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Fatiga ultrasónica prueba en el modo de tensión-compresión

doi: 10.3791/57007 Published: March 7, 2018

Summary

Un protocolo para la fatiga ultrasónica en la región de altas y ultra altas del ciclo en el modo de carga de tensión-compresión axial.

Abstract

Pruebas de fatiga ultrasónica es uno de algunos métodos que permiten investigar propiedades de fatiga en la región de ultra alto ciclo. El método se basa en exponer a la muestra a las vibraciones longitudinales en su frecuencia de resonancia cerca de 20 kHz. Con el uso de este método, es posible reducir significativamente el tiempo requerido para la prueba, en comparación con dispositivos convencionales suelen trabajar a frecuencias menores de 200 Hz. También se utiliza para simular la carga del material durante la operación en condiciones de alta velocidad, tales como ésos experimentaron por componentes de los motores de jet o un coche turbo bombas. Es necesario operar sólo en la región de altas y ultra altas del ciclo, debido a la posibilidad de tasas de deformación muy alta, que puede tener una influencia significativa en los resultados de la prueba. Dimensiones y forma del espécimen deben ser cuidadosamente seleccionado y calculado para cumplir con la condición de resonancia del sistema ultrasónico; por lo tanto, no es posible probar los componentes completos o ejemplares de forma arbitraria. Antes de cada prueba, es necesario armonizar la muestra con la frecuencia del sistema ultrasónico para compensar las desviaciones de la forma real del ideal. No es posible ejecutar una prueba hasta una fractura total de la muestra, ya que la prueba se termina automáticamente después de la iniciación y propagación de la grieta a una cierta longitud, cuando la rigidez del sistema cambia lo suficiente como para cambiar el sistema de la resonancia frecuencia. Este manuscrito describe el proceso de evaluación de la fatiga de los materiales propiedades a fatiga ultrasónica de alta frecuencia carga con el uso de la resonancia mecánica a una frecuencia de cerca de 20 kHz. El protocolo incluye una descripción detallada de todos los pasos necesarios para una prueba correcta, incluyendo el diseño de la muestra, cálculo de tensión, armonizando con la frecuencia de resonancia, realizar la prueba y la fractura estática final.

Introduction

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Daño de fatiga de materiales estructurales es fuertemente conectada con la industrialización y principalmente con el uso del motor de vapor y las locomotoras del vapor para el transporte ferroviario, donde se han utilizado muchos de los componentes metálicos, principalmente de hierro base y tuvo que soportar varios tipos de cargas cíclicas. Una de las primeras pruebas fue realizada por Albert (Alemania 1829)1 en cadenas soldadas con autógena para montacargas de la mina. La frecuencia de carga era 10 codos por minuto y el máximo de pruebas grabado alcanzó 100.000 carga ciclos1. Otro trabajo importante fue realizado por William Fairbairn en 1864. Se realizaron pruebas en vigas de hierro forjado con el uso de una carga estática, que fue levantada por una palanca y luego cayó provoca vibraciones. La viga cargada con aumentando poco a poco la tensión de carga de amplitud. Después de alcanzar varios 100 mil ciclos en diferentes amplitudes de la tensión, en el extremo de la viga de carga falló después de casi 5 mil ciclos de carga con una amplitud de carga de dos quintas partes de la última fuerza extensible. El primer estudio global y sistemático de la influencia de estrés repetido en los materiales estructurales se realizó de agosto Wöhler en 1860-18701. Para estas pruebas, él estaba usando modos de carga axial, flexión y torsión. Wöhler había diseñado fatiga único muchas máquinas, pero su desventaja era operación baja velocidad, por ejemplo la dobladora más rápido giratoria operada a 72 rpm (1,2 Hz), así la terminación del programa experimental tomó 12 años1. Después de realizar estas pruebas, se consideró que después de alcanzar una amplitud de carga en el que el material soporta 107 ciclos, la degradación de la fatiga es insignificante y el material puede soportar un número infinito de ciclos de carga. Esta amplitud de carga fue nombrado el "límite de fatiga" y se convirtió en el principal parámetro de diseño industrial de muchos años de2,3.

