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

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Summary

Um protocolo para fadiga ultra-sônico testes na região de ciclo de alta e ultra alta no modo de carga de tensão-compressão axial.

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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).

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Abstract

Teste de fadiga ultra-sônico é um dos alguns métodos que permitem investigar Propriedades de fadiga na região de ciclo ultra alta. O método baseia-se em expor o espécime de vibrações longitudinais na sua frequência de ressonância, perto de 20 kHz. Com o uso desse método, é possível diminuir significativamente o tempo necessário para o teste, quando comparado aos dispositivos de teste convencionais geralmente trabalham em frequências abaixo dos 200 Hz. Ele também é usado para simular a carga de material durante a operação em condições de alta velocidade, tais como aqueles vividos pelos componentes de motores a jato ou carro turbo bombas. É necessário operar apenas na região de ciclo de alta e ultra alta, devido à possibilidade de taxas de deformação extremamente elevado, que pode ter uma influência significativa sobre os resultados do teste. Dimensões e forma da amostra tem que ser cuidadosamente selecionadas e calculada para satisfazer a condição de ressonância do sistema ultra-sônico; assim, não é possível testar os componentes completo ou espécimes de forma arbitrária. Antes de cada ensaio, é necessário harmonizar a amostra com a frequência do sistema ultra-sônico para compensar os desvios da forma real do ideal. Não é possível executar um teste até uma fratura total da amostra, uma vez que o teste é encerrado automaticamente após a iniciação e propagação do crack a um determinado período, quando a rigidez do sistema muda o suficiente para deslocar o sistema fora da ressonância frequência. Este manuscrito descreve o processo de avaliação de fadiga dos materiais, propriedades em alta frequência ultra-sônica fadiga carregando com usam de ressonância mecânica em uma frequência perto de 20 kHz. O protocolo inclui uma descrição detalhada de todas as etapas necessárias para um teste correto, incluindo o projeto de amostra, cálculo de stress, harmonizando-se com a frequência de ressonância, realizando o teste e fratura estática final.

Introduction

Danos de fadiga dos materiais estruturais é fortemente conectado com a industrialização e principalmente com o uso do motor a vapor e locomotivas a vapor para o transporte ferroviário, onde um monte de componentes metálicos, principalmente ferro baseado, têm sido usados e teve de suportar vários tipos de carregamento cíclico. Um dos primeiros testes foi feito por Albert (Alemanha 1829)1 soldada correntes para talhas elétricas de mina. A frequência de carregamento foi 10 curvas por minuto, e o máximo testes gravados atingiu 100.000 ciclos1a carregar. Outro importante trabalho foi realizado por William Fairbairn em 1864. Testes foram realizados em vigas de ferro com o uso de uma carga estática, o que foi levantado por uma alavanca e depois caiu causa vibrações. A viga foi carregada com aumentando gradualmente a carga stress amplitude. Depois de chegar a várias centenas de milhar ciclos em várias amplitudes de stress, na extremidade da viga de carregamento falhou depois de apenas cerca de cinco mil ciclos de carregamento em uma amplitude de carregamento de dois quintos da resistência à tração. O primeiro estudo abrangente e sistemático da influência do estresse repetido em materiais estruturais foi feito por August Wöhler em 1860-18701. Para estes testes, ele estava usando torção, flexão e modos de carregamento axial. Wöhler projetado muitos fadiga exclusivo teste de máquinas, mas sua desvantagem foi operação baixas velocidades, por exemplo, a máquina de dobra mais rápido rotativa operada em 72 rpm (1,2 Hz), assim, a conclusão do programa experimental levou 12 anos1. Após a realização destes testes, considerou-se que, depois de atingir uma amplitude de carregamento, em que o material suporta 10 ciclos de7 , a degradação de fadiga é insignificante e o material pode suportar um número infinito de ciclos de carregamento. Esta amplitude de carregamento foi nomeado o "limite de fadiga" e se tornou o principal parâmetro em desenho industrial por muitos anos2,3.

