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NBR 6157 DEZ 1980

Materiais metálicos - Determinaçãoda resistência ao impacto emcorpos-de-prova entalhadossimplesmente apoiados

Sede:Rio de JaneiroAv. Treze de Maio, 13 - 28º andarCEP 20003-900 - Caixa Postal 1680Rio de Janeiro - RJTel.: PABX (021) 210 -3122FAX.:(021)240-8249Endereço Telegráfico:NORMATÉCNICA

Palavras-chave: Materiais metálicos. Resistência 8 páginas

Método de ensaio

Origem: Projeto MB-1116/1979CB-04 - Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos MecânicosCE-04:014.02 - Comissão de Estudo de Ensaios Mecânicos Gerais

SUMÁRIO1 Objetivo2 Documentos complementares3 Definições4 Condições gerais5 Aparelhagem6 Corpo-de-prova7 Execução do ensaio8 ResultadosANEXO - Tabela e figuras

1 Objetivo

1.1 Esta Norma tem por objetivo fixar os conceitos e osprocedimentos gerais que se aplicam aos ensaios de im-pacto sobre corpo-de-prova entalhado simplesmenteapoiado de materiais metálicos.

1.2 Esta Norma aplica-se a materiais metálicos, princi-palmente o aço, não se aplicando, entretanto, a materiaiscom baixos valores de resistência ao impacto, tais comoferro fundido cinzento.

1.3 Este ensaio é particularmente apropriado paracontrole de tratamento térmico e comprovação da ten-dência para a fratura frágil (exemplo: envelhecimento,fragilidade a quente ou a frio, falha do material).

2 Documentos complementares

Na aplicação desta Norma é necessário consultar:

ISO/R 83 - Acier-Essai de résilience Charpy (entailleen U)

ISO/R 148 - Acier-Essai de résilience Charpy (entailleen V)

ISO/R 442 - Vérification des machines d’essai parchoc (mouton-pendules) pour l ‘essai des aciers

DIN 50115 - Testing of metallic materials; NotchedBar Impact Bending Test

3 Definições

Para os efeitos desta Norma são adotadas as definiçõesde 3.1 a 3.8.

3.1 Corpo-de-prova

Peça retirada do material com forma e dimensões apro-priadas para ser submetida a ensaio.

3.1.1 Entalhe do corpo-de-prova

Entalhe no meio do comprimento do corpo-de-prova emformato em U ou V, com dimensões padronizadas, cujoplano de simetria deve ser perpendicular ao eixo lon-gitudinal do corpo-de-prova (Figuras 1, 2 e 3 do Anexo).

3.1.2 Seção resistente original do corpo-de-prova

Seção do corpo-de-prova com o plano de simetria do en-talhe, sobre a qual são feitas as determinações desejadas.

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3.2 Corpo-de-prova padrão

Corpo-de-prova de seção transversal 10 mm x 10 mm,com entalhe em U ou V (Figuras 1, 2 e 3 do Anexo).

3.3 Corpos-de-prova reduzidos

Corpos-de-prova com dimensões reduzidas, usados paramateriais cujas dimensões não permitam o uso do corpo-de-prova padrão.

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 umamáquina de ensaio de impacto, com um só golpe.

3.6 Resistência ao impacto (Ri)

Valor obtido dividindo-se a energia absorvida pela áreada seção resistente original do corpo-de-prova.

3.7 Aspecto da fratura

Forma como se apresenta a superfície da fratura do corpo-de-prova sob observação macrográfica. Para os fins desteensaio, faz-se distinção entre um aspecto fosco ou fibrosoe um aspecto cristalino da fratura.

3.7.1 Fratura dúctil

Fratura de aspecto fosco ou fibroso, caracterizada pordeformação bastante pronunciada antes da ruptura totalda seção resistente original.

3.7.2 Fratura frágil

Fratura de aspecto cristalino (fratura de separação) quenão apresenta sinais de deformação.

3.7.3 Fratura mista

Fratura de aspecto misto que apresenta trechos de fraturadúctil e frágil simultaneamente.

3.8 Diagrama de transição

Diagrama que representa a energia absorvida ou a resis-tência ao impacto em função da temperatura de um ma-terial, mantidos constantes o tipo do corpo-de-prova evelocidade de impacto.

3.8.1 Patamar superior

Trecho do diagrama de transição que fica acima da faixade dispersão e se caracteriza por valores elevados epouco dispersos da energia absorvida ou da resistênciaao impacto. No patamar superior ocorrem predominan-temente fraturas dúcteis.

