KIc Fracture Toughness Testing to ASTM E399 — Methods, Specimens and Result
Scritto da Dr. Peter Bailey
I metalli ad alta resistenza possono spesso cedere in modo sorprendentemente fragile, soprattutto se un componente viene sovraccaricato in presenza di una piccola cricca. La resistenza al cedimento localizzato (in contrapposizione alla resistenza a trazione complessiva) è generalmente descritta dal termine generale di tenacità alla frattura. All'interno di questa categoria, KIc è un parametro per l'intensità critica delle tensioni, oltre la quale ci si può aspettare un cedimento catastrofico improvviso.
L'uso più diffuso è nelle applicazioni aerospaziali, dove sono richiesti test standardizzati altamente controllati; ASTM E399 è comunemente utilizzato, ma metodi equivalenti sono forniti da ISO e British Standards. Il test di tenacità alla frattura KIc fornisce agli utenti finali, così come agli sviluppatori e produttori di leghe, una metrica per le prestazioni dei materiali e il controllo qualità in applicazioni critiche.
Testing
Vengono lavorati provini che comprendono essenzialmente un blocco rigido di materiale, con un intaglio affilato su una faccia. Vengono utilizzate diverse geometrie standardizzate in base alla configurazione di prova più conveniente o per adattarsi al meglio allo spessore disponibile del materiale prelevato da una linea di produzione. È importante testare la tenacità di un metallo in diverse direzioni rispetto ai processi di lavorazione (ad es. laminazione) utilizzati nella produzione, poiché le prestazioni varieranno in base alla microstruttura.
Ogni provino deve inizialmente avere una cricca reale sviluppata dall'intaglio, utilizzando un carico a fatica (ciclico), per fornire una linea veramente "affilata" da cui verrà innescato il cedimento. Tipicamente, questo processo di prefessurazione richiederà almeno 30 minuti, ma può essere molto più lungo a seconda del materiale e delle prestazioni dell'attrezzatura. Il test principale è poi una semplice rampa di carico lenta, fino a quando la cricca improvvisamente o rapidamente si propaga attraverso la maggior parte o tutta la larghezza rimanente del provino. Il provino viene quindi separato e la lunghezza e la forma esatte della cricca iniziale vengono misurate per consentire il calcolo accurato dell'intensità critica delle tensioni dalla forza registrata alla quale si è verificato il cedimento.
Results
Con buone attrezzature di prova e fabbricazione dei provini questo non deve essere un test difficile da eseguire. Tuttavia, i risultati potrebbero facilmente essere distorti da una serie di fattori, quindi gli standard di prova internazionali sono altamente prescrittivi per una serie di criteri progettati per garantire risultati comparabili tra provini, lotti o laboratori. ASTM E399 in particolare, ha almeno 13 controlli di validità che devono essere soddisfatti per dichiarare un valore comparabile di KIc e ha iniziato a raccomandare l'uso di algoritmi automatizzati specifici per l'analisi dei dati (vedi ASTM E3076).
Bluehill Fracture è progettato per fornire un flusso di lavoro chiaro a supporto di questo, con opzioni per creare routine di test semplificate e automatizzate per ambienti di controllo qualità. Fornisce inoltre un'elevata flessibilità per gli utenti della ricerca, oltre a una suddivisione dettagliata dei controlli di validità e dei risultati intermedi nel caso in cui un risultato non soddisfi i requisiti standard. Quando i ricercatori o i laboratori di prova a contratto devono fornire risultati in diverse forme, i set di dati esistenti possono essere riaperti e istantaneamente rianalizzati secondo standard internazionali alternativi, presentati in unità diverse (ad es. passare dal sistema metrico a quello consuetudinario USA) o esportati in modelli di report alternativi. Il software implementa tutte le tecniche raccomandate ed è regolarmente aggiornato per riflettere le ultime revisioni degli standard supportati ASTM E399, ASTM B647, ISO 12135, BS 7448-1.
NOTA: La norma BS7448-1:1991, in vigore da lungo tempo, è stata formalmente ritirata dal British Standards Institute nell'agosto 2021, per essere sostituita da BS EN ISO 12135:2021. Bluehill Fracture continua a supportare l'analisi BS7448-1 per quei clienti che necessitano di comparabilità di nuovi test con dati legacy.