Fracture Toughness چیست؟
تست چقرمگی شکست آزمایشی است که در آن یک نمونه از پیش ترک خورده به روشی کنترل شده بارگذاری می شود و مقاومت در برابر شروع و انتشار ترک را بر حسب پارامترهای K، J یا CTOD تعیین می کند.
هدف Fracture Toughness
هدف تعیین تجربی پارامتر چقرمگی مواد برای استفاده در محاسبات تحمل آسیب برای سازه ترک خورده است.
Fracture Toughness بر چه محصولاتی اعمال می‌شود؟
- فولادهای مخازن تحت فشار و خطوط لوله
- آلیاژهای ساختاری هوافضا
- اتصالات جوش داده شده
- فولادهای با مقاومت بالا
Fracture Toughness در چه صنایعی کاربرد دارد؟
استانداردهای مرتبط با Fracture Toughness
- ASTM E1820
- ASTM E399
- ISO 12135
- BS 7448
شرایط Fracture Toughness
- نمونه
- نمونه کشش فشرده (C(T)) یا خمشی تک لبه (SE(B))
- قبل از کرک
- یک پیش ترک از طول تعریف شده در استاندارد توسط خستگی ایجاد می شود
- دما
- در مشخصات تعریف شده است
- مقادیر اندازه گیری شده
- K_Ic، J_Ic یا CTOD؛ منحنی مقاومت (J-R)
تجهیزات Fracture Toughness
- دستگاه تست سروو هیدرولیک حلقه بسته
- گیج باز شدن ترک (COD).
- محفظه تهویه دما
- دکل پیش ترک خوردگی
الزامات نمونه برای Fracture Toughness
- هندسه نمونه و الزامات اندازه تعریف شده در استاندارد
- طول و صافی قبل از ترک باید تأیید شود
- جهت نمونه و صفحه ترک باید مستند باشد
- طول ترک باید بعد از شکست اندازه گیری شود
مدت Fracture Toughness
روز در هر نمونه، از جمله قبل از ترک; این برنامه می تواند هفته ها طول بکشد.
روش اجرای Fracture Toughness
- 1نمونه بر اساس استاندارد ماشین کاری می شود.
- 2یک پیش ترک در اثر خستگی ایجاد می شود.
- 3گیج COD تعبیه شده و نمونه به دمای آزمایش می رسد.
- 4بارگذاری کنترل شده اعمال می شود و بار – جابجایی ثبت می شود.
- 5طول ترک بعد از شکستگی اندازه گیری می شود.
- 6پارامتر چقرمگی محاسبه شده و شرایط اعتبار بررسی می شود.
معیارهای پذیرش Fracture Toughness
معیار پذیرش در مشخصات به عنوان حداقل مقدار چقرمگی ذکر شده است. شرایط اعتبار استاندارد نیز باید رعایت شود.
ارزیابی نتایج
اعتبار نتیجه به شرایط اندازه نمونه بستگی دارد. اگر نیاز اندازه برآورده نشد، به جای K_Ic، ارزیابی مبتنی بر J یا CTOD مورد نیاز است. یک K_Ic نامعتبر را نمی توان در طراحی استفاده کرد.
گزارش Fracture Toughness
- استاندارد اعمال شد
- نوع، اندازه و جهت نمونه
- اندازه گیری قبل از ترک
- دمای تست
- پارامتر چقرمگی و بررسی اعتبار
اعتباربخشی
EUROLAB دارای اعتبار شناخته شده بین المللی است که از نهادهای اعتباربخشی طرف قراردادهای شناسایی چندجانبه IAF و ILAC، تحت ISO/IEC 17025 برای تست های آزمایشگاهی، ISO/IEC 17020 برای بازرسی و نظارت، و ISO/IEC 17021-1 و سیستم گواهی محصول ISO/IEC. این زنجیره تضمین می کند که گزارش ها و گواهی های صادر شده در سراسر جهان پذیرفته می شوند.
اینکه آیا این آزمون می تواند در محدوده معتبر ارائه شود به محصول شما و استاندارد اعمال شده بستگی دارد. از آنجایی که اعتبارسنجی مبتنی بر روش است، دامنه به صورت کتبی در مرحله نقل قول تأیید می شود.
