Che cos'è Crack Growth?
Il test di crescita della fessura misura la velocità con cui la fessura in un provino pre-fessurato cresce sotto carichi ripetuti. Il risultato è dato come relazione tra l'avanzamento della fessura per ciclo (da/dN) e l'intervallo del fattore di intensità della sollecitazione (ΔK).
Scopo di Crack Growth
Lo scopo è quello di produrre dati per la progettazione tollerante ai danni e il calcolo della vita residua. Quando viene rilevata una crepa in una struttura, questi dati vengono utilizzati per calcolare quanto tempo occorrerà per raggiungere una dimensione critica; gli intervalli di ispezione sono stabiliti di conseguenza.
A quali prodotti si applica Crack Growth?
- Componenti strutturali aerospaziali
- Recipienti a pressione e condutture
- Dettagli del ponte e della struttura in acciaio
- Componenti di turbine e rotori
- Giunti saldati
In quali settori si utilizza Crack Growth?
Norme relative a Crack Growth
- ASTM E647 (misurazione dei tassi di crescita delle cricche da fatica)
- ISO 12108 (materiali metallici — crescita di cricche da fatica)
- ASTM E399 (resistenza alla frattura da deformazione piana — metodo correlato)
- ASTM E1820 (resistenza alla frattura elasto-plastica — metodo correlato)
Condizioni di Crack Growth
- Tipo di campione
- Provino a tensione compatta (CT) o a media tensione (M(T)).
- Pre-crack
- Iniziato dalla fatica controllata prima del test
- Rapporto di stress (R)
- Dalle specifiche; il risultato dipende fortemente da R
- Misurazione delle crepe
- Tracciamento ottico, potenziale caduta o metodo di conformità
Apparecchiatura per Crack Growth
- Sistema di prova di fatica servoidraulico
- Misuratore dello spostamento dell'apertura della bocca della fessura (CMOD).
- Sistema di localizzazione ottica delle cadute o delle crepe potenziali
- Sistema di acquisizione dati ad alta risoluzione
- Microscopio per l'esame della superficie della frattura
Requisiti del campione per Crack Growth
- La geometria e lo spessore del campione devono essere conformi ai rapporti definiti nello standard.
- L'intaglio e la pre-fessurazione devono essere prodotti secondo lo standard.
- Il carico applicato durante la prefessurazione non deve superare il carico di prova.
- Deve essere riportato l'orientamento del campione (ad esempio L-T, T-L).
- La superficie deve essere preparata per consentire il tracciamento ottico dell'apice della fessura.
Durata di Crack Growth
Il test è lungo perché la crescita è molto lenta nella regione a basso ΔK; uno studio che copra la regione soglia può richiedere giorni. La durata si riduce se è necessaria solo la regione di crescita stabile.
Procedura di Crack Growth
- 1Il provino è lavorato, dentellato e prefessurato.
- 2Il campione viene montato nella macchina e viene impostato il sistema di misurazione delle cricche.
- 3Vengono impostati il rapporto di sollecitazione e l'intervallo di carico iniziale.
- 4Viene applicato il caricamento ciclico; la lunghezza della fessura è continuamente monitorata.
- 5Vengono registrati i dati relativi alla lunghezza del ciclo della cricca.
- 6Si calcolano da/dN e ΔK e si costruisce la curva.
- 7La superficie della frattura viene esaminata per verificare la misurazione.
Criteri di accettazione di Crack Growth
Lo standard del metodo definisce come viene eseguito il test, non quale dovrebbe essere il risultato. Il limite di accettabilità deriva dallo standard del materiale, dalla specifica del prodotto o dal disegno tecnico del cliente; questa pagina pertanto non prevede alcun limite numerico.
Valutazione dei risultati
Il risultato è fornito come curva da/dN–ΔK su scala logaritmica. La regione centrale lineare della curva è chiamata regime di Parigi; la regione di soglia e la regione di crescita instabile vengono interpretate separatamente. I risultati dipendono dal rapporto di stress e non possono essere confrontati direttamente tra diversi valori R.
Rapporto di Crack Growth
- Identificazione del campione, tipo di materiale e numero di colata/lotto, se presente
- Geometria del provino, dimensioni e metodo di preparazione
- Condizioni standard e di prova applicate
- Testare la temperatura e le condizioni ambientali
- Valori misurati e quantità calcolate
- Fotografie della superficie della frattura o delle rientranze (ove applicabile)
- Incertezza di misura (se richiesta)
- Una dichiarazione secondo cui il risultato si applica solo al campione sottoposto a prova
Accreditamento
EUROLAB detiene un accreditamento riconosciuto a livello internazionale ottenuto da organismi di accreditamento parte degli accordi di riconoscimento multilaterale IAF e ILAC, secondo ISO / IEC 17025 per prove di laboratorio, ISO / IEC 17020 per ispezione e sorveglianza e ISO / IEC 17021-1 e ISO / IEC 17065 per certificazione di sistema e prodotto. Questa catena garantisce che i rapporti e i certificati emessi siano accettati in tutto il mondo.
Se questo test può essere offerto nell'ambito accreditato dipende dal prodotto e dallo standard applicato; poiché l'accreditamento è basato sul metodo, l'ambito viene confermato per iscritto in fase di offerta.
Ambito e autorizzazioniRegolamenti correlati
- EN 10204 (documenti di ispezione per prodotti metallici)
- Regolamento Prodotti da Costruzione EU 305/2011 (per i prodotti utilizzati in edilizia)
- Norme armonizzate applicate in base alla famiglia di prodotto
Mekanik Testler — Cosa copre questo ambito di prova?
