ASTM D638: ensaio de tração de plásticos, corpos de prova tipo I a V, velocidade e cálculo

A ASTM D638, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, é o método da ASTM International para medir as propriedades de tração de plásticos reforçados e não reforçados com até 14 mm de espessura. A edição vigente é a D638-22. Ela exige corpos de prova em forma de gravata (tipos I a V), condicionamento a 23 °C e 50 % de umidade, a menor velocidade que rompa o corpo de prova entre 0,5 e 5 minutos, extensômetro de classe B-2 para o módulo e no mínimo cinco corpos de prova. O resultado principal é a resistência à tração, σ = F_máx / A₀, ao lado do alongamento e do módulo de elasticidade.

Em resumo:

• Escopo: plásticos rígidos e semirrígidos de 1 a 14 mm; filmes com menos de 1,0 mm vão para a ASTM D882.
• Corpo de prova preferido: tipo I, com 165 mm de comprimento e trecho estreito de 13 × 3,2 mm.
• Velocidade: 5, 50 ou 500 mm/min nos tipos I a IV; 1, 10 ou 100 mm/min no tipo V.
• Não é a ISO 527: a própria ASTM declara que as duas tratam do mesmo assunto com conteúdo técnico diferente. O laudo cita a norma executada.

A norma é paga e vendida pela ASTM; este guia a explica com palavras próprias, para quem vai aplicá-la ou comprar o equipamento, com os requisitos numéricos essenciais e a fonte de cada um.

O que é a ASTM D638 e qual a edição vigente

O ensaio de tração aplica ao corpo de prova uma força axial crescente, a velocidade controlada, até a ruptura, e registra força e alongamento. A ASTM D638 fixa o corpo de prova, a velocidade, o ambiente e o modo de medir a deformação para plásticos, que são muito mais sensíveis que os metais à temperatura, à umidade e à velocidade.

Segundo a página oficial da norma, conferida em 30/09/2026, o método vale para espessuras de até 14 mm, e material mais espesso é usinado até esse limite. Para chapas e filmes com menos de 1,0 mm, o método preferido é a ASTM D882-26. A determinação do coeficiente de Poisson em temperatura ambiente é opcional. Três materiais ficam de fora por terem norma própria:

• Filmes e chapas finas (menos de 1,0 mm): ASTM D882-26, com corpo de prova em tira.
• Compósitos de matriz polimérica com fibra contínua: ASTM D3039/D3039M, com corpo de prova retangular.
• Borracha vulcanizada e elastômeros termoplásticos: ASTM D412.

A edição em vigor é a D638-22, marcada como ativa na loja da ASTM; o histórico da página vai de D638-99 a D638-22 e não há D638-26. A D638-14, cujo PDF circula sem autorização, não é mais a vigente.

Os corpos de prova tipo I a V

O corpo de prova da D638 é uma gravata: duas cabeças largas, presas nas garras, ligadas por concordâncias de raio grande a um trecho estreito e reto, onde a tensão é maior e onde a ruptura tem de acontecer. Ele pode ser moldado por injeção, usinado ou estampado com faca a partir de chapa ou placa. A moldagem por injeção orienta as cadeias e pode dar propriedades diferentes das de um corpo de prova usinado do mesmo material. Na foto, corpos de prova de plástico moldados por injeção no formato de gravata: as cabeças largas ficam nas garras, e a deformação acontece no trecho estreito do meio.

Quando usar cada tipo

A escolha depende da classe de rigidez do material (rígido, semirrígido ou não rígido), da espessura e da quantidade de amostra:

• Tipo I: o preferido para plásticos rígidos e semirrígidos, sempre que houver material com até 7 mm de espessura. Também é o tipo indicado para compósitos reforçados, inclusive laminados.
• Tipo II: recomendado quando o material não rompe no trecho estreito do tipo I. O trecho útil mais fino (6 mm) concentra a tensão onde ela deve estar.
• Tipo III: obrigatório para qualquer material com mais de 7 mm e até 14 mm de espessura. Chapa mais grossa é usinada até 14 mm.
• Tipo IV: o tipo para plásticos não rígidos com até 4 mm, e o usado quando se quer comparar diretamente materiais de rigidez diferente, como um não rígido e um semirrígido, no mesmo corpo de prova.
• Tipo V: o miniatura, para quando há pouco material com até 4 mm ou quando muitos corpos de prova precisam caber num espaço pequeno, como numa câmara de envelhecimento.