Desarrollo de nuevas máquinas industriales, que requieren una mayor eficiencia y ahorro de costos, que ofrecen la posibilidad de mayor carga, mayor velocidad de operación, mayor duración y alta fiabilidad con bajo mantenimiento. Por ejemplo, componentes de tren de alta velocidad Shinkanzen, después de 10 años de operación, tienen que soportar aproximadamente 10 ciclos de9 y la falta de un componente principal puede tener consecuencias fatales4. Además, componentes de motores de jet funcionan a menudo a 12.000 rpm, y componentes de turbo sopladores a menudo superan a 17.000 rpm. Ésos operación de alta velocidad de aumento de las necesidades para las pruebas de vida fatiga en la región llamada ciclo ultra alto y para evaluar si la resistencia a la fatiga de un material puede realmente considerarse constante durante más de 10 millones de ciclos. Después de las primeras pruebas realizadas por superar esta resistencia, era obvio que fallos de fatiga pueden ocurrir incluso en las amplitudes de la tensión aplicada menores que el límite de fatiga, después de un número de ciclos mucho más que 107y que el mecanismo de daño y falla podría ser diferente de la habitual unos5.

Creación de un programa de prueba de fatiga destinado a investigar la región ciclo ultra alto requiere el desarrollo de nuevos dispositivos para aumentar fuertemente la frecuencia de carga. Un Simposio centrado en este tema se celebró en París en junio de 1998, donde experimental se presentaron resultados que se obtuvieron por Stanzl-Tschegg6 y Bathias de7 a 20 kHz, carga de frecuencias, por Ritchie8 con el uso de 1 kHz cerrado loop servo-hidráulico de prueba y la máquina Davidson8 con una prueba de máquina 1,5 kHz magneto-strictive4. Desde ese momento, se propusieron muchas soluciones, pero todavía más comúnmente usadas para este tipo de prueba se basan en el concepto de Manson desde 1950 y utiliza frecuencias de cerca de 20 kHz9. Estas máquinas presentan un buen equilibrio entre grado de deformación, la exactitud de la determinación de la cantidad de ciclos y el tiempo de la prueba de fatiga (10 ciclos de10 se alcanzan en aproximadamente 6 días). Otros dispositivos fueron capaces de ofrecer más frecuencias de carga, como el utilizado por Girald en 1959-92 kHz y Kikukawa en 1965-199 kHz; sin embargo, éstos se utilizan raramente porque crean tasas de deformación muy alta y, puesto que el examen dura sólo unos minutos, se espera un notable error en el conteo de ciclo. Otro factor importante que limita la frecuencia de carga de los dispositivos de resonancia para las pruebas de fatiga es el tamaño de la muestra, que está en relación directa con la frecuencia de resonancia. Cuanto mayor sea la frecuencia de carga solicitado, cuanto menor sea la muestra. Esta es la razón por la cual raramente usado10frecuencias por encima de 40 kHz.

Puesto que la amplitud de desplazamiento es limitada generalmente dentro del intervalo de entre 3 y 80 μm, pruebas de fatiga ultrasónica pueden ser exitosamente aplicado en materiales metálicos más, aunque las técnicas para el análisis de materiales poliméricos como PMMA11 y también se desarrollaron compuestos12 . En general, pruebas de fatiga ultrasónica son posible realizar en los modos de carga axial: tracción - compresión simétrica ciclo13,14, tensión - tensión ciclo15,15, de flexión de tres puntos y también hay unas cuantas estudios con modificaciones especiales del sistema de torsión pruebas15,16 y biaxial flexión17. No es posible utilizar las muestras arbitrarias, porque para este método, la geometría está estrictamente relacionado con lograr la frecuencia de resonancia de 20 kHz. Para la carga axial, varios tipos de muestras se han comúnmente utilizados, generalmente con forma de reloj de arena con un calibre longitud diámetro de 3 a 5 mm. Para la flexión de tres puntos, se utilizan láminas delgadas, y para otros métodos de tipos especiales de especímenes están diseñados, según el tipo de método y condiciones de ensayo. El método fue diseñado para la evaluación de la vida de fatiga en la región de altas y ultra altas del ciclo, y esto significa que en el cargamento de 20 kHz, se obtiene 1 millón de ciclos en 50 s; por lo tanto, esto generalmente se considera el límite inferior de carga de ciclos que se pueden investigar con exactitud razonable, con respecto al número de ciclo de determinación. Cada muestra tiene que ser armonizado con el cuerno ultrasónico cambiando la masa de la muestra para proporcionar la frecuencia de resonancia correcta del sistema: cuerno ultrasónico con la muestra.

