O que é um teste de fratura?
O teste de resistência à fratura é um dos mais importantes testes mecânicos destinados a compreender a capacidade de um material de resistir ao crescimento de trincas, que é um aspecto fundamental da mecânica da fratura e influencia a resistência geral à fratura do material, um componente essencial da caracterização do material.
Este guia abrangente explora o teste de resistência à fratura no contexto da mecânica da fratura, elucidando sua importância, metodologias, padrões, vantagens e máquinas de teste adequadas.
O que o teste de fratura mede?
Os testes de resistência à fratura resumem a avaliação da resiliência de um material contra o crescimento de rachaduras , submetendo-o a uma carga progressivamente crescente até a falha. O início da falha por fratura geralmente decorre de falhas inerentes ao material, como arranhões, amassados ou locais de corrosão, propagando-se em rachaduras críticas que levam à falha estrutural. Esses testes, geralmente realizados em conjunto com avaliações de corrosão, fadiga ou temperatura elevada, fornecem informações valiosas sobre o desempenho de um material em diversas condições ambientais.
Qual é o objetivo do teste de fratura?
Os testes de resistência à fratura oferecem percepções profundas sobre a integridade estrutural e a durabilidade de um material, elementos cruciais da mecânica da fratura usados em muitos setores. Um material que apresenta alta tenacidade à fratura significa maior resistência ao crescimento de trincas, o que indica tolerância superior a danos e resistência à fadiga. Consequentemente, esses testes desempenham um papel fundamental na seleção de materiais, na otimização do projeto e na garantia da segurança operacional em inúmeras disciplinas de engenharia.
- Determine a segurança do material.
- Determinar a vida útil de um material.
- Economia de custos com a redução da manutenção prematura.
Como realizar um teste de fratura?
O teste de resistência à fratura envolve a aplicação de cargas incrementais ao material até que ele chegue à falha, seguindo os princípios fundamentais da mecânica da fratura. Antes do teste, é imprescindível uma preparação meticulosa, que envolve a criação de um entalhe de fadiga para facilitar o início da trinca, geralmente obtido por meio de usinagem por descarga elétrica (EDM).
Para realizar um teste de resistência à fratura, a etapa inicial envolve a preparação de uma amostra de teste com uma rachadura pré-existente. Essa rachadura facilita a propagação pretendida da rachadura durante o teste. A utilização de uma máquina de teste universal (UTM) é imprescindível para a realização de testes de resistência à fratura, dada a sua versatilidade em acomodar várias metodologias de teste, inclusive o teste de tração. Além disso, a adesão aos padrões de referência é fundamental, conforme prescrito por organizações renomadas, como a ASTM e a ISO. Essas normas definem requisitos específicos relativos à calibração da máquina e à configuração do teste, garantindo a uniformidade do procedimento em diversos cenários de teste.
Um método comum empregado no teste de resistência à fratura é o teste CTOD (Crack Tip Opening Displacement, deslocamento da abertura da ponta da trinca). Esse método consiste em submeter um corpo de prova de material pré-fissurado a uma configuração de teste de flexão de 3 pontos. As etapas do procedimento para realizar um teste CTOD são as seguintes:
- Preparação da amostra: Usinagem de um entalhe no ponto médio do corpo de prova de material, seguido pela indução de uma trinca por fadiga no entalhe usinado.
- Procedimento de carregamento: Colocação do corpo de prova em uma máquina de configuração de flexão de 3 pontos para aplicar a carga necessária.
- Medição da deformação: Fixação de medidores de deformação em ambos os lados da rachadura para medir meticulosamente as variações de deformação durante todo o processo de teste.
- Análise de falhas: Aplicação de uma carga progressiva até que ocorra a falha, documentando meticulosamente os resultados resultantes para análise e avaliação abrangentes.
Padrões populares em testes de fratura
- ASTM D5528: For interlaminar toughness of unidirectional polymer composites.
- ASTM D6671: Standard test method for mixed Mode I-Mode II interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites.
- ASTM E208: Standard Test Method for Conducting Drop-Weight Test to Determine Nil-Ductility Transition Temperature of Ferritic Steels.
- ASTM E399: Standard test method for linear-elastic plane-strain fracture toughness of metallic materials.
- ASTM E561: Standard Test Method for KR Curve Determination.
- ASTM E604: Standard Test Method for Dynamic Tear Testing of Metallic Materials.
- ASTM E740: Standard Practice for Fracture Testing with Surface-Crack Tension Specimens.
- ASTM E1304: Standard Test Method for Plane-Strain (Chevron-Notch) Fracture Toughness of Metallic Materials.
- ASTM E1681: Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for Environment-Assisted Cracking of Metallic Materials.
- ASTM E1820: Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness.
- ASTM E1921-22a: Standard test method for determination of reference temperature, T0, for ferritic steels in the transition range.
- ISO 12135: Metallic materials—Unified method of test for the determination of quasi-static fracture toughness.
- ISO 17281: Plastics—Determination of fracture toughness (GIC and KIC) at moderately high loading rates (1 m/s).
Máquinas de teste de fratura
O STEP Lab é sinônimo de excelência em testes de materiais, ostentando uma proficiência inigualável no campo. Com nossas avançadas máquinas de teste elétrico, somos excelentes na realização de avaliações precisas da resistência à fratura. Quer se trate de altas capacidades de carga ou temperaturas extremas, nossas instalações estão equipadas para lidar com diversas condições de teste, garantindo testes confiáveis alinhados com os requisitos de mecânica de fratura para atender às diversas necessidades dos clientes.
SÉRIE EA
Atuadores eletromecânicos
SÉRIE UD
Máquinas de teste com motor linear
PERGUNTAS FREQUENTES
1. O que é a mecânica da fratura e como ela se relaciona com os testes de materiais?
A mecânica da fratura é um campo da engenharia que explora como e por que os materiais fraturam sob carga, com foco na propagação de falhas. Por meio da mecânica da fratura, os testes de materiais ajudam a entender a resistência de um material ao crescimento de trincas, fornecendo dados essenciais para evitar falhas estruturais.
2. Como o crescimento de trincas influencia a seleção de materiais?
O crescimento de rachaduras é um indicador importante da durabilidade e da vida útil de um material. Nos testes de mecânica de fratura, é analisada a taxa de expansão de uma rachadura sob diferentes cargas e condições ambientais. Essas informações são vitais para a seleção de materiais com capacidade de desempenho de longo prazo, especialmente em ambientes críticos.
3. Que técnicas são usadas para medir o crescimento de trincas em testes de resistência à fratura?
Nos testes de mecânica de fratura, métodos como o CTOD (Crack Tip Opening Displacement) são empregados para medir o crescimento da trinca em tempo real. Essas técnicas permitem a obtenção de dados precisos sobre a resistência do material, possibilitando que engenheiros e pesquisadores avaliem a longevidade do material em várias aplicações.
4. Quais são as vantagens de usar a mecânica da fratura para testar materiais avançados?
A mecânica da fratura fornece ferramentas e métodos precisos para analisar como os materiais avançados respondem ao crescimento de rachaduras. Os resultados dos testes apoiam o desenvolvimento de materiais mais fortes e seguros, otimizando o design e o desempenho do produto em aplicações inovadoras.
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