Teste de resistência ao impacto Charpy

A resistência ao impacto Charpy (resistência ao impacto Charpy com entalhe) é uma medida da capacidade de um material absorver energia e resistir à fratura quando submetido a uma carga de impacto repentina e de alta velocidade, especialmente na presença de um concentrador de tensão, como um entalhe.

Esse valor provém do teste de impacto Charpy (teste de entalhe em V Charpy), um dos métodos padrão mais utilizados em ciência e engenharia de materiais para avaliar a tenacidade ao entalhe (a capacidade de um material resistir ao impacto sem sofrer fratura frágil).

O teste de resistência ao impacto Charpy geralmente segue estes passos:

Um corpo de prova padrão (normalmente uma haste de 55 x 10 x 10 mm) é preparado com um entalhe em V (ou, às vezes, um entalhe em U) usinado com precisão em uma das faces.
A amostra é colocada horizontalmente sobre dois suportes (como uma viga simples).
Um pesado martelo de pêndulo de massa conhecida é solto de uma altura fixa e atinge a amostra precisamente no lado oposto ao entalhe, a uma velocidade muito alta.
O martelo quebra a amostra na ranhura.
A máquina mede a energia cinética absorvida pelo material durante a fratura (calculada a partir da diferença na altura do pêndulo antes e depois da fratura).
A energia absorvida é normalmente expressa em joules.

As unidades de resistência ao impacto Charpy são as seguintes:

O resultado bruto: é a energia absorvida. Esta é a forma mais comum pela qual os engenheiros se referem ao valor Charpy.
Resistência ao impacto normalizada: a energia absorvida dividida pela área da seção transversal do entalhe.

Este método é particularmente comum para plásticos (de acordo com a norma ISO 179) e às vezes é chamado de resistência ao impacto Charpy com entalhe. Valores mais altos indicam um material mais durável (absorve melhor a energia do impacto sem fraturar de forma frágil). Valores mais baixos indicam um comportamento mais frágil (propenso a rachaduras repentinas sob impacto).

Este teste,

Revela a temperatura de transição dúctil-frágil. Muitos aços tornam-se perigosamente frágeis a baixas temperaturas (um fator crítico para oleodutos, navios, vasos de pressão, estruturas offshore e pontes em climas frios).
O controle de qualidade é utilizado para a seleção de materiais, adequação do fornecimento e conformidade com as especificações (por exemplo, normas ASTM E23 e ISO 148 para metais, norma ISO 179 para plásticos).
Valores típicos de boa resistência para aços estruturais à temperatura ambiente são de 50 a 200 J (muito resistente). Em baixas temperaturas (por exemplo, -40 graus), os valores podem cair significativamente se o material não for adequadamente ligado ou tratado termicamente.

Em resumo, a resistência ao impacto Charpy indica o quanto de choque um material pode suportar antes de fraturar, especialmente quando apresenta entalhes, fissuras ou arestas vivas. É um método rápido, econômico e altamente informativo para identificar materiais que podem falhar catastroficamente sob cargas repentinas em condições reais de uso.

As normas de resistência ao impacto Charpy definem o procedimento de teste preciso, a geometria do corpo de prova, os requisitos da máquina, o tipo de ponta de impacto, os detalhes do entalhe e a forma como os resultados devem ser relatados. Isso garante medições comparáveis e repetíveis em todo o mundo.

Essas normas diferem principalmente entre metais e plásticos, e entre regiões (por exemplo, normas ASTM para os EUA, normas ISO e EN internacionalmente e na Europa).

Os padrões de resistência ao impacto Charpy mais comumente usados para metais são aplicados a aços, ligas e alumínio, particularmente para avaliar a transição de comportamento dúctil para frágil e a tenacidade em aplicações estruturais, de vasos de pressão, dutos, soldagem e baixas temperaturas.

A norma “ISO 148-1 Materiais metálicos - Ensaio de impacto com pêndulo Charpy - Parte 1: Método de ensaio” é a principal norma internacional (adotada globalmente). Esta norma abrange corpos de prova com entalhe em V (mais comum) e entalhe em U. O raio de impacto é de 2 mm (preferencial para entalhe em V) ou 8 mm (para entalhe em U ou especificações mais antigas). O corpo de prova normalmente mede 10 x 10 x 55 mm. Os resultados são apresentados como energia absorvida ou resistência ao impacto normalizada.

A norma ASTM E23 “Métodos padrão de ensaio para ensaio de impacto de materiais metálicos com barra entalhada” é a norma dominante nos EUA. Ela abrange os métodos Charpy e Izod, sendo o Charpy muito mais comum. O raio da barra de impacto é de 8 mm (convencional) ou 2 mm (adicionado para melhor conformidade com a ISO). Esta norma é muito semelhante à norma ISO 148-1, mas não exatamente igual. Diferenças no raio da barra de impacto, calibração, tolerâncias e verificação podem resultar em pequenas variações nos resultados de ensaios de alta energia.

Outras normas relevantes ou de apoio incluem:

ISO 148-2 Materiais metálicos - Ensaio de impacto com pêndulo Charpy - Parte 2: Verificação de máquinas de ensaio
Método de ensaio e definições ASTM A370 relativos a ensaios mecânicos de aço.

Para os mesmos materiais e condições, os resultados obtidos pelas normas ASTM E23 e ISO 148-1 são geralmente muito próximos, mas nem sempre diretamente equivalentes devido a diferenças na geometria de impacto e na calibração da máquina. Muitas especificações agora permitem ambas as normas, mas especificam qual deve ser usada.

A resistência ao impacto Charpy (energia absorvida no teste Charpy) é essencial porque avalia diretamente a tenacidade de um material, medindo sua resistência a cargas dinâmicas repentinas (impactos ou choques) e à fratura frágil, especialmente quando entalhes, trincas, soldas ou arestas vivas atuam como concentradores de tensão.

Muitos materiais (especialmente aços) comportam-se de maneira muito diferente sob altas taxas de deformação e baixas temperaturas em comparação com carregamento estático lento (como em ensaios de tração). Um material pode ser forte e dúctil sob tensão normal, mas se for frágil sob impacto, pode fraturar-se gravemente e sem aviso prévio.

O ensaio de impacto Charpy simula condições reais melhor do que o ensaio estático. A resistência à tração fornece informações sobre carregamento lento. O ensaio Charpy simula impactos de alta velocidade e sensibilidade a entalhes (trincas/entalhes reais reduzem significativamente a tenacidade).

Este teste é obrigatório para componentes críticos de segurança:

Aço estrutural em edifícios/pontes (especialmente em regiões frias)
Vasos de pressão, caldeiras, tubulações (requer normas ASME)
Plataformas de petróleo/gás offshore
Componentes de colisão automotiva
Cascos de navios, vagões ferroviários, máquinas pesadas
Turbinas eólicas, tanques criogênicos

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