3.8.2 Zona de transição

Faixa da dispersão do diagrama de transição. Nas tempe-raturas contidas nesta faixa a energia absorvida ou aresistência ao impacto pode assumir valores aleatórios.Em vez da zona de transição, pode ocorrer também umatransição progressiva do patamar superior para o inferior.Na zona de transição ocorrem preferencialmente fraturasmistas.

3.8.3 Patamar inferior

Trecho do diagrama de transição que fica abaixo da zonade transição e se caracteriza por valores pouco dispersosda energia absorvida ou da resistência ao impacto. Nopatamar inferior ocorrem preferencialmente fraturasfrágeis.

3.8.4 Temperatura de transição

Temperatura que identifica a zona de transição no dia-grama de transição. Como a zona de transição geralmentese estende por uma faixa de temperaturas, inexiste umadefinição de validade geral para a temperatura de tran-sição.

4 Condições gerais

Querendo-se efetuar um simples ensaio de rotina, bastadeterminar a energia absorvida ou a resistência ao im-pacto, em uma única temperatura especificada. Esseprocedimento permite formar um critério sobre a estruturado material, desde que as condições do ensaio (tipo docorpo-de-prova, temperatura e velocidade de impacto)sejam selecionadas de tal maneira que a resistência aoimpacto de um material, com estrutura adequada, seencontre no patamar superior do diagrama de transição,e na posição inferior ou faixa de temperatura de transiçãodesse diagrama, quando a estrutura do material fordeficiente. Para se desenvolver um estudo de precisãodeve-se levantar o diagrama de transição tanto na zonade transição como também nas faixas de temperaturasadjacentes a ela em ambos os lados, para uma extensãocuja amplitude seja significativa (Figuras 6 e 7 do Anexo).O diagrama é obtido traçando-se uma curva ajustada aospontos determinados. O diagrama e a dispersão dosvalores obtidos nos ensaios dependem do material, do ti-po de corpo-de-prova e da velocidade de impacto.

5 Aparelhagem

5.1 Condições gerais

Os ensaios devem ser executados com um pênduloCharpy, o qual deve ser construído e instalado de maneiraque possa permanecer rígido e estável, para que a perdade energia (devido a uma translação, rotação ou vibração)na armação, durante o ensaio, seja desprezível. A verifi-cação da aparelhagem deve ser feita segundo aISO/R 442, enquanto não houver norma brasileira corres-pondente.

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5.2 Martelo

O martelo deve ter na pena (parte que entra em contatocom o corpo-de-prova) um ângulo de (30 ± 1)° e um raiode curvatura de 2 mm a 2,5 mm. A velocidade do martelono momento do impacto será de 5 m/s a 7 m/s. O martelodeve oscilar em um plano vertical e o centro de percussãodeve coincidir com o centro de impacto (Figuras 4 e 5 doAnexo).

Nota: A velocidade a que 5.2 se refere pode ser calculada combastante precisão por meio da relação:

V = 2 GR (1 - cos ) = 2 GHα

Onde:

G = aceleração da gravidade, em m/s2 (salvo indi-cação em contrário, adotar o valor 9,81 m/s2)

R = distância do centro de rotação até o centro degravidade do pêndulo, em m

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 fabrican-te 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 degravidade do pêndulo, em m

α m = ângulo de suspensão máximo

5.4 Dimensões dos suportes (Figura 4 do Anexo)

5.4.1 Distâncias entre os apoios: 40 0 00 5

−+

,, mm.

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, comdimensões e tolerância conforme a Tabela do Anexo.

6.2 O entalhe deve ser feito por qualquer método de usi-nagem, devendo ser preparado cuidadosamente paraevitar a presença de estrias longitudinais, principalmenteno fundo.

6.3 O ângulo entre o plano de simetria do entalhe e o eixolongitudinal do corpo-de-prova deve ser de (90 ± 2)°.

6.4 Os corpos-de-prova padrão são classificados em U3

(Figura 1 do Anexo), U5 (Figura 2 do Anexo) e V2 (Figura 3do Anexo).

Nota: As dimensões da seção transversal do corpo-de-provapodem diferir das do corpo-de-prova padrão(10 mm x 10 mm), conforme a Tabela do Anexo, e das docorpo-de-prova reduzido, desde que a espessura do pro-duto o exija.

7 Execução do ensaio

7.1 Temperatura do corpo-de-prova

Quando para o ensaio não for especificada a temperaturaou for estipulada “temperatura ambiente”, a temperaturado corpo-de-prova deve ser (20 ± 2)°C.