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Protocol

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Nota: Geometría de cada ejemplar debe ser seleccionado y calculado según las propiedades mecánicas y físicas del material probado, para que tenga una frecuencia de resonancia idéntico como el sistema ultrasónico de la prueba.

1. determinación de las dimensiones de muestra de prueba de fatiga

Nota: La geometría de la muestra de tensión-compresión estándar de "reloj de arena", con dimensiones principales definidas, se muestra en la figura 1. Dimensiones d, D y r son definidos por el usuario (independiente), mientras que l y L dimensiones tienen que ser calculado, según las condiciones de la frecuencia de resonancia correcta (dependiente). El medidor de longitud l resulta solamente de la relación de la geometría entre d, r y D y puede calcular fácilmente u obtenidas de un modelo de componentes; por lo tanto, no será objeto de una discusión más detallada.

  1. Determinación de dimensiones independientes
    Nota: Las principales dimensiones de la probeta (d, D, r) se eligen según los parámetros de material y las condiciones de prueba.
    1. Determinar el calibre diámetro d según el volumen requerido de material para la prueba. En el caso de una microestructura homogénea sin defectos internos, es preferible un diámetro de calibre más pequeño. En el caso de un material con importantes defectos internos (como huecos y mermas en los materiales de fundición), es necesario un mayor diámetro de calibre. El calibrador de diámetro d es generalmente de 3 mm a 5 mm.
    2. Determinar el diámetro de la cabeza D según tamaño material experimental disponible. El diámetro del cabezal usado D es generalmente de 10 mm a 15 mm.
      Nota: La D es la más grande, menor será la longitud de la cabeza (L).
  2. Determinar el calibre Radio r según la distribución de la tensión mecánica necesaria en longitud de calibre de la muestra. Cuanto mayor sea el calibre de diámetro r es, el suavizador es la distribución de tensión mecánica. Un indicador comúnmente usado el radio es r = 20 mm o r = 32 mm.
    Nota: Cuanto más grande es la r , más la muestra.
  3. Determinación de dimensiones dependientes
    1. Determinar el número de onda K según la siguiente fórmula9,18:
      Equation 1
      Nota: Aquí el fr es la frecuencia de resonancia del sistema ultrasónico (Hz), ρ es la densidad de volumen (kg m-3), y Ed es el módulo dinámico de elasticidad (kg m-3).
    2. Determinar la aproximación hiperbólica del calibrador de radio, según la siguiente fórmula9,19:
      Equation 2
      Nota: Aquí l es la longitud del calibre (m), D es el diámetro de la cabeza (m), y d es el diámetro del calibre (m) (figura 1).
    3. Determinar la excentricidad efectiva según la siguiente fórmula9,18:
      Equation 3
      Nota: Aquí A es la aproximación hiperbólica (m-1) determinada por la ecuación (2), y K es el número de onda (-) determinado según la expresión (1).
    4. Determinar la longitud de la cabeza (L) según la siguiente ecuación9,18:
      Equation 4
      Nota: Aquí K es el número de onda (-) determinado según la expresión (1) en el punto 1.2.1, β es la excentricidad efectiva (m-1) determinada por la ecuación (3) y l es la longitud del calibre (m) (figura 1).

2. cálculo de la tensión mecánica en la longitud de la calibre de la muestra

  1. Determinar el factor geométrico de aportación Equation 5 según la siguiente ecuación9,18:
    Equation 6
  2. Determinar el ɛ de amplitud de deformación según la siguiente ecuación9,18:
    Equation 7
    Nota: Aquí Equation 5 es el factor geométrico (-) y u es la amplitud de desplazamiento requiere el extremo libre de la muestra (m).
  3. Determinar la tensión mecánica amplitud σun acuerdo con la siguiente ecuación9,18:
    Equation 8
    Nota: Aquí ɛ es la amplitud de la deformación (-) determinada según la expresión (5), y Ed es el módulo dinámico de elasticidad (kg m-3). Si la tensión mecánica calculada es demasiado baja, es necesario aumentar la amplitud de desplazamiento u (m) y viceversa.

