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DEZ 1980
ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR 6157
Materiais metálicos - Determinação da resistência ao impacto em corpos-de-prova entalhados simplesmente apoiados
Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 - 28º andar CEP 20003-900 - Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro - RJ Tel.: PABX (021) 210 -3122 FAX.:(021)240-8249 Endereço Telegráfico: NORMATÉCNICA
Método de ensaio Copyright © 1980, ABNT–Associação Brasileira de Normas Técnicas Printed in Brazil/ Impresso no Brasil Todos os direitos reservados
Origem: Projeto MB-1116/1979 CB-04 - Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos Mecânicos CE-04:014.02 - Comissão de Estudo de Ensaios Mecânicos Gerais Palavras-chave: Materiais metálicos. Resistência
SUMÁRIO 1 Objetivo 2 Documentos complementares 3 Definições 4 Condições gerais 5 Aparelhagem 6 Corpo-de-prova 7 Execução do ensaio 8 Resultados ANEXO - Tabela e figuras
8 páginas
ISO/R 148 - Acier-Essai de résilience Charpy (entaille en V) ISO/R 442 - Vérification des machines d’essai par choc (mouton-pendules) pour l ‘essai des aciers DIN 50115 - Testing of metallic materials; Notched Bar Impact Bending Test
3 Definições 1 Objetivo 1.1 Esta Norma tem por objetivo fixar os conceitos e os procedimentos gerais que se aplicam aos ensaios de impacto sobre corpo-de-prova entalhado simplesmente apoiado de materiais metálicos. 1.2 Esta Norma aplica-se a materiais metálicos, principalmente o aço, não se aplicando, entretanto, a materiais com baixos valores de resistência ao impacto, tais como ferro fundido cinzento. 1.3 Este ensaio é particularmente apropriado para controle de tratamento térmico e comprovação da tendência para a fratura frágil (exemplo: envelhecimento, fragilidade a quente ou a frio, falha do material).
Para os efeitos desta Norma são adotadas as definições de 3.1 a 3.8. 3.1 Corpo-de-prova Peça retirada do material com forma e dimensões apropriadas para ser submetida a ensaio. 3.1.1 Entalhe do corpo-de-prova
Entalhe no meio do comprimento do corpo-de-prova em formato em U ou V, com dimensões padronizadas, cujo plano de simetria deve ser perpendicular ao eixo longitudinal do corpo-de-prova (Figuras 1, 2 e 3 do Anexo).
2 Documentos complementares Na aplicação desta Norma é necessário consultar: ISO/R 83 - Acier-Essai de résilience Charpy (entaille en U)
3.1.2 Seção resistente original do corpo-de-prova
Seção do corpo-de-prova com o plano de simetria do entalhe, sobre a qual são feitas as determinações desejadas.
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3.2 Corpo-de-prova padrão
3.8.2 Zona de transição
Corpo-de-prova de seção transversal 10 mm x 10 mm, com entalhe em U ou V (Figuras 1, 2 e 3 do Anexo).
Faixa da dispersão do diagrama de transição. Nas temperaturas contidas nesta faixa a energia absorvida ou a resistência ao impacto pode assumir valores aleatórios. Em vez da zona de transição, pode ocorrer também uma transição progressiva do patamar superior para o inferior. Na zona de transição ocorrem preferencialmente fraturas mistas.
3.3 Corpos-de-prova reduzidos Corpos-de-prova com dimensões reduzidas, usados para materiais cujas dimensões não permitam o uso do corpode-prova padrão.
3.8.3 Patamar inferior
3.4 Energia de impacto (Ei) Energia do martelo no momento do impacto. 3.5 Energia absorvida (Ea) Energia requerida para romper o corpo-de-prova, em uma máquina de ensaio de impacto, com um só golpe.
Trecho do diagrama de transição que fica abaixo da zona de transição e se caracteriza por valores pouco dispersos da energia absorvida ou da resistência ao impacto. No patamar inferior ocorrem preferencialmente fraturas frágeis. 3.8.4 Temperatura de transição
3.6 Resistência ao impacto (Ri) Valor obtido dividindo-se a energia absorvida pela área da seção resistente original do corpo-de-prova. 3.7 Aspecto da fratura Forma como se apresenta a superfície da fratura do corpode-prova sob observação macrográfica. Para os fins deste ensaio, faz-se distinção entre um aspecto fosco ou fibroso e um aspecto cristalino da fratura. 3.7.1 Fratura dúctil
Fratura de aspecto fosco ou fibroso, caracterizada por deformação bastante pronunciada antes da ruptura total da seção resistente original. 3.7.2 Fratura frágil
Fratura de aspecto cristalino (fratura de separação) que não apresenta sinais de deformação. 3.7.3 Fratura mista
Fratura de aspecto misto que apresenta trechos de fratura dúctil e frágil simultaneamente. 3.8 Diagrama de transição Diagrama que representa a energia absorvida ou a resistência ao impacto em função da temperatura de um material, mantidos constantes o tipo do corpo-de-prova e velocidade de impacto. 3.8.1 Patamar superior
Trecho do diagrama de transição que fica acima da faixa de dispersão e se caracteriza por valores elevados e pouco dispersos da energia absorvida ou da resistência ao impacto. No patamar superior ocorrem predominantemente fraturas dúcteis.