محدوده و مجوزهامقررات مرتبط
- روش‌های ارزیابی صداقت و تحمل آسیب (مانند BS 7910)
آزمون فلز و متالورژی — این حوزه آزمون چه چیزی را پوشش می‌دهد؟
بخش زیر حوزه‌ای را توصیف می‌کند که آزمون Fracture Toughness به آن تعلق دارد؛ شرایط و معیارهای پذیرش این آزمون خاص در بخش‌های بالا آمده است. دامنه ویژه محصول شما در مرحله پیشنهاد قیمت به‌صورت مکتوب مشخص می‌شود.
آزمون‌های فلز و متالورژی، باری را که یک فلز یا اتصال جوش‌شده می‌تواند تحمل کند، نحوه شکست آن و ساختار داخلی‌اش را تعیین می‌کنند. خروجی این خانواده اغلب درباره خود محصول نیست بلکه درباره هویت ماده است: آیا فولاد واقعاً از رده اعلام‌شده است، آیا درز جوش استحکامی را که طراحی فرض کرده می‌دهد، آیا قطعه ریخته‌گری نقص داخلی غیرقابل‌قبولی دارد؟
اهمیت عملی این حوزه از این واقعیت ناشی می‌شود که یک قطعه فلزی به‌ندرت به‌تدریج از کار می‌افتد. یک قطعه پلاستیکی تغییر شکل می‌دهد، فرسوده می‌شود، ترک می‌خورد و معمولاً هشدار می‌دهد. اما درز جوش یا یک بست، اغلب بدون هشدار می‌شکند - به‌ویژه در موارد خستگی و شکست ترد. به همین دلیل، در حوزه‌هایی مانند تجهیزات تحت فشار، تجهیزات بالابر، فولاد سازه‌ای و خطوط لوله، آزمون مواد الزامی مقرراتی است نه طراحی.
این خانواده سه گروه روش را گرد هم می‌آورد و هر یک به پرسشی متفاوت پاسخ می‌دهد. آزمون‌های مکانیکی رفتار ماده تحت بار را کمّی می‌کنند. بازرسی غیرمخرب بدون آسیب به قطعه به دنبال نقص می‌گردد. متالوگرافی و تجزیه شیمیایی توضیح می‌دهند چرا ماده چنین رفتاری دارد - از طریق ساختار دانه، توزیع فاز، محتوای آخال و ترکیب آلیاژ.
معیار پذیرش این آزمون‌ها تقریباً هرگز از استاندارد آزمون نمی‌آید و این کلید درک این حوزه است. استاندارد آزمون می‌گوید اندازه‌گیری چگونه انجام شود؛ مقادیر قابل‌قبول از استاندارد محصول، رده ماده یا آیین‌نامه ساخت می‌آید. ISO 6892-1 می‌گوید آزمون کشش چگونه انجام شود؛ EN 10025 می‌گوید آن فولاد باید چند مگاپاسکال تنش تسلیم بدهد. هنگام خواندن یک گزارش، دانستن اینکه بر اساس کدام استاندارد محصول ارزیابی شده ضروری است.
نمونه‌برداری در این حوزه بخشی جدایی‌ناپذیر از نتیجه است. دو نمونه گرفته‌شده از یک ذوب ممکن است بسته به جهت و محل برداشت، مقادیر متفاوتی بدهند؛ در محصولات نورد شده، نمونه‌های موازی و عمود بر جهت نورد نتایج متفاوتی تولید می‌کنند. به همین دلیل استانداردهای محصول محل و جهت نمونه‌برداری را نیز تنظیم می‌کنند و گزارش باید این را مستند کند.
گروه‌های روش در این حوزه
تست های مکانیکی
کشش، فشار، خمش، ضربه شیاردار (شارپی)، سختی (برینل، ویکرز، راکول)، خستگی، خزش و چقرمگی شکست. این‌ها رفتار ماده تحت بار را به‌صورت عددی می‌دهند.
بازرسی غیرمخرب
پرتونگاری، بازرسی فراصوتی، مایع نافذ، ذرات مغناطیسی و بازرسی چشمی. بدون آسیب به قطعه به دنبال نقص‌های سطحی و داخلی می‌گردد و گامی ضروری در ساخت جوشی است.
متالوگرافی
آماده‌سازی نمونه، اچ‌کاری و بررسی میکروسکوپی. اندازه دانه، توزیع فاز، محتوای آخال، عمق کربن‌دهی و منطقه متأثر از حرارت جوش ارزیابی می‌شود.
تجزیه شیمیایی
ترکیب آلیاژ با طیف‌سنجی نشری نوری و شیمی تر تأیید می‌شود؛ تأیید رده ماده از این مرحله می‌گذرد.