Dimensões dos cinco tipos

Duas cotas definem o uso do corpo de prova: o comprimento de medida (G), a distância entre as duas facas do extensômetro, sobre a qual se calcula o alongamento; e a distância entre garras (D), sobre a qual se calcula a deformação nominal quando o alongamento é lido pelo movimento da travessa. A espessura dos corpos de prova moldados é 3,2 ± 0,4 mm em todos os tipos; nos usinados, é a própria espessura da chapa, dentro da faixa do tipo. O esquema abaixo mostra os cinco tipos na mesma escala, com o comprimento de medida marcado em laranja: o tipo III é o maior, porque recebe chapas de até 14 mm, e o tipo V cabe dentro do trecho estreito do tipo I.

A tabela resume as cotas principais, em milímetros. O desenho completo, com tolerâncias, raios e larguras das cabeças, está na norma:

Tipo	Largura útil × espessura	G e D (entre garras)	Comprimento total mín.
I	13 × 3,2 (até 7)	50 e 115	165
II	6 × 3,2 (até 7)	50 e 135	183
III	19 × 7 a 14	50 e 115	246
IV	6 × 3,2 (até 4)	25 e 65	115
V	3,18 × 3,2 (até 4)	7,62 e 25,4	63,5

Fontes: tabela de dimensões da ASTM D638 (texto da edição de 2014, conferido na tabela publicada pela ZwickRoell para a -22).

Preparação, medição e número de corpos de prova

A D638 pede a largura e a espessura de cada corpo de prova medidas com resolução de 0,025 mm, no centro e perto das duas extremidades do comprimento de medida, com micrômetro conforme a ASTM D5947. Em corpos de prova injetados, basta medir um por amostra quando já se demonstrou que a variação entre eles é menor que 1 %. A área usada nos cálculos é a média da seção inicial dentro do comprimento de medida.

O mínimo é de cinco corpos de prova por amostra de material isotrópico. Em material anisotrópico, como chapa extrudada ou laminado, são dez: cinco com o eixo paralelo à direção de orientação e cinco perpendiculares a ela. Corpo de prova que rompe num defeito ou fora do trecho estreito é descartado e substituído, a menos que o defeito seja justamente a variável estudada.

Condicionamento e atmosfera de ensaio

Plástico absorve umidade e muda de propriedade com ela; a poliamida é o caso extremo, com rigidez muito menor quando úmida. Por isso a D638 manda condicionar os corpos de prova pela ASTM D618-21, procedimento A, salvo outra exigência do contrato ou da especificação do material: 23 °C e 50 % de umidade relativa por no mínimo 40 horas, para corpos de prova com até 7 mm de espessura. Os mais espessos pedem tempo maior, definido na D618. O ensaio é feito na mesma atmosfera do condicionamento, com as tolerâncias da D618.

As 40 horas não levam o material ao equilíbrio de umidade, que segundo a D618 pode exigir de 20 a 100 dias ou mais; elas padronizam o estado do material para que laboratórios diferentes cheguem ao mesmo resultado.

Velocidade de ensaio

Na D638, velocidade de ensaio é a velocidade de afastamento das garras. A norma dá uma tabela com velocidades fixas por tipo de corpo de prova e por classe de rigidez. A velocidade vem da especificação do material ou de acordo entre as partes; quando nenhuma das duas define, a regra é usar a menor velocidade da tabela que produza ruptura entre 0,5 e 5 minutos de ensaio. A tabela abaixo resume as opções, com as tolerâncias:

Classe	Tipo	Velocidades (mm/min)
Rígido e semirrígido	I, II, III, barras e tubos	5 (± 25 %), 50 (± 10 %), 500 (± 10 %)
Rígido e semirrígido	IV	5 (± 25 %), 50 (± 10 %), 500 (± 10 %)
Rígido e semirrígido	V	1, 10 e 100 (± 25 %)
Não rígido	III e IV	50 (± 10 %), 500 (± 10 %)

A regra obriga um ensaio preliminar ou a experiência com o material: um frágil rompe em segundos a 50 mm/min e fica em 5; um polipropileno que se estende muito passaria de 20 minutos a 5 mm/min e vai para 50. O módulo pode ser medido na mesma velocidade das demais propriedades, desde que a aquisição de dados seja rápida e fina o bastante para registrar o trecho inicial.

