ASTM E23: Ensaio de impacto metal, Charpy & Izod
A ASTM E23 descreve ensaios de resistência ao impacto em materiais metálicos e abrange os ensaios Charpy e Izod em amostras com entalhe. Na prática, as dispersões geralmente são causadas pela preparação da amostra, pela qualidade do entalhe, pelo controle de temperatura, pelo posicionamento da amostra, pela escolha do martelo e pela verificação da configuração do ensaio. A ZwickRoell auxilia os laboratórios a tornar esses fatores controláveis por meio de equipamentos de ensaios adequados, dispositivos auxiliares de colocação, soluções de condicionamento térmico, o software de ensaios testXpert e automação.
Outra descrição do ensaio de impacto com entalhe em metais se encontra na norma ISO 148-1.
Fontes comuns de erros Realização dos ensaios Possibilidades de automação Perguntas frequentes sobre a norma Solicitar consultoria
ASTM E23 – o essencial em resumo
- A ASTM E23 é utilizada para ensaios de resistência ao impacto em materiais metálicos e, ao contrário da ISO 148, abrange não apenas os ensaios Charpy, mas também os ensaios Izod.
- O ensaio é sensível à geometria da amostra, à profundidade do entalhe, à posição do entalhe, à qualidade da superfície e à falta de homogeneidade do material. Mesmo pequenos desvios podem alterar a energia de impacto medida.
- Em ensaios realizados com temperatura controlada, o tempo decorrido entre a retirada do condicionamento térmico e o ensaio de impacto determina a validade dos resultados.
- Os resultados dos ensaios Charpy e Izod não são diretamente comparáveis, pois a amostra é submetida a tensões diferentes.
- A ASTM E23 estabelece requisitos para a verificação direta e indireta do pêndulo de impacto.
- A ZwickRoell reduz os fatores típicos de influência do operador por meio de pêndulos de impacto adequados, dispositivos auxiliares de colocação, processos com condicionamento térmico, métodos de ensaio do testXpert e automação para ensaios Charpy.
ASTM E23 na prática: Fontes frequentes de erro e impacto nos resultados de ensaio
No ensaio de flexão por impacto com entalhe, o procedimento de ensaio parece, à primeira vista, simples: Colocar a amostra, liberar o martelo, determinar a energia de impacto. Na prática, porém, a comparabilidade dos resultados depende de muitos detalhes. São particularmente críticos todos os fatores que influenciam o efeito de entalhe, a temperatura do ensaio, a posição no centro do impacto ou a perda de energia do martelo.
As causas típicas de dispersão são:
- Dimensões das amostras fora das normas:As amostras Charpy padrão têm as dimensões de 10 × 10 × 55 mm. Desvios no comprimento, na largura, na altura ou na seção transversal residual alteram a tensão de flexão e dificultam a comparação com valores de referência ou com outros laboratórios.
- Geometria incorreta do entalhe: A profundidade, o raio e a forma do entalhe influenciam a concentração local de tensão. Uma profundidade de entalhe muito pequena pode resultar em valores mais altos de energia de impacto, enquanto um entalhe muito profundo pode resultar em valores mais baixos.
- Posição incorreta do entalhe:Nas amostras Charpy, o entalhe fica no centro; nas amostras Izod, fica descentralizado. Se o entalhe for posicionado incorretamente ou se uma amostra Charpy for tratada como uma amostra Izod, o resultado não será confiável.
- Entalhes em V e em U são confundidos: Formas diferentes de entalhes não devem ser comparadas diretamente entre elas. A geometria do entalhe determina o comportamento à fratura e deve ser adequada ao método e à análise escolhidos.
- Má qualidade do entalhe ou da superfície: Ranhuras, saliências ou superfícies danificadas podem influenciar a propagação da trinca. Além disso, amostras ásperas ou danificadas podem exercer maior tensão sobre os batentes e influenciar as medições subsequentes.