Desenvolvimento de novas máquinas industriais, que exigido maior eficiência e economia de custos, tinha que fornecer a possibilidade de carregamento superior, maior velocidade de operação, maior duração e alta confiabilidade com requisitos de baixa manutenção. Por exemplo, componentes do trem de alta velocidade Shinkanzen, após 10 anos de operação, têm de suportar cerca de 10 ciclos de9 , e a falha de um componente principal pode ter consequências fatais4. Além disso, componentes de motores de jato operam frequentemente a 12.000 rpm e componentes dos ventiladores turbo muitas vezes superior a 17.000 rpm. Essas operação alta velocidades exigências aumentadas para teste de vida de fadiga na região chamada ciclo ultra alta e para avaliar se a força de fadiga de um material pode ser realmente considerada constante para mais de 10 milhões de ciclos. Após os primeiros testes realizados por superior a esta resistência, era óbvio que falhas de fadiga podem ocorrer mesmo em amplitudes de estresse aplicada menores do que o limite de fadiga, após um número de ciclos de muito mais do que 107e que o mecanismo de dano e falha poderia ser diferente do habitual os5.

Criação de um programa de teste de fadiga visto investigar a região de ultra-alta ciclo exigido o desenvolvimento de novos dispositivos de teste para aumentar fortemente a frequência de carregamento. Um simpósio focado sobre este tema foi realizada em Paris em junho de 1998, onde experimental foram apresentados resultados que foram obtidos por Stanzl-Tschegg6 e Bathias7 a 20 kHz, carregando frequências, Ritchie8 com o uso de 1KHz fechado loop servo-hidráulicos testando a máquina e por Davidson8 com um 1,5 kHz magneto-strictive teste máquina4. A partir desse momento, muitas soluções foram propostas, mas ainda mais comumente a máquina usada para este tipo de teste é baseada no conceito de Manson de 1950 e usa as frequências perto 20KHz9. Estas máquinas apresentam um bom equilíbrio entre a taxa de deformação, a precisão da determinação do número de ciclos e o tempo do teste de fadiga (1010 ciclos são alcançados em aproximadamente 6 dias). Outros dispositivos foram capazes de fornecer ainda maiores frequências de carregamento, como aquele usado pelo Girald em 1959-92 kHz e Kikukawa em 1965-199 kHz; no entanto, estes são raramente usados porque eles criam taxas extremamente altas de deformação e, uma vez que o teste dura apenas alguns minutos, um erro notável na ciclo de contagem é esperado. Outro fator importante limitar a frequência de carregamento de dispositivos de ressonância para o ensaio de fadiga é o tamanho da amostra, que está em relação direta com a frequência de ressonância. Quanto maior a frequência de carregamento solicitada, quanto menor a amostra. Esta é a razão por que frequências acima de 40 kHz são usados raramente10.

Desde que a amplitude de deslocamento é geralmente limitada dentro do intervalo entre 3 e 80 µm, testes de fadiga ultra-sônico podem ser com êxito aplicada em materiais mais metálicos, embora técnicas para teste de materiais poliméricos como PMMA11 e compósitos12 também foram desenvolvidos. Geralmente, testes de fadiga ultra-sônico são possível executar em modos de carregamento axial: tração - compressão simétrica ciclo13,14, tensão - tensão do ciclo15,15, de flexão de três pontos e também há alguns estudos com modificações especiais do sistema para teste de15,16 e flexão biaxial17da torsão. Não é possível usar amostras arbitrárias, pois para este método, a geometria está estritamente relacionada para alcançar a frequência de ressonância de 20 kHz. Para o carregamento axial, diversos tipos de espécimes têm sido comumente utilizados, geralmente com uma forma de ampulheta, com um diâmetro de comprimento de bitola de 3 a 5 mm. Para os três pontos de dobra, chapas finas são comumente usadas, e para outros métodos de tipos especiais de espécimes são projetados, de acordo com o tipo de método e condições de teste. O método foi projetado para avaliação da vida de fadiga na região de ciclo de alta e ultra alta, e isso significa que a carga de 20 kHz, 1 milhão de ciclos é obtido em 50 s; Portanto, isto é geralmente considerado como o limite inferior de ciclos, que podem ser investigados com precisão razoável, em relação ao número de determinação de ciclo de carregamento. Cada amostra tem de ser harmonizado com o chifre ultra-sônico, alterando a massa da amostra para fornecer a frequência de ressonância certa do sistema: chifre ultra-sônico com espécime.

