos, dependendo da diferença de temperatura em relação ao ambiente.
Os entalhes em V e em U possuem geometrias diferentes e geram uma concentração de tensão diferente no entalhe. Por isso, os resultados das medições variam.
A automação é especialmente vantajosa em ensaios com controle de temperatura, prazos apertados, grande volume de amostras ou quando se deseja reduzir a influência do operador. Ela garante processos mais uniformes, um posicionamento reproduzível e o cumprimento seguro do intervalo de tempo entre o condicionamento térmico e o impacto.