- Posicionamento fora de centro no ensaio Charpy: A amostra deve ser posicionada de forma que o martelo atinja de frente com o entalhe. Se a amostra não estiver centralizada, a tensão se desloca e a energia de impacto medida pode apresentar um desvio significativo.
- Fixação inadequada no ensaio Izod: No ensaio Izod, a amostra é fixada em um dos lados. Forças de fixação diferentes ou uma fixação não reproduzível alteram as condições de limite e, consequentemente, o comportamento à ruptura.
- Controle inadequado da temperatura: Em baixas temperaturas, muitos metais ficam mais frágeis. Se a amostra não estiver completamente temperada de forma uniforme, o resultado não poderá refletir de forma confiável a temperatura real do ensaio.
- Intervalo muito longo entre a coleta e o impacto: Em caso de grandes diferenças de temperatura em relação ao ambiente, resta apenas um intervalo de tempo muito curto até o início do ensaio. Qualquer atraso aumenta o risco de a amostra não estar mais na temperatura prevista.
- Pinça de colocação não temperada:Se uma amostra resfriada for manuseada com uma pinça quente, pode ocorrer a transferência de calor localmente. Isso é particularmente crítico em ensaios realizados próximos à temperatura de transição entre o comportamento dúctil e o frágil.
- Escolha incorreta do martelo: A ASTM E23 utiliza um limite superior de 80% da capacidade nominal do martelo e, além disso, um limite inferior que depende da resolução da medição (25 vezes a resolução máxima do aparelho; considerando que a resolução do nosso visor digital é de 0,1 J, isso corresponde a um limite inferior de 2,5 Joule). Um range de medição inadequado pode comprometer a precisão e a validade dos resultados.
- Configuração de ensaios insuficientemente verificada: A ASTM E23 abrange a verificação direta e indireta. A ´distância de separação, os raios, o cutelo, as amostras de referência e o comportamento do equipamento devem ser verificados de forma rastreável; caso contrário, os desvios sistemáticos não serão detectados.
- Desgaste ou resíduos nos batentes: Batentes desgastados, lascas ou abrasão podem alterar as condições de apoio. Isso tem um impacto especial em ensaios em série, quando os resíduos não são removidos a tempo.
Deseja realizar ensaios conforme ASTM E23 de forma mais reproduzível ou garantir a confiabilidade de uma solução de ensaio já existente?
Seu especialista local da ZwickRoell lhe dará suporte na escolha do pêndulo de impacto, do suporte, do martelo, do sistema de condicionamento térmico, do software e do nível de automação — tudo adaptado ao material, aos requisitos normativos e ao volume de ensaios.
Realização do ensaio de resistência ao impacto conforme ASTM E23 com a ZwickRoell
Etapas críticas do ensaio e soluções da ZwickRoell explicadas em detalhes:
Controle de temperatura Posicionamento da amostra Seleção do pêndulo de impacto Seleção do martelo Seleção do suporte e batente Verificação Perdas de energia Opções de automação
O ensaio é realizado da seguinte forma:
No ensaio de resistência ao impacto conforme ASTM E23, uma amostra metálica com entalhe é submetida a uma carga brusca por meio de um martelo. A norma abrange os ensaios Charpy e Izod.
- No método Charpy, a amostra repousa sobre dois apoios; o impacto ocorre em frente ao entalhe.
- No método Izod, a amostra é fixada em um dos lados e submetida a um impacto na vertical.
Antes do ensaio, são definidas as dimensões da amostra, a geometria do entalhe, a temperatura e o martelo adequado. Após a liberação, o martelo parte ao meio ou quebra a amostra. A partir da diferença entre a altura inicial e a altura de subida, determina-se a energia de impacto absorvida em Joule. Além disso, é possível avaliar as características de fratura, como, por exemplo, a proporção de fratura frágil.