Medição de força e de deformação

A força é medida pela célula de carga da máquina, verificada pela ASTM E4, com erro de até ±1 % da força indicada. No Brasil, a verificação equivalente é a da ABNT NBR ISO 7500-1:2023, cuja classe 1 corresponde a esse mesmo ±1 %. A célula deve ser escolhida para a força do ensaio: um corpo de prova tipo I de policarbonato rompe perto de 2,6 kN, e medir isso numa célula de 100 kN desperdiça resolução.

A deformação tem exigências em três faixas, conferidas no texto da norma:

• Módulo de elasticidade: extensômetro com erro máximo de 0,0002 mm/mm e registro automático e contínuo. Um extensômetro de classe B-2 pela ASTM E83-25 atende. A norma proíbe usar o deslocamento das garras para calcular módulo ou alongamento.
• Alongamento no escoamento e pequenas deformações (até cerca de 20 %): o mesmo extensômetro, ou outro de no mínimo classe C da E83, com erro fixo de 0,001 de deformação ou 1 % da indicação, o que for maior.
• Grandes deformações (acima de 20 %): técnicas de medição com erro de até 10 % do valor medido, como os extensômetros de grande curso.

Por que a travessa não serve para o módulo em polímeros está explicado na seção sobre extensômetro em polímeros do artigo ensaio de tração. Para a D638 basta a consequência: quando o corpo de prova forma pescoço dentro do comprimento de medida, a deformação deixa de ser uniforme e a norma manda relatar a deformação nominal, o afastamento das garras sobre a distância inicial entre elas, de valor apenas qualitativo. Em materiais que alongam muito, podem-se fazer dois ensaios, um com o extensômetro de alta resolução para o módulo e outro até a ruptura.

O que se calcula e como

A D638 trabalha com tensões de engenharia: toda força é dividida pela área inicial média do trecho útil, A₀ = w × t, com w a largura e t a espessura. O ponto de escoamento é o primeiro ponto da curva em que a deformação aumenta sem aumento de força; nos plásticos dúcteis, ele aparece como um pico seguido de queda. A resistência à tração é a maior força do ensaio dividida por A₀, e a norma a chama de resistência à tração no escoamento ou na ruptura, conforme o ponto em que a força máxima ocorreu. O conceito geral está em limite de resistência à tração, e a leitura da curva em diagrama tensão-deformação.

O módulo de elasticidade é a inclinação do trecho linear inicial da curva tensão × deformação: prolonga-se a reta desse trecho e divide-se a diferença de tensão entre dois pontos dela pela diferença de deformação. Muitas curvas começam côncavas, por folga nas garras e assentamento do corpo de prova, e esse trecho inicial, o pé, não é propriedade do material. A correção de pé (toe compensation) prolonga a reta do trecho linear até o eixo da deformação e usa esse ponto como novo zero. Quando não há trecho linear, calcula-se o módulo secante: a tensão numa deformação especificada dividida por essa deformação. O conceito de módulo está em módulo de elasticidade, e o do alongamento como medida de ductilidade. A tabela reúne as fórmulas:

Resultado	Fórmula	Observação
Área inicial	A0 = w × t	média das medições no trecho útil, em mm²
Resistência à tração	σ = Fmáx / A0	no escoamento ou na ruptura, em MPa
Tensão no escoamento e na ruptura	σy = Fy / A0; σb = Fb / A0	relatadas quando menores que a máxima
Alongamento	ε = ΔL / G × 100	pelo extensômetro, deformação uniforme
Deformação nominal	εn = ΔD / D × 100	pelas garras, quando há pescoço
Módulo de elasticidade	E = Δσ / Δε	trecho linear, com correção de pé
Módulo secante	Es = σ / ε	numa deformação especificada
Coeficiente de Poisson	ν = −εtransversal / εaxial	opcional; exige extensômetro transversal

Os resultados de tensão e módulo são relatados com três algarismos significativos. De cada série calculam-se a média e o desvio-padrão estimado, este com dois algarismos significativos. O coeficiente de Poisson, quando pedido, segue um anexo próprio da norma.

