Transição Dúctil-Frágil O Problema : fratura dos navios da série Liberty ancorados nos portos ou navegando: De 4.694 navios > 1.289 apresentaram fratura no casco (233 perda total, 19 partiram ao meio) Tanques de guerra série T2 Baixas Temperaturas (geralmente no inverno) Defeitos na soldagem (concentrador de tensões) Principais fatores que contribuem para a fratura frágil em metais: Baixa Temperatura Alta Taxa de Deformação σ [MPa] Frágil Estado Triaxial de Tensões Dúctil T ε Triax. σ ε
DEFINIÇÃO: Ensaio de Impacto tensões); Aplicação de cargas dinâmicas (alta taxa de deformação) em C.P. entalhado (concentração de Transição dúctil-frágil do material em função da temperatura; Energia absorvida pelo material até o rompimento; Fornece dados quantitativos sobre as faixas de transição; Sofre influência: T, estado de tensões e taxas ou velocidades de deformação; Amplamente utilizado na indústria naval e bélica. Realizado tanto em metais como em polímeros. Maioria dos cerâmicos não suportam impacto MÁQUINA DE ENSAIO: Queda de um pêndulo ou martelete em um CP fixo. Durante o ensaio registra-se a diferença entre alturas Hq e hr (energia de impacto). Tipos padrão de ensaios: Izod ou Charpy
CORPOS DE PROVAS e RESULTADOS DOS ENSAIOS: Charpy: CP apoiado EUA Izod: CP engastado Inglaterra Normas: ASTM E 23 # Charpy # Izod Charpy: Entalhe em V Entalhe em U Entalhe cilíndrico Izod: Entalhe em V ABNT MB 1116 # Charpy Charpy: Entalhe em V e U Energia de Impacto [J] Região de Transição CPs Temp 1-90 2-70 3-50 4-30 5-10 6 10 7 30 8 50 9 70 Fratura Frágil (Baixas Temperaturas) Fratura Dúctil Temperatura [ C] o
Procedimento: Pêndulo é liberado de uma altura H q Massa suficiente para fraturar o CP (M) Mede-se a altura de rebote após a fratura (h r ) Energia abs. dada pela diferença de alturas Ensaia-se CP em diferentes temperaturas Manter os CP pelo menos: 5 min na T para meios líquidos 30 min na T para meios gasosos Menor Energia = Maior fragilidade Metais CFC : não apresentam temperatura de transição altas energias absorvidas Al (2xxx Al-Cu, 7xxx Al-Zn-Mg-Cu), Cu, latão, Inox 300, Ouro, Ni Metais CCC : apresentam temperatura de transição Fe e suas ligas Metais com alta resistência: não apresentam temperatura de transição (fratura frágil) baixas energias absorvidas aços ligas e ligas de Ti, Ni, Va
Fratura Frágil: absorve pouca energia baixa tenacidade Fratura Dúctil: absorve muita energia alta tenacidade Faixa de Transição: fratura mista (dúctil e frágil) Elementos de Cálculo : Altura de queda: H q = S.( 1-cos β ) [m] Altura de rebote: h r = S.( 1-cos α ) [m]
Energia absorvida em função da velocidade de impacto: E potencial = E cinética; M.g.H q = M.V 2 / 2 : V = 2.g.H q E impacto = M.g.( H q h r ). Informações que podem ser obtidas do ensaio de impacto: - energia absorvida: medida diretamente pela máquina; -contração lateral: quantidade de contração em cada lado do corpo-de-prova fraturado; -aparência da fratura: determinação da porcentagem de fratura frágil; métodos como: - medida direta em função do aspecto da superfície; - comparação com resultados de outros ensaios-padrão; - fotografias da superfície e adequada interpretação.
Critérios de Definição da Temperatura de Transição: 1. Transição da Fratura ( F T P ) - 100 % de fratura dúctil = 0 % fratura frágil 4. Contração Lateral do CP - % de deformação lateral - Mínima T para a qual não ocorre clivagem - Método mais conservador e seguro 5. Valor arbitrário de Energia (J) 2. Temperatura de Transição Baseada na Aparência da Fratura ( FA T T ) - 50 % da fratura por clivagem - análise da superfície de fratura 3. Transição da Fratura Frágil ( N D T ) - 100 % de fratura frágil = 0 % fratura dúctil - Método mais arriscado Energia de Impacto [J] Região de Transição 100 % fratura dúctil Fratura Frágil (Baixas Temperaturas) 50 % fratura dúctil 50 % fratura frágil Fratura Dúctil 100 % fratura frágil NDT FATT FTP Temperatura [ C] o
Fatores que Influenciam na T transição : - Dimensões do CP ( dimensões espessura desloca a curva para a direita ) - Raio do entalhe e profundidade ( severidade do entalhe desloca a curva para a esquerda ) - Tamanho de Grão ( grão energia de impacto )
- Fragilização por H2 ( H2 fragilização ) - Fragilização do revenido (400-600 oc) : fratura intergranular no CG austenita na presença de impurezas (Na, P, Sn, Ar) - Composição química (aços) % C = E % Mn = E % P = desloca curva p/ direita % Mo = idem ao C % Cr = não influencia % Al = benéfico (refinador de grão) % S = maléfico normalização após lam. a quente = refino de grão = benéfico
PROCEDIMENTO DE ENSAIO:» Norma técnica ASTM E 23-94» Fixação do c.p.» Configuração geométrica e dimensões do entalhe» Superfície isenta de defeitos» Direção de laminação (ensaia-se em várias direções)»dados de relatório: Identificação c.p. Tipo de ensaio Aspecto da fratura Direção de laminação Método de determinação de T de transição