Para avaliações de materiais dependentes da temperatura, as amostras são ensaiadas à temperatura ambiente, em temperaturas mais baixas ou mais altas, a fim de avaliar o comportamento de transição entre a fratura dúctil e a fratura frágil.
Controle de temperatura: Apenas alguns segundos podem ser decisivos para a comparabilidade
Muitos materiais metálicos alteram seu comportamento à ruptura com a variação da temperatura. Em baixas temperaturas, eles tendem a quebrar com facilidade; à temperatura ambiente ou em temperaturas mais altas, tendem a ser mais dúcteis. Por isso, o ensaio ASTM E23 é frequentemente utilizado para avaliar as temperaturas de transição ou a proporção de ruptura frágil.
O período entre a retirada da amostra do condicionamento térmico e o ensaio de impacto é particularmente crítico. Se a amostra for colocada muito lentamente ou se aquecer durante o manuseio, o resultado não refletirá mais de forma confiável a temperatura de ensaio prevista.
Para ensaios manuais, a ZwickRoell oferece pinças de colocação com resfriamento integrado, de modo que não ocorra entrada indesejada de calor ao segurar a amostra. Além disso, o sistema de condicionamento térmico é instalado próximo ao pêndulo de impacto, permitindo assim um processo rápido.
As pinças de colocação seguram a amostra pelo entalhe e, graças à sua função de centralização, permitem um posicionamento rápido e preciso no suporte. Em ensaios Charpy automatizados, o sistema de alimentação garante que o intervalo de tempo entre a saída do condicionamento térmico e o ensaio de impacto seja respeitado. Isso reduz a influência do operador e aumenta a reprodutibilidade, especialmente em ensaios que envolvem temperatura.
Posicionamento da amostra: Pequenos erros de posicionamento alteram a tensão de impacto
No ensaio de Charpy, a amostra deve ser posicionada exatamente de forma que o martelo atinja de frente com o entalhe. Basta um deslocamento lateral para que o entalhe, a linha de impacto e o batente deixem de interagir de maneira ideal.
Na verificação manual, a repetibilidade depende muito da prática, do manuseio e da velocidade de colocação da amostra pelo operador. Isso se aplica especialmente a amostras resfriadas, quando, adicionalmente, é necessário respeitar o prazo estipulado.
Dispositivos auxiliares de colocação como pinças com encaixe adequado para entalhe, batentes ou dispositivos de posicionamento, facilitam a colocação centralizada da amostra. Nos sistemas Charpy automatizados a alimentação é reproduzível. Dessa forma, não só o tempo entre a condicionamento térmico e a batida é controlado, mas também a posição da amostra na configuração de ensaio é padronizada.
Pêndulos de impacto da ZwickRoell para ASTM E23
Para ensaios conforme ASTM E23, são utilizados diferentes pêndulos de impacto da série HIT, dependendo da necessidade de energia, do método de ensaio, do volume de ensaios e do grau de automação. O que é decisivo não é apenas a capacidade máxima de trabalho do martelo, mas todo o conjunto de ensaio, composto por martelo, suporte, batentes, cutelos, proteção, software e automação opcional.
HIT50P – solução compacta para baixas energias de impacto conforme ASTM E23
Para ensaios Charpy conforme ASTM E23 com baixos níveis de energia de impacto, o HIT50P pode ser uma solução econômica e que ocupa pouco espaço. Isso é particularmente relevante para laboratórios que realizam ensaios conforme ASTM E23, mas que não necessitam de altas energias de impacto ou dispõem de espaço limitado para um grande pêndulo de impacto.O HIT50P é especialmente indicado quando os valores de energia esperados estão dentro da faixa de medição permitida. No caso de um pêndulo de 50 J, o limite máximo de 80% da capacidade do pêndulo, conforme ASTM E23, pode significar que ensaios de até 40 J podem ser realizados. Assim, o HIT50P é especialmente interessante para materiais metálicos mais frágeis ou para aplicações com menor consumo de energia.