O que vai no relatório

O relatório da D638 identifica o material (tipo, fabricante, código, forma e histórico) e o modo de preparo dos corpos de prova, e registra o tipo e as dimensões do corpo de prova, o condicionamento, a atmosfera da sala, o número de corpos de prova (e a direção, se anisotrópico), a velocidade, a classe dos extensômetros, a média e o desvio de cada resultado, a data do ensaio e a edição da norma. A edição importa: um laudo pela D638-22 e outro pela D638-14 não são, formalmente, o mesmo método.

Exemplo resolvido: policarbonato, tipo I

Um laboratório ensaia policarbonato em corpos de prova tipo I injetados, com largura medida de 13,0 mm e espessura de 3,20 mm. Num ensaio preliminar, o corpo de prova rompeu com 92 mm de afastamento das garras. No trecho inicial, o extensômetro de 50 mm registrou 0,25 kN com ΔL = 0,150 mm e 0,65 kN com ΔL = 0,350 mm. A força no escoamento, que é a máxima do ensaio, foi de 2,60 kN, com ΔL = 3,025 mm no extensômetro; a força na ruptura foi de 2,30 kN, com afastamento das garras de 92 mm.

1. Velocidade. A 5 mm/min, o ensaio duraria 92 / 5 = 18,4 min, fora da janela de 0,5 a 5 min. A 50 mm/min, dura 92 / 50 = 1,84 min, dentro dela. Velocidade: 50 mm/min. A essa velocidade o trecho do módulo passa em menos de 1 segundo, e a aquisição de dados tem de acompanhar.
2. Área: A₀ = 13,0 × 3,20 = 41,6 mm².
3. Tensões e deformações do trecho linear: σ₁ = 250 / 41,6 = 6,01 MPa e σ₂ = 650 / 41,6 = 15,63 MPa; ε₁ = 0,150 / 50 = 0,0030 e ε₂ = 0,350 / 50 = 0,0070.
4. Módulo: E = (15,63 − 6,01) / (0,0070 − 0,0030) = 9,62 / 0,0040 = 2.404 MPa, relatado como 2,40 GPa.
5. Correção de pé: a reta chega a tensão zero em ε = 0,0030 − 6,01 / 2.404 = 0,0030 − 0,0025 = 0,0005, ou seja, 0,05 %. Esse é o novo zero de deformação.
6. Escoamento: σ_y = 2.600 / 41,6 = 62,5 MPa. Como é a maior força do ensaio, é também a resistência à tração, relatada como resistência à tração no escoamento. O alongamento no escoamento é 3,025 / 50 × 100 = 6,05 %, menos o pé de 0,05 %: 6,0 %.
7. Ruptura: σ_b = 2.300 / 41,6 = 55,3 MPa. O policarbonato formou pescoço no trecho útil, então o alongamento na ruptura é relatado como deformação nominal: 92 / 115 × 100 = 80 %.
8. Máquina: a força máxima de 2,6 kN usa pouco mais da metade de uma célula de 5 kN, e o afastamento de 92 mm é pequeno perto do curso de uma máquina de coluna simples.

Os gráficos abaixo mostram o exemplo: à esquerda, o trecho inicial, com o pé, os dois pontos medidos e a tangente prolongada até o novo zero; à direita, a curva completa em deformação nominal, com o pico de escoamento, o estiramento a frio enquanto o pescoço percorre o trecho útil, e a ruptura.

Módulo e tensão de escoamento ficam na faixa típica do policarbonato, perto de 2,4 GPa e 60 a 70 MPa, o que serve de conferência. O fenômeno do pescoço que se propaga está em estricção e estiramento.