Temperatura que identifica a zona de transição no diagrama de transição. Como a zona de transição geralmente se estende por uma faixa de temperaturas, inexiste uma definição de validade geral para a temperatura de transição.
4 Condições gerais Querendo-se efetuar um simples ensaio de rotina, basta determinar a energia absorvida ou a resistência ao impacto, em uma única temperatura especificada. Esse procedimento permite formar um critério sobre a estrutura do material, desde que as condições do ensaio (tipo do corpo-de-prova, temperatura e velocidade de impacto) sejam selecionadas de tal maneira que a resistência ao impacto de um material, com estrutura adequada, se encontre no patamar superior do diagrama de transição, e na posição inferior ou faixa de temperatura de transição desse diagrama, quando a estrutura do material for deficiente. Para se desenvolver um estudo de precisão deve-se levantar o diagrama de transição tanto na zona de transição como também nas faixas de temperaturas adjacentes a ela em ambos os lados, para uma extensão cuja amplitude seja significativa (Figuras 6 e 7 do Anexo). O diagrama é obtido traçando-se uma curva ajustada aos pontos determinados. O diagrama e a dispersão dos valores obtidos nos ensaios dependem do material, do tipo de corpo-de-prova e da velocidade de impacto.
5 Aparelhagem 5.1 Condições gerais Os ensaios devem ser executados com um pêndulo Charpy, o qual deve ser construído e instalado de maneira que possa permanecer rígido e estável, para que a perda de energia (devido a uma translação, rotação ou vibração) na armação, durante o ensaio, seja desprezível. A verificação da aparelhagem deve ser feita segundo a ISO/R 442, enquanto não houver norma brasileira correspondente.
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5.2 Martelo
6.3 O ângulo entre o plano de simetria do entalhe e o eixo longitudinal do corpo-de-prova deve ser de (90 ± 2)°.
O martelo deve ter na pena (parte que entra em contato com o corpo-de-prova) um ângulo de (30 ± 1)° e um raio de curvatura de 2 mm a 2,5 mm. A velocidade do martelo no momento do impacto será de 5 m/s a 7 m/s. O martelo deve oscilar em um plano vertical e o centro de percussão deve coincidir com o centro de impacto (Figuras 4 e 5 do Anexo). Nota: A velocidade a que 5.2 se refere pode ser calculada com bastante precisão por meio da relação:
V = 2 GR (1 - cos α ) =
2 GH
Onde: G = aceleração da gravidade, em m/s2 (salvo indicação em contrário, adotar o valor 9,81 m/s2) R = distância do centro de rotação até o centro de gravidade do pêndulo, em m
6.4 Os corpos-de-prova padrão são classificados em U3 (Figura 1 do Anexo), U5 (Figura 2 do Anexo) e V2 (Figura 3 do Anexo). Nota: As dimensões da seção transversal do corpo-de-prova podem diferir das do corpo-de-prova padrão (10 mm x 10 mm), conforme a Tabela do Anexo, e das do corpo-de-prova reduzido, desde que a espessura do produto o exija.
7 Execução do ensaio 7.1 Temperatura do corpo-de-prova Quando para o ensaio não for especificada a temperatura ou for estipulada “temperatura ambiente”, a temperatura do corpo-de-prova deve ser (20 ± 2)°C. 7.2 Tempo de homogeneização de temperatura
α = ângulo de suspensão H = altura de queda do martelo, em m V = velocidade, em m/s
5.3 Energia de impacto A energia de impacto, embora especificada pelo fabricante da máquina, pode ser calculada pela fórmula: Ei = PR (1 - cos α m ) Onde: Ei = energia de impacto, em J P
= peso do pêndulo, em N
R
= distância do centro de rotação até o centro de gravidade do pêndulo, em m
α m = ângulo de suspensão máximo
O corpo-de-prova deve ser mantido por 10 min, no mínimo, à temperatura especificada para o ensaio com tolerância de ± 2°C. Não pode exceder 5 s e o tempo entre a retirada do corpo-de-prova por meio de homogeneização e o impacto do martelo sobre o mesmo. 7.3 Posicionamento do corpo-de-prova O corpo-de-prova deve ser colocado em esquadro sobre os suportes e a sua seção resistente original coincidindo com o plano médio entre eles, com tolerância de 0,5 mm. O dispositivo empregado para manuseio do corpo-deprova não deve alterar a temperatura de ensaio especificada. O martelo deve golpear o corpo-de-prova no plano de simetria do entalhe e sobre a face oposta à que a contém (Figura 4 do Anexo). 7.4 Tipo do corpo-de-prova O tipo do corpo-de-prova a ser usado deve ser indicado pela especificação do produto.