HIT300P / HIT450P – flexível para Charpy e Izod
O HIT300P/HIT450P foi projetado para ensaios de impacto em amostras metálicas e é adequado para ensaios Charpy e Izod conforme ASTM E23.
Nos ensaios Charpy, o centralizador semiautomático de amostras auxilia no alinhamento preciso da amostra em relação ao entalhe. A amostra é posicionada de forma reproduzível; ao liberar o martelo,o dispositivo de centralização sai automaticamente da área de ensaio. Isso evita que a amostra se desloque ao fechar a porta de proteção ou que não fique exatamente alinhada com a linha de impacto.Para laboratórios com tarefas de ensaio variadas, o suporte universal é uma solução flexível, pois permite a realização de ensaios Charpy e Izod. Quando forem realizados exclusivamente ou predominantemente ensaios Charpy, pode ser recomendável utilizar um suporte Charpy específico, especialmente em casos de maior volume de ensaios.
HIT750P – altas energias de impacto para ensaios Charpy
O HIT750P foi projetado para ensaios de impacto Charpy com entalhe em amostras metálicas que exigem altas energias. Com uma energia nominal de trabalho de 750 J, uma altura de queda de 1.500 mm e uma velocidade de impacto de 5,42 m/s, o HIT750P é capaz de realizar ensaios exigentes. Os martelos disponíveis com 300 J, 450 J, 600 J e 750 J permitem a adaptação a diferentes materiais e aos níveis de absorção de energia esperados.Na prática de ensaios, o HIT750P é particularmente relevante quando é necessário ensaiar com confiabilidade materiais mais dúcteis ou altas energias de impacto. A elevação automática do martelo, o acionamento eletromagnético do pêndulo, o alimentador rápido de amostras temperadas, bem como a exibição eletrônica e analógica dos resultados, contribuem para um processo de ensaio estável e rastreável.
Outra vantagem reside na consideração, por meio de software, do atrito do ar e nos rolamentos. Dessa forma, as perdas de energia que não são causadas pela amostra são excluídas da análise dos resultados. Isso reduz os desvios sistemáticos e melhora a comparabilidade dos valores medidos.
Martelo e range de medição: A energia deve ser adequada ao material
A ASTM E23 define um range de operação admissível para o martelo. O limite máximo é de 80% da energia nominal disponível. Além disso, ao contrário da ISO 148, existe um limite mínimo que depende da resolução máxima do equipamento. Por isso, o martelo deve ser escolhido não apenas com tamanho suficiente, mas também conforme a absorção de energia prevista.
No caso de materiais mais frágeis, um martelo menor pode ser suficiente. No caso de materiais mais resistentes, é necessária uma energia de trabalho maior. Se esse intervalo for ultrapassado, será necessário utilizar um martelo maior ou outra geometria de amostra.
Os pêndulos de impacto da série HIT da ZwickRoell podem ser projetados para atender a diferentes necessidades de energia. Para a norma ASTM E23, o HIT50P pode ser uma solução compacta para baixas energias de impacto. Para energias mais elevadas, podem ser considerados pêndulos de impacto maiores, com 450 Joule ou 750 Joule. A seleção deve basear-se em ensaios preliminares, no comportamento do material, na energia de impacto prevista e nos requisitos da norma.
Suporte, batentes e cutelo: fundamentais para resultados estáveis
Para ensaios de flexão por impacto com entalhe reproduzíveis conforme ASTM E23, não basta apenas a escolha do martelo adequado. A distância entre batentes, a geometria dos batentes e o estado do cutelo influenciam diretamente a tensão na amostra. Desgaste, resíduos ou superfícies de contato danificadas podem distorcer os resultados. Por isso, os batentes e cutelo devem ser verificados regularmente e, se necessário, substituídos.
