ASTM E23: Teste de impacto de metal

Introdução à ASTM E23

A ASTM E23 é uma norma mundial desenvolvida pela ASTM International para medir a resistência ao impacto de metais e ligas. A norma de teste de impacto Charpy ou Izod, ASTM E23, especifica os procedimentos, os aparelhos e os tamanhos das amostras necessários para determinar o comportamento de um material em caso de carga súbita ou situações de impacto.

Os testes de impacto quantificam a tenacidade de um metal ou sua capacidade de absorver energia e resistir à fratura sob estresse de impacto. É uma característica valiosa do material usada para avaliar o desempenho do material em condições reais, como impactos, quedas ou outros acidentes de tensão. A falha frágil do metal sob impacto pode torná-lo inadequado para aplicações estruturais, automotivas, aeroespaciais ou de maquinário pesado e, portanto, torna a ASTM E23 um aspecto vital da caracterização de materiais.

Vantagens da ASTM E23

A ASTM E23 possui várias vantagens que a tornaram o padrão em metalurgia e engenharia:

1. padronização: A norma estipula tamanhos precisos de amostras, geometria de entalhe e procedimentos de teste, o que permite a consistência e a reprodutibilidade dos resultados entre laboratórios de todo o mundo.

2. versatilidade: É amplamente aplicada a uma variedade de metais e ligas, como aços, ligas de alumínio, ligas de cobre e materiais para fins especiais.

3. Seleção de materiais: Os testes de resistência ao impacto permitem que os engenheiros escolham o metal certo com o grau necessário de segurança e desempenho, especialmente em aplicações críticas para a segurança, como vasos de pressão, pontes e componentes automotivos.

4. Confiabilidade e segurança: Os testes de impacto eliminam materiais frágeis ou de fratura súbita, evitando falhas em circunstâncias catastróficas em serviço.

5. Dados de projeto e simulação: A energia absorvida medida serve como entrada para a modelagem computacional, bem como para simulações estruturais.

Exemplo: Para o projeto da estrutura de suporte da ponte, o teste ASTM E23 das amostras de aço pode determinar se a liga escolhida possui a capacidade de suportar o impacto de força súbita de forças naturais, por exemplo, queda de material ou acidentes automobilísticos, de modo que a estrutura continuará segura durante condições adversas.

Procedimento da ASTM E23

A norma ASTM E23 prescreve um processo passo a passo para obter uma medição precisa e reproduzível da resistência ao impacto. Algumas das principais etapas são:

1. Preparação da amostra:

Os espécimes típicos são barras retangulares com um entalhe usinado, geralmente em forma de V ou de U.

As dimensões, a profundidade do entalhe e o alinhamento são controlados com precisão para reduzir a variabilidade.

2. Aparelho de teste:

O corpo de prova é colocado em um testador de impacto de pêndulo, um aparelho que atinge o corpo de prova com uma massa conhecida a uma velocidade conhecida.

O pêndulo é liberado de uma altura conhecida, transmitindo energia ao corpo de prova quando o atinge.

3.Realização do teste de impacto

O pêndulo atinge o corpo de prova no entalhe e ele se quebra.

A energia absorvida pelo corpo de prova é medida, geralmente em libras-pé (ft-lb) ou joules (J).

4.Interpretação dos dados:

A energia absorvida é uma medida da resistência do material. Uma maior absorção de energia é uma indicação de um metal dúctil e de sua capacidade de resistir à fratura frágil, e uma menor absorção de energia é uma indicação de fragilidade.

As superfícies de fratura são geralmente examinadas para determinar a falha dúctil ou frágil.

5.Relatório de resultados:

A ASTM E23 é uma norma que estipula como a temperatura do teste, a energia absorvida, o tipo de entalhe e o tamanho da amostra devem ser relatados, o que torna o relatório de resultados uma excelente ferramenta de comunicação.

Exemplo de caso: As ligas de aço usadas em plataformas off-shore são submetidas a testes de temperatura abaixo de zero, de acordo com a ASTM E23. Ela fornece a temperatura de transição dúctil para frágil, que é vital para garantir a segurança em águas oceânicas frias.

Aplicações da ASTM E23 em metais e ligas

A ASTM E23 é usada em muitos setores para validar o desempenho do material sob carga de impacto:

-Construção: Os aços estruturais são submetidos a testes de resistência para suportar cargas de impacto devido a impactos acidentais ou queda de objetos.

-Automotivo: Os componentes do motor, as unidades de chassi e as estruturas de colisão são testados contra impacto em uma tentativa de melhorar a resistência à colisão e a segurança dos ocupantes.

-Aeroespacial: As ligas de aeronaves são testadas quanto à resistência a baixas temperaturas para suportar as condições operacionais adversas.

-Petróleo e gás: a fratura frágil em serviços de alta pressão é evitada por meio de testes de aços para tubulações e vasos de pressão.

-Controle de qualidade: Os fabricantes aplicam a norma ASTM E23 para verificar a consistência dos lotes e confirmar se os materiais atendem às especificações antes do envio.

Exemplo de dados: Uma amostra de aço 4140 testada a -20°C pode absorver 25 J de energia e apresentar propriedades dúcteis para aplicação estrutural em climas frios, enquanto uma liga de aço 4340 absorve apenas 10 J sob a mesma condição de teste, o que mostra um risco maior de fratura frágil.

Diferentes tipos de técnicas de teste de impacto

A ASTM E23 oferece diferentes técnicas para atender a diferentes requisitos de avaliação:

1. Teste de impacto Charpy:

Método mais comum, com barra apoiada horizontalmente com um entalhe na direção do pêndulo.

Testa a energia absorvida durante a ruptura, fornecendo uma medida direta da resistência.

2. teste de impacto Izod:

A amostra é apoiada verticalmente e o pêndulo bate em uma extremidade.

Menos usado para metais, mas pode ser aplicado a plásticos e ligas de polímero-metal.

3. teste específico de temperatura:

As amostras são pré-condicionadas em temperaturas variáveis, geralmente abaixo do ponto de congelamento, para encontrar a temperatura de transição dúctil para frágil (DBTT).

Necessário para o uso de materiais em temperaturas árticas ou criogênicas.

4. Teste de pêndulo instrumentado:

Equipamentos avançados são usados para medir a força em função do tempo após o impacto, e são produzidos dados mais quantitativos sobre a mecânica da fratura, por exemplo, energia de iniciação e energia de propagação.

Conclusão

O ASTM E23 é um método padrão reproduzível para testar a resistência ao impacto de metais e ligas. Saiba como os metais retêm energia em cargas imprevistas, e os fabricantes e engenheiros podem selecionar os materiais que não falharão de forma frágil, proporcionarão a máxima segurança e maximizarão a vida útil do produto de forma mais eficiente. De aplicações automotivas e de construção a aplicações aeroespaciais e em linhas de petróleo e gás, a ASTM E23 continua a ser uma ferramenta importante no fornecimento de materiais com altos níveis de desempenho. Combinando procedimentos precisos, relatórios cuidadosos e técnicas experientes, a ASTM E23 continua a instruir os engenheiros no projeto de componentes metálicos mais seguros e duradouros.