Fadiga ultra-sônico de teste no modo de tensão-compressão

O objetivo geral deste experimento é avaliar a vida em fadiga do material na região de ciclo ultra alto. Este método pode ajudar a responder a questões-chave sobre segurança e confiabilidade de componentes metálicos que devem suportar nossos dez milhões de ciclos de carregamento durante a operação. Esta técnica baseia-se na condução da amostra para a vibração longitudinal a cada frequência de ressonância de 20 kilohertz, o que significa que aproximadamente 20.000 ciclos de carregamento são realizados em um segundo.

Para ser capaz de conduzir a amostra em vibração nessa frequência de ressonância específica, seu tamanho e forma devem ser cuidadosamente projetados para a condição de ressonância. Os testes serão realizados com um dispositivo de teste de fadiga ultrassônico. As amostras do material experimental devem ser usinadas para ter a geometria de ampulheta padrão para testes de compressão de tensão.

Este desenho da amostra de teste rotula as dimensões relevantes. Escolha o diâmetro da cabeça, o diâmetro do medidor e o raio do medidor de acordo com os parâmetros do material e as condições de teste, eles determinam o comprimento do medidor. O comprimento da cabeça define a massa total da amostra e deve ser calculado para cumprir a condição de ressonância em 20 kilohertz.

Comece preparando o dispositivo de teste. Selecione um sonotrodo apropriado para a faixa de deslocamento necessária. Aparafuse o parafuso de conexão no sonotrodo até atingir o fundo e, em seguida, espalhe uma pequena quantidade de gel acústico na face do sonotrodo.

Em seguida, aparafuse o sonotrodo no conversor piezoelétrico. Vá para o computador para o sistema ultrassônico. Use o software de controle para encontrar a frequência de ressonância real do sistema.

Agora trabalhe para montar o espécime. Aparafuse o parafuso de conexão na amostra até atingir o fundo e, em seguida, aparafuse a amostra ao sonotrodo. Este corpo de prova está devidamente montado para a próxima medição de frequência de ressonância.

Agora use o software de controle para encontrar a frequência de ressonância do sistema com a amostra. Prepare-se para modificar a amostra se a frequência de ressonância for menor que a do sistema. Para as modificações, tenha um torno pronto.

Em seguida, remova a amostra do sonotrodo e, em seguida, monte a amostra em um torno para reduzir sua massa. Use o torno para diminuir um décimo de milímetro em cada cabeça, removendo massa igual de cada lado da amostra para aumentar a frequência de ressonância e manter sua geometria. Quando terminar, devolva a amostra ao sonotrodo.

Em seguida, meça novamente a frequência de ressonância do sistema com a amostra. Continue a remover a amostra do sonotrodo e reduza sua massa até que as duas frequências de ressonância estejam dentro de dez hertz. Comece no dispositivo de teste com a amostra removida.

Certifique-se de que o parafuso de conexão atinja a parte inferior da amostra e, em seguida, espalhe na face da amostra uma pequena quantidade de gel acústico. Leve a amostra de volta ao sonotrodo e aparafuse-a no lugar. Para este sistema resfriado a água, concentre os bicos de água na cabeça superior da amostra para que a água flua suavemente ao longo do comprimento do medidor.

Por fim, ajuste o sistema de refrigeração do conversor piezoelétrico. No computador de controle, inicie o teste. O teste termina automaticamente quando uma trinca por fadiga é iniciada na amostra.

Pare os sistemas de resfriamento e desmonte a amostra. Como neste caso, muitas vezes é possível ver a rachadura na superfície da amostra. O início da trinca por fadiga na amostra causa uma mudança na rigidez do sistema ultrassônico, o que desloca o sistema para fora da frequência de ressonância, portanto, o teste é naturalmente encerrado quando a trinca é iniciada.

Se a fissura por fadiga não se iniciar antes do número máximo de ciclos no ensaio, o ensaio é anotado como esgotado e que apresenta a amplitude de carga segura. Esses dados são para três aços diferentes, Hardox 450, Strenx 700MC e S355J2. A tensão de carregamento é ao longo do eixo vertical.

O número de ciclos de carga do teste é ao longo do eixo horizontal. Todos os testes terminaram em fratura antes do décimo ao décimo ciclo, exceto um, o ponto de dados marcado com uma seta. Este teste foi encerrado como um esgotamento.

Esta imagem de microscopia eletrônica de varredura fornece informações sobre o início e a propagação da trinca por fadiga. A rachadura por fadiga começou na superfície livre. A propagação de rachaduras terminou quando o sistema ultrassônico saiu da ressonância e o teste chegou ao fim.

A área mais leve corresponde à fratura por carga estática. A amostra é 50 maliptinum de cromo quatro temperado em aço temperado. Esta é uma imagem de microscópio eletrônico de varredura de uma cavidade na superfície de uma amostra de aço maliptinum de 50 cromos quatro após um processo de resfriamento inadequado.

As cavidades aceleram o processo de iniciação da trinca por fadiga, servindo como entalhes de concentração de tensão. O resultado deste ensaio de fadiga não é aceitável. Esta imagem de microscopia eletrônica de varredura é da área de propagação de trincas por fadiga de uma amostra de liga de alumínio AW7075.

A seta indica a direção da propagação da trinca por fadiga. A trinca se propagou com mecanismo de fadiga transcristalina. A principal vantagem dessa técnica é que ela é capaz de simular anos de operação em apenas algumas horas ou dias.

Uma vez dominado, o espécime pode ser harmonizado e executado em vinte minutos se for projetado na máquina corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de resfriar intensamente o medidor da amostra corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da fadiga explorarem a região do ciclo ultra-alto.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como harmonizar, executar e resfriar as amostras de teste de fadiga ultrassônica. Não se esqueça de que trabalhar com ultrassom pode ser extremamente perigoso para os ouvidos e precauções, como tampões de ouvido, devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento. Nosso grupo gostaria de reconhecer as contribuições do professor Otakar Bokuvka para nossos esforços de pesquisa.