A distância entre batentes e a geometria dos batentes influenciam diretamente a tensão de flexão da amostra. Se a distância entre batentes for muito grande, a amostra se rompe com mais facilidade. Se for muito pequena, podem ocorrer valores mais elevados de energia de impacto. Além disso, batentes desgastados, danificados ou sujos, bem como um cutelo desgastado, alteram as condições de apoio e de transmissão de força.
Para ensaios Charpy pode-se utilizar um suporte Charpy da ZwickRoell. Os batentes podem ser girados e trocados, permitindo que sejam reutilizados várias vezes. Isso prolonga sua vida útil e reduz a necessidade de peças de reposição. Caso estejam previstos outros tipos de ensaios além do Charpy, como o Izod, um suporte universal oferece flexibilidade adicional.
A instalação do pêndulo de impacto também é relevante. Uma base suficientemente maciça e estável reduz as vibrações e as perdas indesejadas de energia. Dessa forma, a energia medida no ensaio é atribuída, da maneira mais inequívoca possível, ao comportamento de ruptura da amostra.
Verificação direta e indireta: A ASTM E23 exige mais do que uma simples medição
A ASTM E23 inclui a verificação do pêndulo de impacto. Na verificação direta, são verificadas grandezas mensuráveis, como a distância entre batentes, os raios dos batentes ou a geometria do cutelo. Na verificação indireta, são preparadas amostras de referência para verificar se os resultados esperados estão dentro das tolerâncias permitidas.
Se a verificação indireta não estiver dentro da tolerância, isso indica desvios na configuração do ensaio, desgaste ou uma condição do equipamento que precisa ser investigada mais detalhadamente.
A ZwickRoell oferece suporte a laboratórios com pêndulo de impacto em conformidade com as normas, configurações de ensaios calibráveis e verificáveis, além de competência em serviços e consultoria. Para que os ensaios ASTM E23 sejam reproduzíveis, não é apenas o martelo que é decisivo, mas toda a estrutura, composta pelo suporte, cutelo, batentes, sistema de medição, software e verificações periódicas.
Atrito, resistência do ar e perdas de energia: Evitar desvios sistemáticos
Nos pêndulos de impacto ocorrem perdas inevitáveis decorrentes do atrito e da resistência do ar. Se não forem levadas em consideração, as perdas de energia serão incluídas no resultado do ensaio, embora não tenham sido causadas pelo material.
Os pêndulos de impacto da ZwickRoell permitem determinar o atrito e a resistência do ar. Desde que a configuração permaneça inalterada, essas perdas podem ser levadas em consideração e compensadas a partir dos resultados das medições. Isso aumenta a precisão da medição da energia de impacto e reduz os desvios sistemáticos.
Ensaios automatizados de impacto conforme ASTM E23
A automação é particularmente útil na ASTM E23 quando os ensaios Charpy são realizados sob controle de temperatura, com alto volume de amostras ou com o mínimo possível de interferência do operador. O ponto mais crítico muitas vezes não é o próprio ensaio de impacto, mas sim o processo que o antecede: O condicionamento térmico, a retirada, o posicionamento, o fechamento do dispositivo de proteção e a liberação do ensaio devem ser reproduzíveis e ocorrer dentro do intervalo de tempo especificado.
Com o sistema de ensaio robotizado “roboTest I”, é possível realizar de forma automatizada ensaios de resistência ao impacto Charpy em amostras metálicas entalhadas. O sistema é responsável pelo condicionamento térmico, transporte das amostras, posicionamento e liberação do ensaio. Isso reduz fatores manuais, como a temperatura das mãos, a umidade, a colocação descentralizada ou a liberação tardia do ensaio.
Isso é particularmente importante em ensaios realizados sob controle de temperatura. A amostra deve ser ensaiada em poucos segundos após sair do condicionamento térmico, para que a temperatura real de ensaio seja mantida. A automação auxilia exatamente nessa etapa: O processo é padronizado, o tempo entre o condicionamento térmico e a batida é controlado e o posicionamento da amostra é realizada de forma reproduzível.