La sezione seguente descrive l'ambito a cui appartiene la prova Crack Growth; le condizioni e i criteri di accettazione di questa prova specifica sono riportati nelle sezioni precedenti. L'ambito specifico del vostro prodotto viene confermato per iscritto in fase di offerta.
Le prove meccaniche misurano come si comporta un materiale o un componente sotto forza. La famiglia va dal carico statico (trazione, compressione, flessione) al comportamento dipendente dal tempo (fatica, scorrimento viscoso), dalla durezza e usura fino alla tenacità a frattura.
Ciò che accomuna queste prove è che il risultato è riportato come una PROPRIETÀ DEL MATERIALE. Il carico di snervamento o la durezza non sono una decisione di conformità; sono dati numerici con cui verranno confrontati il progetto e la norma di prodotto. I rapporti di prova meccanica sono quindi solitamente un input per una decisione ingegneristica piuttosto che per un'approvazione di prodotto — scelta del materiale, coefficiente di sicurezza, previsione della vita.
La distinzione tra comportamento statico e dinamico è la chiave per comprendere il settore. Un componente può apparire del tutto non sollecitato sotto carico statico eppure rompersi sotto carico ripetuto; la rottura a fatica si verifica a tensioni ben inferiori al carico di snervamento e non dà preavviso. Per componenti rotanti, vibranti o soggetti a carico ciclico, una prova di trazione da sola non è quindi una prova sufficiente.
Le condizioni di prova determinano il risultato, ed è fondamentale per la leggibilità del rapporto: geometria del provino, velocità di carico, temperatura, condizionamento e disposizione di serraggio. Lo stesso materiale fornisce valori diversi in condizioni diverse. Nelle materie plastiche l'effetto della velocità è molto marcato, nei metalli l'effetto della temperatura; nei compositi l'orientamento del provino cambia completamente il risultato.
La durezza è la misura più utilizzata in modo scorretto nel settore. Essendo rapida, quasi non distruttiva ed economica, viene spesso usata al posto della resistenza. Esistono tabelle di conversione da durezza a resistenza, ma sono APPROSSIMATIVE e dipendono dal gruppo di materiali; usarle come unica evidenza nell'accettazione del materiale è sbagliato.
Il lato della meccanica della frattura richiede una competenza specifica. Le misurazioni della tenacità a frattura e della velocità di propagazione della cricca da fatica consentono di calcolare quanto durerà una struttura fessurata; sono la base della progettazione tollerante al danno in settori come attrezzature a pressione, strutture aeronautiche e condotte.
Gruppi di metodi in questo ambito
Prove statiche
Trazione, compressione, flessione, taglio e torsione. Si ottengono carico di snervamento e resistenza a trazione, allungamento e modulo di elasticità.
Prove d'urto
Urto con intaglio Charpy e Izod; si determina il comportamento di transizione duttile-fragile del materiale in funzione della temperatura.
Durezza
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore e microdurezza. Prezioso per la profondità del trattamento superficiale e le differenze locali di resistenza.
Fatica
Fatica assiale controllata in forza e deformazione, fatica a flessione; curve S-N e limite di fatica.
Scorrimento viscoso e rilassamento delle tensioni
Comportamento sotto carico a lungo termine ad alta temperatura; determinante per i materiali di caldaie, turbine e attrezzature a pressione.
Meccanica della frattura
Tenacità a frattura in deformazione piana, integrale J, CTOD e velocità di propagazione della cricca da fatica.
Usura e attrito
Abrasione Taber e tamburo rotante, misurazioni del coefficiente di attrito.
Confusioni frequenti in questo ambito
- Calcolare la resistenza dalla durezza è approssimativo; non può essere usato come unica evidenza nell'accettazione del materiale.
- Una resistenza statica adeguata non dimostra la resistenza a fatica; un componente soggetto a carico ciclico richiede una prova separata.
- Se la velocità e la temperatura di prova non sono riportate, il risultato non è confrontabile, in particolare per polimeri e compositi.
- Un provino di prova e il pezzo reale potrebbero non dare lo stesso valore; l'orientamento di stampaggio, le linee di giunzione e le differenze nel trattamento superficiale hanno tutti un effetto.
- Un valore di resistenza fornito per un composito senza indicare l'orientamento del provino è privo di significato.
- Gli equivalenti ASTM e ISO misurano la stessa grandezza ma usano geometrie del provino diverse; i risultati non sono considerati direttamente equivalenti.
Quali decisioni supportano questi risultati
- Verifica della progettazione e selezione dei materiali
- Controllo dei materiali in ingresso e approvazione del fornitore
- Soddisfacimento dei requisiti meccanici della norma di prodotto
- Analisi dei guasti, previsione della vita utile e calcolo della tolleranza al danno
- Verifica dei processi di trattamento termico e superficiale
Test correlati
Domande frequenti su Crack Growth
Il risultato dà vita direttamente?
No, è un input per il calcolo della durata. La vita residua viene calcolata integrandola con la distribuzione delle tensioni della struttura e la dimensione iniziale della fessura.
Perché il valore di soglia (ΔKth) è importante?
Al di sotto di questo valore, in pratica si ritiene che la fessura non cresca. La soglia è decisiva quando si imposta l'intervallo di ispezione e la dimensione accettabile del difetto.