Tipo IV, não rígido. Um corpo de prova tipo IV de 6,0 × 3,0 mm rompe com 0,33 kN depois de 390 mm de afastamento das garras. A₀ = 6,0 × 3,0 = 18,0 mm² e σ = 330 / 18,0 = 18,3 MPa. Para não rígidos, as opções são 50 e 500 mm/min: a 50 mm/min o ensaio duraria 390 / 50 = 7,8 min, fora da janela; a 500 mm/min, 0,78 min, dentro. Velocidade: 500 mm/min, com célula de 2 kN e extensômetro de grandes deformações.

ASTM D638 × ISO 527-1 e ISO 527-2:2025

Fora dos Estados Unidos, a norma mais pedida para o mesmo ensaio é a ISO 527: a parte 1 (2019) traz os princípios gerais e o cálculo, e a parte 2 traz as condições para plásticos de moldagem e extrusão. A ISO 527-2 ganhou edição nova em 2025, que substituiu a de 2012 e renomeou os corpos de prova 1A e 1B para A1 e A2, alinhando-os à ISO 20753; na espessura de 4 mm, as dimensões são as mesmas de antes. O A1 é o corpo de prova multipropósito injetado, e o A2, o usinado. A ISO 527-1:2019 foi confirmada em 2025 e está marcada para revisão. Não há adoção ABNT vigente da ISO 527: no Brasil, usa-se a própria ISO ou a ASTM.

O esquema abaixo compara o tipo I e o A1 na mesma escala: o A1 é mais largo nas cabeças, tem trecho paralelo mais longo, seção de 10 × 4 mm em vez de 13 × 3,2 mm e comprimento de medida de 75 mm em vez de 50 mm.

As diferenças vão além da geometria. A mais importante está no módulo: a ISO mede a 1 mm/min nos corpos de prova A1 e A2 e o calcula pela corda ou pela regressão linear entre 0,05 % e 0,25 % de deformação, enquanto a D638 usa a inclinação do trecho linear, em geral na mesma velocidade das demais propriedades. A tabela resume:

Item	ASTM D638-22	ISO 527-1:2019 e 527-2:2025
Corpo de prova principal	tipo I: 165 mm, 13 × 3,2 mm	A1 (antigo 1A): 170 mm, 10 × 4 mm
Comprimento de medida	50 mm	75 mm (50 mm em controle de qualidade)
Outros corpos de prova	tipos II a V	A2 (usinado) e corpos reduzidos da ISO 20753
Velocidade do módulo	a das demais propriedades (5 mm/min ou mais no tipo I)	1 mm/min
Cálculo do módulo	inclinação do trecho linear, com correção de pé	corda ou regressão entre 0,05 % e 0,25 %
Extensômetro para o módulo	classe B-2 da ASTM E83	classe 1 da ISO 9513
Atmosfera	ASTM D618 (23 °C, 50 %, 40 h)	ISO 291 (23 °C, 50 %)

Uma resina ensaiada pelas duas normas dá números próximos, mas não iguais, e a diferença não se corrige por conta: espessura de moldagem, orientação e velocidade mudam juntas. Ficha técnica feita pela ISO não se compara com especificação escrita pela ASTM sem ensaiar pela norma pedida.

Erros comuns na aplicação da ASTM D638

Os erros abaixo aparecem tanto em laboratório quanto em páginas que explicam a norma, e cada um tem uma correção direta:

1. Módulo pelo deslocamento da travessa. Inclui folga, assentamento e deformação das cabeças e das garras, e dá módulo baixo. A norma exige extensômetro de classe B-2.
2. Velocidade fixa para tudo. Usar 50 mm/min para qualquer rígido ignora a regra dos 0,5 a 5 minutos. Um frágil a essa velocidade rompe em segundos.
3. Escorregamento na garra. Aparece como degrau ou patamar falso na curva. A correção é garra adequada ao material, alinhada, com pressão suficiente; aperto demais esmaga a cabeça e causa ruptura no mordente.
4. Aceitar ruptura fora do trecho estreito. O resultado é descartado e o ensaio refeito. Se a ruptura na cabeça se repete no tipo I, o caminho previsto pela norma é o tipo II.
5. Tipo errado para a espessura. Acima de 7 mm, o tipo III é obrigatório. O tipo IV não é para filme: abaixo de 1,0 mm a norma é a D882.
6. Pular o condicionamento ou ensaiar numa sala sem controle de temperatura e umidade.
7. Medir mal a espessura. No exemplo, uma espessura real de 3,10 mm digitada como 3,20 mm daria 62,5 MPa em vez de 2.600 / (13,0 × 3,10) = 64,5 MPa: 3,1 % abaixo do real.
8. Relatar alongamento do extensômetro depois do pescoço. Com deformação não uniforme, o resultado é a deformação nominal.
9. Citar a D638-14 como vigente ou a ISO 527-2:2012, retirada em 2025.