Para laboratórios com grande volume de ensaios, a automação oferece ainda uma vantagem em termos de eficiência. O operador não precisa colocar e lberar cada amostra individualmente, mas pode realizar ensaios em série recorrentes de forma significativamente mais padronizada. Isso alivia a carga de trabalho da equipe do laboratório e, ao mesmo tempo, melhora a comparabilidade dos resultados.
- Ensaio Charpy semiautomático
Para o HIT450P está disponível uma versão semiautomática. O operador insere as amostras, uma a uma, no sistema de condicionamento térmico. As amostras são levadas à temperatura especificada, incluindo o tempo de permanência. Assim que uma amostra estiver pronta para o ensaio, o operador é informado por meio de um sinal e aciona cada amostra com o toque de um botão.
A vantagem reside principalmente na segurança do processo: A amostra sai da câmara do condicionamento térmico e é ensaiada dentro do intervalo de tempo exigido. Ao mesmo tempo, o operador continua envolvido no processo, mas não precisa controlar totalmente as etapas críticas de forma manual. - Ensaio Charpy totalmente automatizado
Para os pêndulos de impacto HIT450P e HIT750P, a ZwickRoell oferece uma versão totalmente automatizada com torres magazine. No caso de amostras padrão com seção transversal de 10 × 10 mm, cabem até 45 amostras em uma torre magazine. É possível integrar várias torres magazine ao sistema. As amostras são armazenadas, encaminhadas automaticamente para o condicionamento térmico, levadas até a temperatura desejada, verificadas e, em seguida, transportadas para fora do sistema por meio de uma esteira de descarte opcional.
Conforme desejado, é possível classificar resíduos de amostras, identificar amostras por código de identificação, descartar amostras com leitura incorreta, medir dimensões ou limpar os suportes após cada ensaio. Quando as alturas do martelo variam, o IntelliDrive pode automatizar o ajuste da altura do martelo.
Realizam ensaios regulares em amostras Charpy temperadas ou em grandes quantidades, conforme ASTM E23?
Os sistemas de ensaio automatizados da ZwickRoell padronizam o condicionamento térmico, a alimentação, o posicionamento e a atribuição de resultados. Isso reduz a influência do operador, garante o intervalo de tempo entre o condicionamento térmico e a batida e alivia a carga de trabalho da equipe do laboratório em ensaios em série recorrentes.
Áreas típicas de aplicação da norma ASTM E23
A ASTM E23 é utilizada em todos os casos em que é necessário avaliar o comportamento de materiais metálicos sob carga de impacto.
As áreas de aplicação típicas são:
- Garantia da qualidade na produção de metais: As siderúrgicas, fundições e fabricantes de materiais metálicos verificam se as propriedades dos materiais estão em conformidade com as especificações.
- Comprovação das características dos materiais perante os clientes: Os resultados dos ensaios de impacto podem ser utilizados em fichas técnicas, certificados de ensaios ou processos de aprovação.
- Seleção de materiais na engenharia e no desenvolvimento: O ensaio auxilia na decisão sobre se um material é adequado para uma aplicação sujeita a determinadas condições de temperatura ou impactos.
- Avaliação do comportamento de ruptura frágil: Especialmente em baixas temperaturas, o ensaio ajuda a classificar a transição entre o comportamento de fratura dúctil e o de fratura frágil.
- Comparação entre lotes e processos de fabricação: Os resultados dos ensaios podem indicar se o comportamento do material varia entre lotes, tratamentos térmicos ou processos de fabricação.
- Área de calibração e acreditação: Laboratórios de ensaio e organismos de acreditação utilizam esse método para garantir a qualidade dos sistemas de ensaio, dos processos e da comparabilidade.
- Pesquisa e formação: O ensaio ASTM E23 revela relações fundamentais entre o efeito de entalhe, a temperatura e o comportamento à ruptura.