رفتار خوردگی
آزمون‌های مه نمکی، خوردگی حفره‌ای و شکافی، و خوردگی بین‌دانه‌ای. در فولادهای زنگ‌نزن می‌توانند نشان‌دهنده کیفیت عملیات حرارتی باشند.
موارد رایج اشتباه‌گرفته‌شده در این حوزه
- گواهی ماده (مانند EN 10204 3.1) گزارش آزمون نیست؛ اظهارنامه سازنده است. در کاربردهای حساس، راستی‌آزمایی مستقل انجام می‌شود و این دو نباید با هم اشتباه گرفته شوند.
- آزمون‌های کشش ASTM و ISO مقادیر یکسانی را اندازه می‌گیرند اما از هندسه نمونه متفاوتی استفاده می‌کنند؛ نتایج معادل مستقیم هم تلقی نمی‌شوند و هرچه مشخصات بخواهد همان اعمال می‌شود.
- جداول تبدیل بین سختی و استحکام تقریبی هستند. محاسبه تنش تسلیم از روی سختی، شواهد کافی برای پذیرش ماده نیست.
- در بازرسی غیرمخرب، عبارت «نقصی یافت نشد» به معنای نبود نقص نیست؛ ممکن است نقص‌هایی زیر حد تشخیص روش وجود داشته باشد. گزارش باید روش به‌کاررفته و سطح حساسیت را ذکر کند.
- قبول‌شدن درز جوش نشان نمی‌دهد جوشکار یا دستورالعمل واجد شرایط است؛ این‌ها فرآیندهای جداگانه‌اند.
این نتایج از کدام تصمیم پشتیبانی می‌کنند
- راستی‌آزمایی گواهی ماده و پذیرش مواد ورودی
- تأیید ساخت جوشی؛ صلاحیت‌سنجی جوشکار و دستورالعمل
- کنترل ساخت تجهیزات تحت فشار و اجزای سازه‌ای
- تحلیل خرابی و تعیین علت ریشه‌ای آسیب‌های میدانی
- راستی‌آزمایی فرآیندهای عملیات حرارتی و سطحی
تست های مرتبط
پرسش‌های متداول درباره Fracture Toughness
Fracture Toughness بر اساس کدام استاندارد ساخته شده است؟
Fracture Toughness در محدوده ASTM E1820, ASTM E399, ISO 12135 و BS 7448 اجرا می شود. مقادیر حدی و معیارهای پذیرشی که باید اعمال شوند در استاندارد محصول تعریف شده است. نسخه معتبر برای محصول شما در مرحله پیشنهاد به صورت کتبی تایید می شود.
Fracture Toughness برای کدام محصولات کاربرد دارد؟
عمدتاً برای فولادهای مخازن تحت فشار و خطوط لوله, آلیاژهای ساختاری هوافضا, اتصالات جوش داده شده و فولادهای با مقاومت بالا اعمال می شود. اینکه آیا محصول شما در محدوده گنجانده شده است یا خیر، با بررسی مشخصات فنی و کاربرد مورد نظر آن مشخص می شود.
تحت چه شرایطی Fracture Toughness انجام می شود؟
پارامترهای تعیین کننده عبارتند از: نمونه — نمونه کشش فشرده (C(T)) یا خمشی تک لبه (SE(B)), قبل از کرک — یک پیش ترک از طول تعریف شده در استاندارد توسط خستگی ایجاد می شود و دما — در مشخصات تعریف شده است. شرایط کامل در بخش "شرایط تست" در صفحه موجود است و بسته به استاندارد محصول متفاوت است.
چه نوع نمونه ای برای Fracture Toughness مورد نیاز است؟
هندسه نمونه و الزامات اندازه تعریف شده در استاندارد, طول و صافی قبل از ترک باید تأیید شود و جهت نمونه و صفحه ترک باید مستند باشد. تعداد نمونه ها با توجه به استاندارد محصول و محدوده ای که باید گزارش شود تعیین می شود.
مدت زمان Fracture Toughness چقدر است؟
روز در هر نمونه، از جمله قبل از ترک; این برنامه می تواند هفته ها طول بکشد. این مدت به خود آزمایش تعلق دارد. آماده سازی نمونه، صف بندی و گزارش نیز ارزیابی می شود. یک برنامه زمانی واقعی برای محصول شما در پیشنهاد ارائه شده است.
نتیجه Fracture Toughness به نام "مناسب" چیست؟
معیار پذیرش در مشخصات به عنوان حداقل مقدار چقرمگی ذکر شده است. شرایط اعتبار استاندارد نیز باید رعایت شود.