7.2 Tempo de homogeneização de temperatura

O corpo-de-prova deve ser mantido por 10 min, no mínimo,à temperatura especificada para o ensaio com tolerânciade ± 2°C. Não pode exceder 5 s e o tempo entre a retiradado corpo-de-prova por meio de homogeneização e oimpacto do martelo sobre o mesmo.

7.3 Posicionamento do corpo-de-prova

O corpo-de-prova deve ser colocado em esquadro sobreos suportes e a sua seção resistente original coincidindocom o plano médio entre eles, com tolerância de 0,5 mm.O dispositivo empregado para manuseio do corpo-de-prova não deve alterar a temperatura de ensaio espe-cificada. O martelo deve golpear o corpo-de-prova noplano de simetria do entalhe e sobre a face oposta à quea contém (Figura 4 do Anexo).

7.4 Tipo do corpo-de-prova

O tipo do corpo-de-prova a ser usado deve ser indicadopela especificação do produto.

7.5 Cálculo da energia absorvida

A energia absorvida pode ser calculada pela seguintefórmula:

Ea = PR (cos β - cos ) - Eµ

Onde:

Ea = energia absorvida, em J

P = peso do pêndulo, em N

R = distância do centro de rotação até o centro degravidade do pêndulo, em m

α

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α = ângulo de suspensão do pêndulo

β = ângulo máximo atingido pelo pêndulo após aruptura do corpo-de-prova

Eµ = perda de energia do pêndulo por atrito, em J

Nota: Tomando-se as devidas precauções para que a perda deenergia do pêndulo por atrito ( Eµ ) seja desprezível efixando-se o ângulo de suspensão ( α ), pode ser elabo-rada uma tabela para a energia absorvida (Ea) em funçãodo ângulo máximo (β), atingido pelo pêndulo após a ruptu-ra do corpo-de-prova.

7.6 Temperatura de transição

Para a determinação da temperatura de transição, pode-se adotar, entre outros, um dos seguintes critérios:

a) temperatura na qual é obtido um valor especifica-do para a energia absorvida ou para a resistênciaao impacto. Exemplo: Ea (V2 x 10) = 30 J;

b) temperatura na qual é obtida uma percentagemespecificada da energia absorvida ou da resis-tência ao impacto do patamar superior. Exemplo:55%;

c) temperatura na qual é obtida uma percentagemespecificada de fratura dúctil. Exemplo: 50%.

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;

g) temperatura do corpo-de-prova, em graus Celsius;

h) a energia absorvida (Ea), em joules, ou a resis-tência ao impacto (Ri), em joules por centímetrosquadrado;

i) para o corpo-de-prova não rompido no ensaio deveser mencionado corpo-de-prova não rompido portantos joules;

j) quando solicitado, o aspecto da fratura e/ou tempe-ratura de transição;

l) nome do responsável pelo ensaio;

m) local e data do ensaio.

/ANEXO

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Red

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ANEXO - Tabela e Figuras

Tabela - Tipos, dimensões e tolerâncias de corpos-de-prova

Dimensões e tolerâncias (mm)

Tipo Nomenclatura Altura Seção Largura sob Profundidade Raio de curvatura Comprimento Largurab resistente entalhe do entalhe da base do entalhe c

original c - a a r l(c - a) x b

V2 x 10 8 x 10 8 ± 0,05 2 ± 0,05 0,25 ± 0,025

U3 x 10 10 ± 0,05 7 x 10 7 ± 0,05 3 ± 0,051 ± 0,07

U5 x 10 5 x 10 5 ± 0,05 5 ± 0,05

V2 x 2,5 2,5 ± 0,05 8 x 2,5

V2 x 5,0 5,0 ± 0,05 8 x 5 8 ± 0,05 2 ± 0,05 0,25 ± 0,025

V2 x 7,5 7,5 ± 0,05 8 x 7,5 55 ± 0,6 10 ± 0,05

U3 x 2,5 2,5 ± 0,05 7 x 2,5

U3 x 5,0 5,0 ± 0,05 7 x 5 7 ± 0,05 3 ± 0,05

U3 x 7,5 7,5 ± 0,05 7 x 7,5 1 ± 0,07

U5 x 2,5 2,5 ± 0,05 5 x 2,5

U5 x 5,0 5,0 ± 0,05 5 x 5 5 ± 0,05 5 ± 0,05

U5 x 7,5 7,5 ± 0,05 5 x 7,5

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 asimplificação 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 substituídapela curva)