Realizar ensaios conforme ASTM E23 de forma eficiente e rastreável com o software de ensaios testXpert
O software de ensaios testXpert oferece suporte ao ensaio de flexão por impacto com entalhe, conforme ASTM E23, em situações em que processos reproduzíveis, parâmetros rastreáveis e a atribuição segura dos resultados são fundamentais. Os parâmetros de ensaio podem ser definidos em métodos de ensaio pré-definidos. Isso permite padronizar os procedimentos de ensaios e reduzir a influência dos operadores.
O software pode ser utilizado no pêndulo de impacto como uma solução autônoma, por meio de um visor digital, ou conectado a um computador. Para laboratórios com processos simples, o visor integrado ao próprio aparelho pode ser suficiente. No caso de grandes volumes de dados, análises, relatórios ou integrações com sistemas existentes, a conexão com o PC oferece maior comodidade.
Uma vantagem funcional reside na atribuição inequívoca dos resultados dos ensaios, das informações sobre as amostras e dos parâmetros de ensaio. Em sistemas automatizados, o software também pode interagir com leitores de código de identificação, medição de dimensões, processo de condicionamento térmico e gerenciamento de resultados. Isso facilita a documentação em conformidade com as normas, reduz erros de transmissão e contribui para resultados de ensaios comparáveis entre as séries.
Perguntas frequentes quanto à norma ASTM E23
O ensaio ASTM E23 serve para determinar a energia de impacto e avaliar a resistência ao impacto de materiais metálicos. Ela mostra como um metal reage a uma solicitação repentina e se ele se comporta de maneira mais dúctil ou mais frágil. Esse ensaio é particularmente relevante para a avaliação do comportamento à quebra frágil e para comparações entre materiais em diferentes temperaturas.
O valor medido principal é a energia de impacto absorvida em Joule. Além disso, é possível avaliar as características de fratura, como, por exemplo, a proporção de fratura frágil. Essa avaliação é feita com base na superfície de fratura.
Os princípios dos ensaios são semelhantes em muitos aspectos, especialmente nos ensaios Charpy em amostras metálicas entalhadas. Uma diferença importante é que a ASTM E23 inclui, além dos ensaios Charpy, também os ensaios Izod. Além disso, a verificação do equipamento de ensaio está incluída diretamente na ASTM E23, enquanto na ISO 148 ela é tratada em outras partes da norma.
Amostras não entalhadas podem ser ensaiadas tecnicamente com equipamentos adequados; no entanto, conforme essa classificação, elas não fariam parte do ensaio normativo conforme ASTM E23.
No método Charpy, a amostra é apoiada em dois suportes e recebe um impacto na direção do entalhe. No método Izod, a amostra é fixada em um dos lados e submetida a um impacto na vertical. Os resultados dos dois métodos, portanto, não são diretamente comparáveis.
A escolha depende do tipo de tensão ou carga que deverá ser reproduzida na aplicação posterior. Charpy descreve uma amostra apoiada submetida a uma tensão de flexão por impacto. Izod descreve uma amostra fixada em uma extremidade. O método de ensaio deve, portanto, ser adequado à questão em análise e ao comportamento do componente.
As amostras padrão Charpy têm, normalmente, 55 mm de comprimento, 10 mm de largura e 10 mm de espessura. O entalhe fica no centro da amostra. Dependendo do método, podem ser utilizadas entalhes em V, em U ou em forma de buraco de fechadura.
No caso de entalhes em V, a profundidade do entalhe, o raio do entalhe e a largura residual na base do entalhe são particularmente importantes, pois determinam a concentração de tensão no entalhe. No caso das entalhes em U, o raio maior altera o comportamento à fratura. Portanto, formas diferentes de entalhes não devem ser comparadas diretamente entre si.
As amostras padrão Izod têm, normalmente, 75 mm de comprimento, 10 mm de largura e 10 mm de espessura. O entalhe está localizado fora do centro da amostra, a 28 mm da extremidade da amostra.