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Protocol

Nota: Geometria de cada amostra tem que ser selecionado e calculado de acordo com as propriedades físicas e mecânicas do material testado, para que ele tenha uma frequência de ressonância idêntico como o sistema de teste ultra-sônico.

1. determinação da dimensão de amostra teste fadiga

Nota: A geometria do espécime de tensão-compressão padrão "ampulheta", com dimensões definidas principais, é mostrada na Figura 1. Dimensões d, D e r são definidos pelo usuário (independente), enquanto a l e L dimensões tem que ser calculado, de acordo com as condições da frequência de ressonância correta (dependente). O medidor de comprimento l resulta apenas da relação entre d, r e D, de geometria e pode ser calculado facilmente ou obtidos de um modelo de componente; assim, não será um objeto de uma discussão mais aprofundada.

  1. Determinação das dimensões independentes
    Nota: As principais dimensões da amostra (d, D, r) são escolhidas de acordo com os parâmetros do materiais e as condições de teste.
    1. Determine o calibre de diâmetro d de acordo com o volume necessário de material para o teste. No caso de uma microestrutura homogênea com nenhum defeito interno, um menor diâmetro do calibre é preferencial. No caso de um material com defeitos internos significativos (tais como vazios e shrinkages em materiais de elenco), um maior diâmetro do calibre é necessário. O calibre de diâmetro d é geralmente de 3 mm a 5 mm.
    2. Determine o diâmetro de cabeça D de acordo com o tamanho de material experimental disponível. O diâmetro de cabeça usado D é geralmente de 10 mm a 15 mm.
      Nota: Quanto maior for o D , menor será o comprimento da cabeça (L).
  2. Determine o calibre de raio r de acordo com a distribuição de estresse mecânico exigido no comprimento do calibre do espécime. Quanto maior for o calibre de diâmetro r , o mais suave é a distribuição de estresse mecânico. Um raio de calibre comumente usado é r = 20 mm ou r = 32 mm.
    Nota: Quanto maior o r é, quanto mais tempo o espécime será.
  3. Determinação das dimensões dependentes
    1. Determine o número de onda K de acordo com a seguinte fórmula9,18:
      Equation 1
      Nota: Aqui o fr é a frequência de ressonância do sistema ultra-sônico (Hz), ρ é a densidade de volume (kg m-3), e Ed é o dinâmico módulo de elasticidade (kg m-3).
    2. Determine a aproximação hiperbólica do calibre de raio, de acordo com a seguinte fórmula9,19:
      Equation 2
      Nota: L é o comprimento de calibre (m), D é o diâmetro de cabeça (m) e d é o diâmetro do calibre (m) (Figura 1).
    3. Determine a excentricidade eficaz de acordo com a seguinte fórmula9,18:
      Equation 3
      Nota: Aqui A é a aproximação hiperbólica (m-1) determinada pela equação (2), e K é o número de onda (-), determinado de acordo com a expressão (1).
    4. Determine o comprimento da cabeça (L) de acordo com a seguinte equação9,18:
      Equation 4
      Nota: Aqui K é o número de onda (-) determinado de acordo com a expressão (1) no ponto 1.2.1, β é a excentricidade eficaz (m-1) determinada pela equação (3), e l é o comprimento de calibre (m) (Figura 1).

2. cálculo do estresse mecânico no calibre comprimento da amostra

  1. Determinar o fator de geométrico norming Equation 5 de acordo com a seguinte equação9,18:
    Equation 6
  2. Determine o ɛ amplitude de deformação de acordo com a seguinte equação9,18:
    Equation 7
    Nota: Aqui Equation 5 é o fator geométrico (-) e u é a amplitude de deslocamento exigido da extremidade livre da amostra (m).
  3. Determine o esforço mecânico amplitude σum de acordo com a seguinte equação9,18:
    Equation 8
    Nota: Aqui ɛ é a amplitude de deformação (-), determinada de acordo com a expressão (5), e Ed é o dinâmico módulo de elasticidade (kg m-3). Se o estresse mecânico calculado é muito baixo, é necessário aumentar a amplitude de deslocamento u (m) e vice-versa.

