Os desafios do controle de deformação
Por que controle de deformação?
Algumas das propriedades mecânicas dos metais são afetadas pela velocidade do ensaio e, portanto, são “sensíveis à taxa de deformação”. Em 2009, uma das principais normas de ensaio de metais, a ASTM E8, foi atualizada para incluir um método baseado no controle da taxa de deformação no corpo de prova. Antes dessa mudança, os ensaios só podiam ser realizados em controle de tensão ou em controle de velocidade do travessão, em que a rigidez geral da máquina pode afetar a velocidade no corpo de prova e causar diferenças nos resultados. Ao ensaiar materiais sensíveis à deformação com controle de velocidade do travessão, as velocidades de ensaio permitidas podem causar uma diferença superior a 10% nos resultados de tensão de prova ao ensaiar na taxa mais lenta e na mais rápida permitidas em ASTM E8/E8M e ISO 6892-1.
Executar um ensaio em controle de deformação, no entanto, permite que o ensaio seja realizado em diferentes velocidades durante o teste para compensar a complacência da máquina e manter uma taxa de deformação constante no corpo de prova. Esse método aumenta a produtividade ao reduzir o tempo total de ensaio necessário. Ele também pode economizar tempo e evitar o desperdício de corpos de prova para ajustar o ensaio, pois, ao contrário do método de controle de tensão, o controle de deformação em malha fechada não exige múltiplos ajustes por tentativa e erro na velocidade do travessão para garantir que a taxa de deformação esteja em conformidade com as normas de ensaio.
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Requisitos para alcançar o controle de deformação em malha fechada
Para que um sistema de ensaio alcance o controle de deformação em malha fechada, certos requisitos devem ser atendidos. Em todos os casos, é importante que a máquina de ensaio e o extensômetro estejam isolados de quaisquer vibrações ou choques súbitos ou repetitivos, pois isso pode causar interferência em seus ensaios.
Um extensômetro é um dispositivo de alta precisão usado para medir a deformação de um corpo de prova. Os extensômetros eliminam a complacência do sistema do cálculo de medição de deformação, mas é importante que o extensômetro escolhido seja adequado ao comprimento de deslocamento do corpo de prova e tenha uma relação apropriada entre comprimento paralelo e comprimento de medição.
As garras precisam segurar o corpo de prova com segurança durante o ensaio, de preferência com alta rigidez e mínima complacência. O gráfico mostra como diferentes tipos de dispositivos de fixação podem afetar a rigidez do sistema e como uma máquina em controle de deformação precisaria compensar.
A estrutura de carga do sistema de ensaio precisa de um sistema de acionamento preciso e estável, com alta rigidez. À direita, é mostrada uma curva tensão-deformação em materiais nominalmente semelhantes — um ensaiado em uma estrutura de alta rigidez e o outro em uma estrutura de baixa rigidez. Usando um cálculo por método de deformação estimada, ambos os ensaios são executados a uma velocidade constante do travessão de 2,25 mm/min. Houve uma diferença de 21% na “velocidade do corpo de prova” (expressa em mm/min), o que levou a uma diferença de 5% no resultado de escoamento.
Este gráfico mostra a diferença de velocidade do corpo de prova entre um sistema “rígido” e um sistema menos rígido. No início do ensaio, observa-se que o movimento do travessão é transferido para a deformação no corpo de prova muito rapidamente, enquanto no sistema mais fraco isso leva mais tempo. Isso se deve à deflexão da máquina/célula de carga/garras, que faz com que esse movimento não seja transferido para o corpo de prova. Se ambas as máquinas estivessem usando controle de deformação, então os resultados seriam muito mais comparáveis, mas o controle provavelmente será mais desafiador no sistema mais fraco.
Máquinas capazes de controle de taxa de deformação exigem um controlador responsivo e um sistema de acionamento preciso e estável para manter as tolerâncias exigidas pela norma de ensaio. Algumas máquinas são anunciadas como capazes de alcançar esse método, mas exigem que o usuário ajuste manualmente as configurações de ganho do controlador, o que pode ser difícil até mesmo para o operador de sistema mais experiente.
Corpo de prova
Um corpo de prova proporcional e um extensômetro com comprimento de medição proporcional são ideais. Na prática, um corpo de prova com boa relação entre comprimento de medição e comprimento paralelo é bem adequado para minimizar a deformação observada fora do comprimento de medição, permitindo que o controle seja mais estável. Se seus corpos de prova variam de escoamento descontínuo a escoamento contínuo, é importante mudar os métodos de controle para cada tipo. Como o escoamento local pode ocorrer fora do comprimento de medição em material com escoamento descontínuo, é impossível controlar a partir do feedback de deformação e deve-se usar controle de velocidade do travessão durante o alongamento no ponto de escoamento [YPE/Ae].
Vantagens do controle de deformação em malha fechada
✓ Resultados mais repetíveis e comparáveis - os resultados de ensaio são confiáveis de uma máquina para outra
✓ Eficiência aprimorada - o tempo por ensaio é minimizado e o tempo de configuração reduzido
✓ Não é necessário ajustar com um corpo de prova ao usar um sistema de ensaio com eletrônica de controlador da Série 6800
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