As amostras Izod diferem das amostras Charpy principalmente pela posição do entalhe e pelo tipo de solicitação. A amostra é fixada em um único lado e não é apoiada em dois suportes, como no método Charpy.
Essas diferenças são fundamentais para a análise. Os resultados dos ensaios Charpy e Izod não são diretamente comparáveis, pois a configuração do ensaio, a aplicação da força e a mecânica da ruptura são diferentes.
O entalhe gera a concentração de tensão na qual se inicia a ruptura. A profundidade, a forma, o raio, a posição e a qualidade da superfície do entalhe influenciam, portanto, diretamente a energia de impacto medida e o curso da fratura.
Caso não seja possível utilizar amostras padrão devido ao material, à geometria do componente ou à quantidade disponível de amostras, podem ser utilizadas amostras de formato menor conhecidas como amostras subdimensionadas ou amostras subsize. Nesses casos, utilizam-se suportes especiais para que a altura da amostra se adapte à do martelo.
Além disso, as dimensões reais das amostras devem ser documentadas e levadas em consideração na avaliação. Isso é particularmente importante, pois amostras menores podem apresentar absorções de energia diferentes das amostras padrão. Portanto, os resultados de amostras padrão e de tamanho inferior ao normal não devem ser comparados entre si sem uma contextualização.
Muitos metais tornam-se mais frágeis em baixas temperaturas. Por isso, os ensaios de resistência ao impacto com entalhe são frequentemente realizados em diferentes temperaturas, a fim de avaliar o comportamento de transição entre a fratura dúctil e a fratura frágil.
Se, após ser retirada do sistema de condicionamento térmico, a amostra demorar muito tempo para chegar ao local do ensaio, sua temperatura se alterará. Isso pode causar dispersões, especialmente em ensaios realizados abaixo da temperatura ambiente ou próximos à temperatura de transição.
Os ensaios Izod são geralmente realizados à temperatura ambiente. A razão está na configuração do ensaio: A amostra é fixada em um dos extremos, e a fixação costuma fazer parte do conjunto do pêndulo de impacto. Por isso, não é possível controlar a temperatura de todo o ambiente de fixação da mesma forma que nas amostras Charpy.
Para ensaios de resistência ao impacto com entalhe em condições de temperatura controlada, o método Charpy é, portanto, em muitos casos, o mais adequado. Aqui, a amostra pode ser temperada, colocada rapidamente e ensaiada dentro do intervalo de tempo necessário.
O martelo deve corresponder à energia utilizada esperada. A norma ASTM E23 utiliza um limite máximo de 80% da energia de impacto e, além disso, um limite mínimo que depende da resolução da medição (25 vezes a resolução máxima do aparelho; considerando que a resolução do nosso visor digital é de 0,1 Joule, isso corresponde a um limite mínimo de 2,5 Joule). Um range de medição inadequado pode comprometer a validade dos resultados.
Sim, para faixas de energia mais baixas, o HIT50P (50 Joule) pode ser uma solução adequada, especialmente quando se espera que as energias de impacto sejam baixas ou quando há pouco espaço disponível no laboratório. Este pêndulo de impacto menor não é adequado para ensaios conforme norma ISO 148, uma vez que não atinge a velocidade de impacto exigida por essa norma.
A solução de automação “roboTest I” da ZwickRoell fornecida é projetada para ensaios Charpy em amostras metálicas. Ela combina alimentação de amostras, condicionamento térmico, tempo de permanência, posicionamento e ensaio. Dependendo do sistema, são possíveis processos semiautomáticos ou totalmente automáticos.
O software de ensaios testXpert oferece suporte a normas de ensaios padronizadas, parâmetros de ensaios rastreáveis, atribuição de resultados e documentação. Em sistemas automatizados, é possível integrar funções adicionais, como reconhecimento de código de identificação, medição de dimensões e gerenciamento de resultados.
