KIc Fracture Toughness Testing to ASTM E399 — Methods, Specimens and Result
Escrito por Dr. Peter Bailey
Los metales de alta resistencia a menudo pueden fallar de forma sorprendentemente frágil, especialmente si un componente se sobrecarga cuando ya existe una pequeña grieta. La resistencia a la falla localizada (a diferencia de la resistencia a la tracción global) se describe generalmente bajo el término general de tenacidad a la fractura. Dentro de este, KIc es un parámetro para la intensidad crítica de tensión, por encima de la cual se puede esperar una falla catastrófica súbita.
Su uso más frecuente se da en aplicaciones aeroespaciales, donde se espera un ensayo estandarizado altamente controlado; ASTM E399 se utiliza popularmente, pero ISO y British Standards proporcionan métodos equivalentes. El ensayo de tenacidad a la fractura KIc proporciona a los usuarios finales, así como a los desarrolladores y productores de aleaciones, una métrica para el rendimiento del material y el control de calidad en aplicaciones críticas.
Testing
Se mecanizan probetas que comprenden efectivamente un bloque rígido de material, con una muesca afilada en una de las caras. Se utilizan diferentes geometrías estandarizadas según la configuración de ensayo conveniente o para adaptarse mejor al espesor disponible del material cuando se toma de una línea de producción. Es importante ensayar la tenacidad de un metal en diferentes direcciones en relación con los procesos de trabajo (por ejemplo, laminado) utilizados en la fabricación, ya que el rendimiento será diferente según la microestructura.
Cada probeta debe tener inicialmente una grieta real que crezca a partir de la muesca, utilizando carga de fatiga (cíclica), para proporcionar una línea verdaderamente «afilada» desde la cual se iniciará la falla. Típicamente, este proceso de prefisuración tomará al menos 30 minutos, pero puede ser mucho más largo dependiendo del material y el rendimiento del equipo. El ensayo principal en sí es entonces una rampa de carga simple y lenta, hasta que la grieta crece súbita o rápidamente a lo largo de la mayor parte o de toda la anchura restante de la probeta. La probeta se separa entonces y se mide la longitud y la forma exactas de la grieta inicial para permitir el cálculo preciso de la intensidad crítica de tensión a partir de la fuerza registrada en la que se produjo la falla.
Results
Con un buen equipo de ensayo y fabricación de probetas, este no tiene por qué ser un ensayo difícil de realizar. Sin embargo, los resultados podrían verse fácilmente sesgados por una serie de factores, por lo que las normas internacionales de ensayo son altamente prescriptivas para una serie de criterios diseñados para garantizar resultados comparables entre probetas, lotes o laboratorios. ASTM E399, en particular, tiene al menos 13 controles de validez que deben cumplirse para declarar un valor comparable de KIc y ha pasado a recomendar el uso de algoritmos automatizados específicos para el análisis de datos (véase ASTM E3076).
Bluehill Fracture está diseñado para proporcionar un flujo de trabajo claro que lo soporte, con opciones para crear rutinas de ensayo optimizadas y automatizadas para entornos de control de calidad. También ofrece una gran flexibilidad para los usuarios de investigación, así como un desglose detallado de los controles de validez y los resultados intermedios en caso de que un resultado no cumpla los requisitos estándar. Cuando los investigadores o los laboratorios de ensayo por contrato necesitan proporcionar resultados en varias formas, los conjuntos de datos existentes pueden reabrirse y reanalizarse instantáneamente según normas internacionales alternativas, presentarse en diferentes unidades (por ejemplo, cambiar de métrico a unidades de EE. UU.) o exportarse a plantillas de informe alternativas. El software implementa todas las técnicas recomendadas y se actualiza rutinariamente para reflejar las últimas revisiones de las normas soportadas ASTM E399, ASTM B647, ISO 12135, BS 7448-1.
NOTA: La antigua norma BS7448-1:1991 fue retirada formalmente por el British Standards Institute en agosto de 2021, siendo sustituida por la BS EN ISO 12135:2021. Bluehill Fracture sigue soportando el análisis BS7448-1 para aquellos clientes que necesitan la comparabilidad de nuevos ensayos con datos heredados.