KIc Fracture Toughness Testing to ASTM E399 — Methods, Specimens and Result
Escrito por Dr. Peter Bailey
Metais de alta resistência muitas vezes podem falhar de forma surpreendentemente frágil, especialmente se um componente for sobrecarregado quando já existe uma pequena trinca. A resistência à falha localizada (em oposição à resistência à tração do volume do material) é geralmente descrita pelo termo abrangente tenacidade à fratura. Dentro disso, KIc é um parâmetro da intensidade crítica de tensões, acima da qual se pode esperar uma falha súbita e catastrófica.
O uso mais prevalente é em aplicações aeroespaciais, nas quais se espera ensaio padronizado altamente controlado; a ASTM E399 é amplamente utilizada, mas métodos equivalentes são fornecidos por normas ISO e britânicas. O ensaio de tenacidade à fratura KIc fornece aos usuários finais, bem como a desenvolvedores e produtores de ligas, uma métrica de desempenho do material e de controle de qualidade em aplicações críticas.
Testing
São usinados corpos de prova que efetivamente consistem em um bloco rígido de material, com um entalhe afiado em uma das faces. Diferentes geometrias padronizadas são usadas conforme a conveniência da configuração do ensaio ou para melhor se adequar à espessura de material disponível quando retirado de uma linha de produção. É importante ensaiar a tenacidade de um metal em diferentes direções em relação aos processos de conformação (por exemplo, laminação) usados na fabricação, pois o desempenho varia de acordo com a microestrutura.
Cada corpo de prova deve inicialmente ter uma trinca real propagada a partir do entalhe, usando carregamento por fadiga (cíclico), a fim de fornecer uma linha verdadeiramente “afiada” a partir da qual a falha será iniciada. Normalmente, esse processo de pré-trinca levará pelo menos 30 minutos, mas pode ser muito mais longo dependendo do material e do desempenho do equipamento. O ensaio principal em si é então uma rampa de carregamento simples e lenta, até que a trinca, de forma súbita ou rápida, se propague através da maior parte ou de toda a largura remanescente do corpo de prova. Em seguida, o corpo de prova é separado e o comprimento e a forma exatos da trinca inicial são medidos para permitir o cálculo preciso da intensidade crítica de tensões a partir da força registrada na qual ocorreu a falha.
Results
Com um bom equipamento de ensaio e uma boa fabricação do corpo de prova, este não precisa ser um ensaio difícil de executar. No entanto, os resultados podem ser facilmente distorcidos por uma série de fatores; por isso, as normas internacionais de ensaio são altamente prescritivas quanto a diversos critérios destinados a garantir resultados comparáveis entre corpos de prova, lotes ou laboratórios. A ASTM E399, em particular, possui pelo menos 13 verificações de validade que devem ser atendidas para declarar um valor comparável de KIc e passou a recomendar o uso de algoritmos automatizados específicos para análise de dados (ver ASTM E3076).
Bluehill Fracture foi desenvolvido para fornecer um fluxo de trabalho claro para dar suporte a isso, com opções para criar rotinas de ensaio simplificadas e automatizadas para ambientes de controle de qualidade. Ele também oferece alta flexibilidade para usuários de pesquisa, bem como um detalhamento das verificações de validade e dos resultados intermediários caso um resultado não atenda aos requisitos da norma. Quando pesquisadores ou laboratórios de ensaio contratados precisam fornecer resultados em várias formas, conjuntos de dados existentes podem ser reabertos e reanalisados instantaneamente conforme normas internacionais alternativas, apresentados em diferentes unidades (por exemplo, alternar de métrico para unidades usuais dos EUA) ou exportados para modelos de relatório alternativos. O software implementa todas as técnicas recomendadas e é atualizado rotineiramente para refletir as revisões mais recentes das normas suportadas: ASTM E399, ASTM B647, ISO 12135, BS 7448-1.
OBSERVAÇÃO: A antiga BS7448-1:1991 foi formalmente retirada pelo British Standards Institute em agosto de 2021, sendo substituída pela BS EN ISO 12135:2021. Bluehill Fracture continua a oferecer suporte à análise BS7448-1 para os clientes que precisam de comparabilidade de novos ensaios com dados legados.