3. fabricación de la muestra con las operaciones de mecanizado

  1. Debido a varias desviaciones pequeñas de las muestras trabajadas a máquina de una forma ideal, fabricación de muestras con más cabezas, generalmente L + 0.5 mm.

4. armonización de la frecuencia de resonancia de la muestra con el sistema ultrasónico

Nota: Armonizar es el proceso de compensar varias desviaciones pequeñas de la muestra real de la forma ideal, calculada para obtener la frecuencia de resonancia correcta, que está en armonía con la sonda acústica ultrasónica.

  1. Elegir el tipo adecuado de material acústico, según el rango de desplazamiento requerido, que es capaz de proporcionar la adecuada tensión mecánica en la muestra.
    Nota: Cada tipo de material está diseñado y calibrado para una gama de diferentes desplazamientos, así el material apropiado se elige según la amplitud de desplazamiento requerido calculada según la sección 2.
  2. Montar la sonda en el convertidor piezoeléctrico.
    1. Atornille el tornillo de conexión dentro del agujero central de la sonda hasta que alcance la parte inferior.
    2. Esparcir el gel acústico en la cara el sonotrodo.
      Nota: Se utiliza una pequeña cantidad de gel, lo suficiente como para llenar la irregularidad de las superficies, que mejora la transferencia de la onda mecánica entre el convertidor piezoeléctrico y el sonotrodo.
    3. Atornille el sonotrodo el convertidor piezoeléctrico.
  3. Ejecutar el sistema de ultrasonidos con un conversor eléctrico piezoeléctrico montado sonda para medir la frecuencia de resonancia del sistema particular a la temperatura real.
    1. Ejecute el software de la prueba ultrasónico (e.g., Win20k).
    2. Seleccione el tipo de material usado en el menú desplegable en el cuadro de «Modelo».
    3. Introduzca la menor amplitud de desplazamiento para el material particular en el recuadro de "Amplitud".
    4. Haga clic en el botón "Inicio".
    5. Leer la frecuencia de resonancia real del sistema en el cuadro de la «Frecuencia».
    6. Haga clic en el botón "Stop".
  4. Montaje de la muestra en el extremo de la sonda.
    1. Atornille el tornillo de conexión en el agujero central de la muestra hasta que llega al fondo.
    2. Tornillo de la muestra a la sonda.
  5. Ejecutar el sistema de ultrasonidos con un convertidor eléctrico piezoeléctrico con montadas sonotrodo y la muestra para medir la frecuencia de resonancia del sistema particular a la temperatura real.
    1. Ejecute el software de prueba ultrasónico.
    2. Seleccione el tipo de material utilizado en el menú desplegable en el cuadro de «Modelo».
    3. Introduzca la menor amplitud de desplazamiento para el material particular en el recuadro de "Amplitud".
    4. Haga clic en el botón "Inicio".
    5. Leer la frecuencia de resonancia real del sistema en el cuadro de la «Frecuencia».
    6. Haga clic en el botón "Stop".
  6. Cuando la frecuencia de resonancia del sistema con montado de la muestra es menor que sin la muestra, reducir la masa de la pieza por cortar las caras de la cabeza de la muestra.
    Nota: Si la frecuencia de resonancia con un montaje de la muestra es superior, sería necesario reducir el calibre de diámetro d, que cambiaría las condiciones de la prueba. Por esta razón se añade 0,5 mm a la longitud de las cabezas en el proceso de fabricación.
    1. Desmonte al espécimen de la sonda.
    2. Montar a la pieza en un torno y gire hacia abajo 0,1 mm de la cara del primer jefe.
    3. Montar a la pieza en un torno y gire hacia abajo 0,1 mm de la cara de la segunda cabeza.
    4. Repita el paso 4.6 hasta que la frecuencia de resonancia esté dentro de tolerancia de ± 10 Hz.

5. final montaje de las muestras a la sonda antes de la prueba de fatiga

  1. Aplicar gel acústico en las caras para crear conexiones entre la sonda y la muestra.
    1. Atornille el tornillo de conexión en el agujero central de la muestra hasta que llega al fondo.
    2. Esparcir el gel acústico en la cara de la muestra.
      Nota: Sólo una pequeña cantidad de gel acústico se utiliza para rellenar las irregularidades en la superficie para mejorar la transferencia de la onda acústica de la sonda a la muestra.
    3. Tornillo de la muestra a la sonda.