3. fabricação do espécime com operações de usinagem

  1. Devido a vários pequenos desvios dos espécimes usinados de uma forma ideal, fabricação de espécimes com mais cabeças, geralmente L + 0,5 mm.

4. harmonização da frequência de ressonância da amostra com o sistema ultra-sônico

Nota: Harmonização é o processo de compensação vários pequenos desvios da amostra real da forma ideal, calculada, para obter a frequência de ressonância correta, que está em harmonia com o sonotrodo acústico ultra-sônico.

  1. Escolha o tipo adequado de acústico sonotrodo, de acordo com o intervalo de deslocamento exigido, que é capaz de fornecer adequado estresse mecânico na amostra.
    Nota: Cada tipo de sonotrodo é projetado e calibrado para uma gama de diferentes de deslocamento, o sonotrodo adequado é escolhido, portanto, de acordo com a amplitude de deslocamento exigido, calculada de acordo com a seção 2.
  2. Monte o sonotrodo o conversor piezo-elétrico.
    1. Dane-se o parafuso de conexão dentro do orifício central sobre o sonotrodo até atingir o fundo.
    2. Espalhe o gel acústico na face do sonotrodo.
      Nota: Uma pequena quantidade de gel é usada, apenas o suficiente para encher a irregularidade das superfícies, o que melhora a transferência da onda mecânica entre piezo-elétrico conversor e o sonotrodo.
    3. Aparafuse o sonotrodo o conversor piezo-elétrico.
  3. Execute o sistema ultra-sônico com um conversor de piezo elétrico com sonotrodo montado para medir a frequência de ressonância do sistema específico a temperatura real.
    1. Execute o software de teste ultra-sônico (por exemplo, Win20k).
    2. Escolha o tipo do sonotrodo usado no menu drop-down na caixa "Modelo".
    3. Introduza a menor amplitude de deslocamento possível para o sonotrodo particular na caixa "Amplitude".
    4. Clique no botão "Iniciar".
    5. Leia a frequência de ressonância real do sistema na caixa "Frequência".
    6. Clique no botão "Stop".
  4. Monte o espécime no final do sonotrodo.
    1. Dane-se o parafuso de conexão no orifício central da amostra até atingir o fundo.
    2. Dane-se o espécime para o sonotrodo.
  5. Execute o sistema ultra-sônico com um conversor de piezo elétrico com sonotrodo montado e amostra para medir a frequência de ressonância do sistema específico a temperatura real.
    1. Execute o software de teste ultra-sônico.
    2. Escolha o tipo de sonotrodo usado no menu drop-down na caixa "Modelo".
    3. Introduza a menor amplitude de deslocamento possível para o sonotrodo particular na caixa "Amplitude".
    4. Clique no botão "Iniciar".
    5. Leia a frequência de ressonância real do sistema na caixa "Frequência".
    6. Clique no botão "Stop".
  6. Quando a frequência de ressonância do sistema com espécime montado é menor do que sem o espécime, reduza a massa do provete cortando as faces da cabeça do espécime.
    Nota: Se a frequência de ressonância com um espécime montado é maior, seria necessário reduzir o calibre de diâmetro d, que visam alterar as condições do teste. Esta é a razão de 0,5 mm é adicionado ao comprimento das cabeças no processo de fabricação.
    1. Desmonte a amostra do sonotrodo.
    2. Montar o espécime em um torno e abaixar 0,1 mm da face da cabeça primeira.
    3. Montar o espécime em um torno e abaixar 0,1 mm da face da cabeça do segunda.
    4. Repita a etapa 4.6 até a frequência de ressonância está dentro da tolerância de ± 10 Hz.