5.4 Dimensões dos suportes (Figura 4 do Anexo)
7.5 Cálculo da energia absorvida
5.4.1 Distâncias entre os apoios: 40 +−00,,50 mm.
A energia absorvida pode ser calculada pela seguinte fórmula:
5.4.2 Raio de curvatura dos suportes: 1,0 mm a 1,5 mm. 5.4.3 Inclinação dos suportes: 1:5.
6 Corpo-de-prova 6.1 O corpo-de-prova deve ser totalmente usinado, com dimensões e tolerância conforme a Tabela do Anexo. 6.2 O entalhe deve ser feito por qualquer método de usinagem, devendo ser preparado cuidadosamente para evitar a presença de estrias longitudinais, principalmente no fundo.
Ea = PR (cos β - cos α) - Eµ Onde: Ea = energia absorvida, em J P
= peso do pêndulo, em N
R
= distância do centro de rotação até o centro de gravidade do pêndulo, em m
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α
= ângulo de suspensão do pêndulo
β
= ângulo máximo atingido pelo pêndulo após a ruptura do corpo-de-prova
Eµ = perda de energia do pêndulo por atrito, em J Nota: Tomando-se as devidas precauções para que a perda de energia do pêndulo por atrito ( Eµ ) seja desprezível e fixando-se o ângulo de suspensão ( α ), pode ser elaborada uma tabela para a energia absorvida (Ea) em função do ângulo máximo (β), atingido pelo pêndulo após a ruptura do corpo-de-prova.
8 Resultados No relatório de ensaio devem constar: a) número desta Norma; b) identificação do material; c) critérios de amostragem; d) tipo e quantidade de corpos-de-prova; e) energia de impacto utilizada, em joules; f) perda de energia do pêndulo por atrito, em joules;
7.6 Temperatura de transição g) temperatura do corpo-de-prova, em graus Celsius; Para a determinação da temperatura de transição, podese adotar, entre outros, um dos seguintes critérios: a) temperatura na qual é obtido um valor especificado para a energia absorvida ou para a resistência ao impacto. Exemplo: Ea (V2 x 10) = 30 J; b) temperatura na qual é obtida uma percentagem especificada da energia absorvida ou da resistência ao impacto do patamar superior. Exemplo: 55%;
h) a energia absorvida (Ea), em joules, ou a resistência ao impacto (Ri), em joules por centímetros quadrado; i) para o corpo-de-prova não rompido no ensaio deve ser mencionado corpo-de-prova não rompido por tantos joules; j) quando solicitado, o aspecto da fratura e/ou temperatura de transição; l) nome do responsável pelo ensaio;
c) temperatura na qual é obtida uma percentagem especificada de fratura dúctil. Exemplo: 50%.
m) local e data do ensaio.
/ANEXO
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ANEXO - Tabela e Figuras Tabela - Tipos, dimensões e tolerâncias de corpos-de-prova Dimensões e tolerâncias (mm) Tipo
Nomenclatura
Altura b
Padrão
V2 x 10 U3 x 10
Seção resistente original (c - a) x b
Largura sob entalhe c-a
8 x 10
8 ± 0,05
2 ± 0,05
7 x 10
7 ± 0,05
3 ± 0,05
5 x 10
5 ± 0,05
5 ± 0,05
8 ± 0,05
2 ± 0,05
10 ± 0,05
Profundidade do entalhe a
Raio de curvatura da base do entalhe r
Comprimento
Largura c
l
0,25 ± 0,025
1 ± 0,07
Reduzido
U5 x 10 V2 x 2,5
2,5 ± 0,05
8 x 2,5
V2 x 5,0
5,0 ± 0,05
8x5
V2 x 7,5
7,5 ± 0,05
8 x 7,5
U3 x 2,5
2,5 ± 0,05
7 x 2,5
U3 x 5,0
5,0 ± 0,05
7x5
U3 x 7,5
7,5 ± 0,05
7 x 7,5
U5 x 2,5
2,5 ± 0,05
5 x 2,5
U5 x 5,0
5,0 ± 0,05
5x5
U5 x 7,5
7,5 ± 0,05
5 x 7,5
0,25 ± 0,025 55 ± 0,6
7 ± 0,05
10 ± 0,05
3 ± 0,05 1 ± 0,07
5 ± 0,05
5 ± 0,05
Notas: a) A nomenclatura adotada para os tipos de corpos-de-prova é baseada em:
Fa x b x c Onde: F = formato do entalhe “U” ou “V” a = profundidade do entalhe b = altura do corpo-de-prova (dimensão ao longo do entalhe) c = largura do corpo-de-prova, igual a 10 mm e comum para todos os tipos de corpos-de-prova, não utilizada para a simplificação da nomenclatura b) A tolerância para o ângulo do entalhe em V é ± 2°, sendo V = 45°.
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Figura 1 - Corpo-de-prova com entalhe em U e 3 mm de profundidade
Figura 2 - Corpo-de-prova com entalhe em U e 5 mm de profundidade
Figura 3 - Corpo-de-prova com entalhe em V
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Figura 4 - Dimensões dos suportes
Figura 5 - Dispositivo de ensaio
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Figura 6 - Curva esquemática mostrando resistência ao impacto x temperatura (apresentando zona de transição)
Figura 7 - Curva esquemática mostrando resistência ao impacto x temperatura (zona de transição substituída pela curva)