6. ejecutar el sistema de enfriamiento para muestra

  1. Si se utiliza la refrigeración por aire, la corriente de aire se centran directamente en el centro de la longitud de la calibre de la pieza y esperar unos 20 s, por lo que el flujo de la corriente de aire satura la muestra.
  2. Si se utiliza la refrigeración por agua, centran los inyectores de agua en la cabeza superior de la muestra y ajustar la intensidad de corriente por lo que el agua fluye suavemente a lo largo de la longitud de la galga, para evitar la cavitación.
    Nota: Sumergir la muestra en agua o aceite también es posible, sin embargo esto se puede utilizar solamente para a corto plazo pruebas debido al efecto de cavitación significativa, que acelera el proceso de iniciación de grieta de fatiga.

7. ejecutar el sistema de enfriamiento del convertidor Piezo eléctrico

  1. Abra la válvula de la corriente de aire y ajuste la presión en el intervalo entre 0,5 y 1 bar.

8. ejecutar la prueba con amplitud de desplazamiento necesario

  1. Ejecute el software de prueba ultrasónico.
  2. Seleccione el tipo de material usado en el menú desplegable en el cuadro de «Modelo».
  3. Introduzca la amplitud de desplazamiento requerida para el material particular en el recuadro de "Amplitud".
  4. Haga clic en el botón "Inicio".

9. fatiga Crack iniciación y propagación

  1. Observar que después de la fatiga de la grieta iniciación y propagación a través de una parte de la sección transversal, el sistema se desplaza fuera de la frecuencia de resonancia y naturalmente se termina la prueba.
  2. Si la prueba no termina con una fractura, después de alcanzar el número requerido de ciclos de carga (la prueba es un run-out) terminar usando el botón "Stop" en el software de prueba ultrasónico.

10. Desmonte al espécimen de la sonda

  1. Desenrosque el espécimen de la sonda ultrasónica.

11. estática de carga fuerza fractura

  1. Con carga estática fuerza para fracturar el resto de la sección transversal con el uso de una máquina de carga estática.
    Nota: El vector y el tipo de la fuerza de carga de la fractura estática deben corresponder con el tipo de la fatiga cargando para que la superficie de fractura tiene carácter consistente.

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Representative Results

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Resultados de la prueba de fatiga incluyen carga tensión, número de ciclos de carga y el carácter de terminación de la prueba (fractura o agotamiento) puede verse en la tabla 1, donde resultados de la vida de fatiga de la 50CrMo4 apagado y disponen de acero templado. La interpretación más común de los resultados de la prueba de vida de fatiga es el llamado S - parcela N (S - stress, N - número de ciclos), también conocido como trama de Wöhler. La dependencia de la vida de fatiga de la tensión de la carga aplicada se traza en un diagrama con eje invertido históricamente determinado, donde el valor independiente (tensión de carga) es en el eje y y el valor dependiente (número de ciclos) es en el eje x . Varios tipos de regresión son aplicados19 sobre los resultados de la vida de fatiga y, en caso de que un ajuste se agrega al diagrama, se llama comúnmente la S - curva de N. Sin embargo, no hubo diferencias con la trama original, que incluye sólo un ajuste de datos. Si la prueba no termina con una fractura, y se terminó después de alcanzar el número requerido de ciclos sin daño del cargamento, este resultado se llama un run-out y en el S N parcela generalmente marcado por la flecha. La figura 2 muestra un típico S - parcela N de tres aceros probados: Hardox 450, 700 MC Strenx y S355 J2.

Además, las superficies de fractura de las muestras se analizan, generalmente con el uso de microscopía electrónica de barrido (SEM), donde el carácter de la fatiga grietas iniciación y propagación es identificada y se interpreta. La figura 3 muestra una superficie de fractura de fatiga tras fatiga ultrasónica prueba de 50CrMo4 había apagado y templado de acero. El crack fue iniciado en una superficie libre de la muestra y luego se propaga a través de la sección hasta que el sistema ultrasónico fue cambiado de puesto de la frecuencia de resonancia (zona oscura). Por lo tanto, el resto de la sección transversal se fracturó por la carga estática creó el área más ligero en la parte superior de la figura. La figura 4 muestra el área de la propagación de grieta de fatiga en extrusión AW 7075 - T6511 de aleación de aluminio. La figura 5 muestra una cavidad creada en la superficie debido a sumergir la muestra en refrigeración líquida (agua destilada con inhibidor de la lucha contra la corrosión a temperatura ambiente) para una prueba de largo plazo (varias horas). La cavidad acelera la iniciación de grieta de fatiga y el resultado de esta prueba no puede ser considerado como válido.