5. final montagem da amostra para o sonotrodo antes do ensaio de fadiga

  1. Aplica o gel acústico nas faces para criar conexões entre o sonotrodo e o espécime.
    1. Dane-se o parafuso de conexão no orifício central da amostra até atingir o fundo.
    2. Espalhe o gel acústico na face do espécime.
      Nota: Apenas uma pequena quantidade de gel acústico é usada para preencher as irregularidades na superfície para melhorar a transferência de onda acústica do sonotrodo para a amostra.
    3. Dane-se o espécime para o sonotrodo.

6. Execute o sistema de arrefecimento para amostra

  1. Se refrigerar de ar é usado, focar o fluxo de ar diretamente no meio do medidor de comprimento da amostra e esperar por cerca de 20 s, assim que o fluxo do fluxo de ar satura o espécime.
  2. Se refrigerar de água é usado, concentrar os bocais de água na cabeça superior do espécime e ajustar a intensidade do fluxo, assim que a água flui suavemente ao longo do comprimento do calibre, para evitar a cavitação.
    Nota: Submergindo a amostra em água ou óleo é possível, também, no entanto, isso pode ser usado somente por curto período de tempo testes devido ao efeito significativo da cavitação, que acelera o processo de início de rachadura de fadiga.

7. executar o sistema de arrefecimento do conversor Piezo elétrico

  1. Abra a válvula do fluxo de ar e ajustar a pressão no intervalo entre 0,5 e 1 bar.

8. executar o teste em Amplitude de deslocamento exigido

  1. Execute o software de teste ultra-sônico.
  2. Escolha o tipo do sonotrodo usado no menu drop-down na caixa "Modelo".
  3. Introduza a amplitude do deslocamento requerido para o sonotrodo específico na caixa de "Amplitude".
  4. Clique no botão "Iniciar".

9. Crack iniciação e propagação de fadiga

  1. Observe que após a fadiga crack iniciação e propagação através de uma parte da seção transversal, o sistema é deslocado fora da frequência de ressonância e o teste é finalizado naturalmente.
  2. Se o teste não termina com uma fratura, depois de atingir o número solicitado de ciclos de carregamento (o teste é um run-out) terminar usando a tecla "Stop" no software teste ultra-sônico.

10. desmontar a amostra do sonotrodo

  1. Vai se ferrar a amostra do sonotrodo ultra-sônico.

11. estática força fraturando a carregar

  1. Use a força de carregamento estático para fraturar o resto da seção transversal com o uso de uma máquina de carregamento estático.
    Nota: O vetor e o tipo da força de carregamento para a fratura estática devem corresponder com o tipo de carregamento para que a superfície de fratura tem caráter consistente a fadiga.

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Representative Results

Resultados de teste de fadiga incluem stress, número de ciclos de carregamento de carga e o caractere de finalização do teste (fratura ou run-out) pode ser visto na tabela 1, onde os resultados da vida de fadiga do 50CrMo4 saciada e aço temperado são fornecidos. Interpretação dos resultados do teste de vida de fadiga mais comum é o chamado S - N conspiração (S - stress, N - número de ciclos), também conhecido como do Wöhler. A dependência da vida de fadiga a tensão de carga aplicada é plotada em um diagrama com historicamente determinado eixo invertido, onde o valor independente (carregar o stress) no eixo y e o valor dependente (número de ciclos) está no eixo x . Vários tipos de análise de regressão são aplicadas19 sobre os resultados de vida de fadiga e, no caso de um ataque é adicionado para o diagrama, é comumente chamado o S - curva N. No entanto, não houve diferença com o enredo original, que inclui apenas um ajuste de dados. Se o teste não termina com uma fratura, e ele é finalizado depois de atingir o número necessário de carregamento ciclos sem danos, este resultado é chamado um run-out e na S-N plotagem geralmente marcado pela seta. A Figura 2 mostra um típico S - enredo N de três aços testados: Hardox 450, Strenx 700 MC e S355 J2.