Equipamento para o ensaio pela ASTM D638

O ensaio pede uma máquina universal de ensaios com velocidade constante de travessa, de 1 a 500 mm/min para cobrir todas as linhas da tabela, célula de carga dimensionada à força do corpo de prova, garras que prendam o plástico sem esmagar nem deixar escorregar, e extensômetros para as duas faixas de deformação. Na linha M2 da Biopdi, a máquina de coluna simples MBIOI-10-M2 é oferecida em 2, 5 ou 10 kN, com velocidade de 0,02 a 500 mm/min e 890 mm de curso, e a versão de coluna estendida chega a 1.290 mm de curso para materiais que alongam centenas de por cento. A célula de carga tem classe 1 pela ABNT NBR ISO 7500-1:2023, e o software BioLab traça a curva e calcula resistência, alongamento e módulo. O painel abaixo mostra a máquina, o papel de cada parte no ensaio pela D638 e os dispositivos usados.

A escolha do modelo parte da força máxima esperada, F ≈ σ × A₀, e do alongamento até a ruptura. A tabela abaixo indica o modelo por aplicação:

Corpo de prova	Força típica	Modelo Biopdi
Tipos I, II, IV e V em rígidos e semirrígidos	até cerca de 5 kN	MBIOI-10-M2 (2, 5 ou 10 kN)
Tipo IV não rígido, alongamento de centenas de por cento	centenas de N	MBIOI-10-M2 de coluna estendida
Tipo III de chapa grossa, compósitos	acima de 10 kN	MBIOII-50-M2 (5 a 50 kN)

Um tipo III de 19 × 14 mm num plástico de 60 MPa exige 60 × 266 = 15.960 N, perto de 16 kN, acima da coluna simples. A mesma máquina faz a flexão de plásticos pela ASTM D790, assunto do guia ASTM D790, e ensaios de polímeros como os descritos em polímeros biodegradáveis. O funcionamento interno está em máquina universal de ensaio, e para uma proposta com a configuração do seu laboratório, solicite um orçamento.

Normas citadas

A tabela reúne as normas citadas neste guia com a edição vigente, conferida em 30/09/2026 na página oficial de cada organização:

Norma	Assunto	Edição
ASTM D638	tração de plásticos, 1 a 14 mm	D638-22
ASTM D882	tração de filmes e chapas finas, menos de 1,0 mm	D882-26
ASTM D618	condicionamento de plásticos	D618-21
ASTM E83	classes de extensômetro	E83-25
ASTM E4	verificação da força da máquina	E4-24
ASTM D3039/D3039M	tração de compósitos de matriz polimérica	D3039/D3039M-17 (reaprovada em 2025)
ASTM D412	tração de borracha e elastômeros termoplásticos	D412-16 (reaprovada em 2021)
ISO 527-1	tração de plásticos: princípios gerais	2019 (em revisão)
ISO 527-2	tração de plásticos de moldagem e extrusão	2025
ISO 527-3	tração de filmes e folhas	2018
ISO 291	atmosferas de condicionamento e ensaio de plásticos	2008 (confirmada em 2021)
ISO 9513	calibração de extensômetros	2012
ABNT NBR ISO 7500-1	verificação da força de máquinas de ensaio	2023

A ASTM D790, que aparece nas buscas junto com a D638, é de flexão de plásticos, não de tração: a barra fica apoiada em dois pontos e recebe carga no meio, como explicado em ensaio de flexão.