Figure 1
Figura 1 : Dibujo de la probeta de tensión-compresión estándar ultrasónico de la fatiga. Las dimensiones se definen como sigue: d -calibrador de diámetro, radio de calibre D - diámetro de la cabeza, r -, L - longitud de la cabeza, l - medidor de longitud. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2 : El S - Parcela N del acero Hardox 450, 700 MC Strenx y S355 J2. Prueba de marcha está marcada por la flecha. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3 : Carácter superficial fractura del espécimen 50CrMo4 acero cargado en 365 MPa y fracturados después de 1.97 × 10 8 ciclos de carga. La fractura se inicia en la superficie libre de la muestra. La superficie de fractura consiste en el área de propagación de grieta de fatiga estable (zona oscura) y el área de la propagación inestable de la grieta, la fractura estática llamada (zona luz). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4 : Área de la propagación de grieta de fatiga en la muestra de aleación de aluminio 7075 AW cargado a 203 MPa y fracturados después de 8.3 × 10 6 ciclos de carga. La grieta se propaga con un mecanismo de fatiga transcrystalline y el carácter de clase de banda de la superficie de fractura es el resultado de la textura fuerte deformación después de la extrusión del material en el proceso de fabricación. La flecha indica la dirección de propagación de grieta de fatiga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5 : Cavidad en una superficie de la muestra de acero 50CrMo4 cuando se utilizó un proceso de enfriamiento inadecuado. La muestra estuvo sumergida en el líquido (agua destilada con inhibidor de la lucha contra la corrosión a temperatura ambiente). Las cavidades aceleran el proceso de iniciación de grieta de fatiga porque sirven como subrayar las muescas de la concentración, por lo tanto no es válido el resultado de esta prueba de fatiga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Ejemplar no. Amplitud de la tensión Número de ciclos de carga Resultado
(MPa)
1 449 1.22 × 107 Fractura
2 505 4.87 x 106 Fractura
3 421 2.08 x 107 Fractura
4 449 8.50 x 106 Fractura
5 421 1.59 × 107 Fractura
6 393 8.90 × 107 Fractura
7 365 1.22 × 108 Fractura
8 337 2.39 x 108 Fractura
9 337 5.55 x 108 Fractura
10 309 7.28 × 108 Fractura
11 365 1.97 x 108 Fractura

Tabla 1: Resultados del acero 50CrMo4 análisis de vida de la fatiga por fatiga ultrasónica prueba. Resultados de la vida de fatiga representan la dependencia de la cantidad de ciclos de carga en la tensión de la carga aplicada. La prueba puede terminar con fractura o por una marcha cuando no hay fractura de fatiga se produce después del número requerido de ciclos de carga.

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Discussion

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Pruebas de fatiga ultrasónica es uno de los pocos métodos que permite realizar pruebas de los materiales estructurales en la región de ultra alto ciclo. Sin embargo, la muestra forma y tamaño son muy limitadas con respecto a la frecuencia de resonancia. Por ejemplo, pruebas de láminas delgadas en el modo de carga axial no es posible. Además, pruebas de especímenes grandes generalmente no es posible, porque las máquinas no proporcionan tal poder y sería necesario el diseño de un sistema de ultrasonidos.

El adecuado diseño, cálculo y armonización de la muestra no deben ser subestimados, aún cuando los Generadores ultrasónicos modernos son capaces de modular la onda ultrasónica y resuenan con éxito un espécimen con dimensiones ligeramente diferentes. Sin embargo, esto causa un cambio del nodo de la onda ultrasónica de la parte media de la longitud del calibre, y entonces la muestra no es correctamente cargada en la longitud de la galga. Por la misma razón, mucho cuidado debe tenerse para asegurar la simetría de la probeta con respecto a ambos ejes.