Além disso, as superfícies de fractura das amostras são analisadas, geralmente com uso de microscopia eletrônica (SEM), onde o personagem da fadiga crack iniciação e propagação é identificada e interpretada. A Figura 3 mostra uma superfície de fratura de fadiga após testes de fadiga ultra-sônico de 50CrMo4 temperados e revenidos aço. O crack foi iniciado em uma superfície livre da amostra e então propagado através da seção transversal, até o sistema ultrassônico foi deslocado fora da frequência de ressonância (área escura). Consequentemente, o resto da seção transversal foi fraturado por carregamento estático, que criou a área mais clara na parte superior da figura. A Figura 4 mostra a área de propagação a fadiga no extrudado 7075 AW - T6511 liga de alumínio. A Figura 5 mostra uma cavidade criada na superfície devido à submersão do espécime em refrigerar líquido (água destilada com inibidor anticorrosivo à temperatura ambiente) para um teste de longa data (várias horas). A cavidade acelerou o início de rachadura de fadiga e o resultado deste teste não pode ser considerado válido.

Figure 1
Figura 1 : Desenho da amostra teste ultra-sônico fadiga tensão-compressão padrão. As dimensões são definidas como segue: d -calibre de diâmetro, raio de calibre D - diâmetro de cabeça, r -, L - comprimento da cabeça, l - medidor de comprimento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 : O S - Enredo N do aço Hardox 450, Strenx 700 MC e S355 J2. Teste de batimento é marcado pela seta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 : Caractere de superfície de fratura do espécime 50CrMo4 aço carregado no 365 MPa e fraturado após 1.97 × 10 8 ciclos de carregamento. A fratura iniciada na superfície livre da amostra. A superfície de fratura consiste em área de propagação estável da fadiga (área escura) e a área da propagação instável, a assim chamada fratura estática (área de luz). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 : Área de propagação a fadiga no espécime de liga de alumínio 7075 AW carregado no 203 MPa e fraturado após 8,3 × 10 6 ciclos de carregamento. O crack propagado com um mecanismo de fadiga transcristalina e o personagem de banda-tipo da superfície de fratura é um resultado da textura forte deformação após a extrusão do material no processo de fabricação. A seta mostra a direção de propagação de rachadura de fadiga. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5 : Cavidade em uma superfície do espécime 50CrMo4 aço quando utilizou-se um processo de arrefecimento inadequado. O espécime foi submersa no líquido (água destilada com inibidor anticorrosivo à temperatura ambiente). Cavidades aceleram o processo de início de rachadura de fadiga, porque eles servem como estresse entalhes de concentração, assim, o resultado deste teste de fadiga não é válido. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

N º de amostra Amplitude de stress Número de ciclos de carregamento Resultado
(MPa)
1 449 1.22 × 107 Fratura
2 505 4,87 × 106 Fratura
3 421 2,08 × 107 Fratura
4 449 8.50 × 106 Fratura
5 421 1,59 × 107 Fratura
6 393 8,90 × 107 Fratura
7 365 1.22 × 108 Fratura
8 337 2,39 × 108 Fratura
9 337 5,55 × 108 Fratura
10 309 7,28 × 108 Fratura
11 365 1.97 × 108 Fratura

Tabela 1: Resultados do aço 50CrMo4 fadiga análise da vida através do teste de fadiga ultra-sônica. Resultados de vida de fadiga representam a dependência do número de ciclos de carga sobre a tensão de carga aplicada. O teste pode acabar com a fratura, ou por um run-out quando nenhuma fractura por fadiga ocorre após o número solicitado de ciclos de carregamento.

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Discussion

Teste ultra-sônico fadiga é um dos poucos métodos que permite testes dos materiais estruturais na região de ciclo ultra alta. No entanto, a amostra de forma e tamanho são muito limitados no que diz respeito a frequência de ressonância. Por exemplo, testes de chapas finas na modalidade de carregamento axial geralmente não é possível. Além disso, testes de espécimes grandes geralmente não é possível, porque as máquinas de testes não fornecer tal poder e exigiria a concepção de um sistema ultra-sônico especial.

O próprio projeto, cálculo e harmonização da amostra não devem ser subestimados, mesmo quando geradores ultrassônicos modernos são capazes de modular a onda ultra-sônica e resonate com sucesso um espécime com dimensões ligeiramente diferentes. No entanto, isso faz com que uma mudança do nó da onda ultra-sônica longe da parte média do comprimento do calibre, e então o espécime não está corretamente carregado no medidor de comprimento. Pela mesma razão, deve ser tomado para assegurar a simetria do provete em relação a ambos os eixos.

Realizou-se uma grande discussão sobre a correlação dos resultados dos testes realizados em altas frequências com dados obtidos em dispositivos de teste convencionais com a baixa frequência de carregamento. Muitos testes têm mostrado que resultados da alta frequência testa fluentemente estendidos resultados obtidos em frequências baixas, e também uma parte dos resultados da ter sobreposto, quando o mesmo modo de carregamento foi considerado10. Mais tarde, geralmente entendia-se que a frequência de carregamento não é o parâmetro de determinação das propriedades de fadiga, mas é a taxa de deformação, e grandes deformações em baixa frequência de carregamento fornecem taxas de deformação semelhantes como carga com pequenas deformações na alta frequência. No entanto, esta é a razão principal por que esta técnica pode ser usada para testes no intervalo do ciclo de alta e ultra-alta principalmente região, onde as amplitudes de deformação são pequenas. Aumento das frequências de operação de vários componentes fez esta discussão menos importante, também, desde que este método oferece condições de carregamento mais similares do que os que na operação de alta velocidade.

A capacidade de amortecimento interna do material testado determina a quantidade de calor produzido durante o ensaio (amortecimento interno é a capacidade do material para converter energia mecânica em calor). No caso de arrefecimento insuficiente, o comprimento do medidor é significativamente aquecido, que acelera o início de uma rachadura de fadiga devido às propriedades mecânicas inferiores do material testado em temperaturas elevadas. No caso da maioria das ligas de alumínio e magnésio, um fluxo de ar frio é suficiente para arrefecer a amostra durante o teste. Para materiais com maior capacidade de amortecimento interna como aço, níquel e ligas de titânio, é usado um fluxo de líquido refrigerante. Durante o resfriamento com refrigeração líquida, a cavitação na parte média do comprimento do medidor deve ser evitada, porque cavidades aceleram a iniciação do crack, que pode invalidar os resultados do teste.

Ensaios de fadiga na maioria dos dispositivos convencionais testes terminam com uma fratura completa de seção transversal. Depois que a seção transversal da amostra reduzida pelo crack continuamente crescente para uma so-called "secção transversal crítica", a amostra é então fraturado em um ciclo e tem um caráter de uma fratura estática. No processo de ultra-som teste, quando o comprimento da rachadura atinge um comprimento crítico que muda a rigidez do sistema fora da frequência de ressonância, a vibra para causando uma terminação natural do teste. Isso significa que não é possível chegar a seção crítica da Cruz e o teste não termina com uma fratura completa, que mais tarde é realizada artificialmente. Uma vez que a fadiga crack iniciação no representa de espécimes (sem um entalhe artificial) suave fadiga mais de 95% do número de ciclos para fratura, quando é considerado um número tão elevado de ciclos, a diferença é considerada insignificante.

Teste de fadiga ultra-sônica é um método muito importante, que permite a simulação das condições de carregamento de alta velocidade e reduz o tempo de teste. Neste protocolo, destacámos os pontos mais críticos, possibilidades e limitações do método para aplicações bem sucedidas na verificação material de pesquisa e segurança na operação industrial.

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Disclosures

Nós não temos nada para divulgar.

Acknowledgments

O trabalho foi apoiado por projetos: "Centro de pesquisa da Universidade de Žilina - 2. ª fase", concede a ITMS 011 313011, agência de Grant científico do Ministério da educação, ciência e esportes da República Eslovaca e eslovaco Academy of Sciences, n º: 1/0045 / 17, 1/0951/17 e 15/1/0123 e conceder eslovaco pesquisa e agência de desenvolvimento, não. 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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