Se celebró un gran debate acerca de la correlación de los resultados del examen realizado a altas frecuencias con los datos obtenidos en aparatos de control convencionales con la baja frecuencia de carga. Muchas pruebas han demostrado que los resultados de alta frecuencia las pruebas con soltura extendidas resultados obtenidos en las frecuencias bajas, y también alguna parte de los resultados haya sobrepasado, cuando el mismo modo de carga era considerado10. Más tarde, generalmente se entendía que la frecuencia de la carga no es el parámetro de determinación de las propiedades de fatiga, pero es la tasa de deformación y deformaciones grandes a baja frecuencia de carga proporcionan tasas de deformación similares como carga con pequeño deformaciones en alta frecuencia. Sin embargo, esta es la razón principal por qué esta técnica puede utilizarse para las pruebas en la gama de alta y ultra alta principalmente ciclo región, donde las amplitudes de deformación son pequeñas. Un aumento de las frecuencias de operación de los diversos componentes hizo esta discusión menos importantes, así, ya que este método proporciona condiciones de carga más similares que los de la operación de alta velocidad.

La capacidad de amortiguación interna del material probado determina la cantidad de calor producido durante la prueba (amortiguación interna es la capacidad del material para convertir energía mecánica en calor). En el caso de enfriamiento insuficiente, la longitud de la galga se calienta considerablemente, que acelera la iniciación de una grieta de fatiga debido a las baja propiedades mecánicas del material probado a temperaturas elevadas. En caso de la mayoría de las aleaciones de aluminio y magnesio, una corriente de aire frío es suficiente para enfriar la muestra durante la prueba. Para materiales con mayor capacidad de amortiguación interna tales como acero, níquel y aleaciones de titanio, se utiliza un flujo de líquido refrigerante. Durante la refrigeración con líquido refrigerante, la cavitación en la parte media de la longitud del calibrador debe evitarse, porque cavidades aceleran la iniciación de la grieta, que puede invalidar los resultados de la prueba.

Pruebas de fatiga en la mayoría de los dispositivos de prueba convencionales terminan con una fractura completa de la sección transversal. Después de la sección transversal de la muestra es reducida por la continuamente creciente grieta a una "supuesta crítica sección", la muestra es entonces fracturada en un ciclo y tiene un carácter de una fractura estática. En el proceso de ultrasonido prueba, cuando la longitud de la grieta alcanza una longitud crítica que cambia de puesto la rigidez del sistema de la frecuencia de resonancia, la vibrante se detiene provocando una terminación natural de la prueba. Esto significa que no es posible llegar a la sección crítica y el examen no termina con una fractura completa, que más tarde se realiza artificialmente. Puesto que la fatiga grietas iniciación representa de muestras (sin una muesca artificial) suave fatiga más de 95% del número de ciclos a la fractura, cuando se considera que un alto número de ciclos, la diferencia se considera insignificante.

Pruebas de fatiga ultrasónica son un método muy importante, que permite la simulación de las condiciones de carga de alta velocidad y reduce el tiempo de prueba. En este protocolo, destacamos los puntos más críticos, posibilidades y limitaciones del método de aplicaciones exitosas en la verificación material de investigación y seguridad en operación industrial.

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Disclosures

No tenemos nada que revelar.

Acknowledgments

El trabajo fue financiado por los proyectos: "Centro de investigación de la Universidad de Žilina - 2nd fase", concede a ITMS 313011 011, Agencia de concesión científica del Ministerio de educación, ciencia y deportes de la República Eslovaca y la Academia Eslovaca de Ciencias, Nº: 1/0045 / 17, 1/0951/17 y 1/0123/15 y eslovaco Agencia de investigación y desarrollo, no. APVV-16-0276.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ultrasonic fatigue testing device Lasur - 20 kHz, used for fatigue tests
Nyogel 783 Nye Lubricants - Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system
Win 20k software Lasur - Software for operation of the Lasur fatigue testing machine

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Fatiga ultrasónica prueba en el modo de tensión-compresión
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Trško, L., Nový, F., Bokůvka, O., Jambor, M. Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode. J. Vis. Exp. (133), e57007, doi:10.3791/57007 (2018).More

Trško, L., Nový, F., Bokůvka, O., Jambor, M. Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode. J. Vis. Exp. (133), e57007, doi:10.3791/57007 (2018).

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