Teste De Fratura: Como Medir a Resistência De Um Material

O teste de fratura mede a capacidade de um material resistir ao crescimento ou propagação de uma falha pré-existente.

A falha ou defeito pode estar na forma de uma fissura por fadiga, um vazio ou qualquer outra inconsistência no material de teste.

Os testes de tenacidade à fratura são executados usinando uma amostra de teste com uma trinca preexistente e, em seguida, aplicando ciclicamente uma carga a cada lado da trinca, para que ela experimente forças que a levem a crescer. A carga cíclica é aplicada até que a rachadura da amostra cresça.

O número de ciclos para fratura é registrado e usado para determinar as características de crescimento de fratura do material.

Finalidade Do Teste De Curvatura

O teste de curvatura de um material permite determinar a ductilidade, resistência à flexão, resistência à fratura e resistência à fratura desses materiais.

Essas características podem ser usadas para determinar se um material falhará sob pressão e são especialmente importantes em qualquer processo de construção que envolva materiais dúcteis carregados com forças de flexão.

Se um material começar a fraturar ou fraturar completamente durante um teste de dobra de três, ou quatro pontos, é válido assumir que o material falhará de maneira semelhante em qualquer aplicação, o que pode levar a uma falha catastrófica.

Quatro Testes Comuns De Curvatura

Existem quatro tipos comuns de testes de dobramento. Em um teste de dobramento guiada, a amostra é colocada horizontalmente em dois suportes e, em seguida, uma força aplicada ao topo do ponto médio deforma a amostra em uma forma de “U”.

Em um teste de dobra semi-guiada, o ponto médio da amostra é dobrado para um ângulo específico ou raio interno.

Em um teste de dobra livre, as extremidades da amostra são unidas, mas nenhuma força é aplicada à própria dobra.

Finalmente, um teste comum de resistência à fratura (ASTM E399) consiste em uma amostra com uma trinca de arranque pré-quebrada no lado inferior do ponto médio, carregada em um dispositivo de flexão de 3 pontos, de modo que a força do ponto médio seja aplicada na face oposta da fratura.

Tipos De Materiais Usadas Em Aplicações De Dobra

Geralmente, um teste de fratura é realizado em metais ou materiais metálicos, mas também pode ser aplicado a qualquer substância que possa sofrer deformação plástica, como polímeros e plásticos.

Esses materiais podem ter qualquer forma possível, mas quando usados ​​em um teste de dobra geralmente aparecem em folhas, tiras, barras, conchas e tubos. As máquinas de teste de fratura são normalmente usadas em materiais com uma ductilidade aceitável alta.

Uso Comum Deste Teste

Um dos usos mais populares do teste de fratura é na área de soldas. O objetivo do teste de solda por dobra é garantir que a solda tenha se fundido adequadamente ao metal original e que a solda em si não contenha nenhum defeito que possa causar falhas ao sofrer tensões de flexão.

A solda de amostra é deformada usando um teste de dobra guiada, de modo a formar um “U” submetendo o material na superfície externa a uma força de tração e o material no interior a uma força de compressão.

Se a solda mantém e não mostra sinais de fratura, ela passou no teste sendo considerada uma solda aceitável.

MATERIAIS TÍPICOS

Polímeros

Os polímeros são mais comumente testados com um teste de flexão de 3 pontos. A deflexão da amostra é geralmente medida pela posição da cruzeta, e os resultados do teste incluem resistência à flexão e módulo de flexão.

Madeira e Compósitos

Madeira e compósitos são mais comumente testados com o teste de dobra de 4 pontos. O teste de 4 pontos requer um deflectômetro para medir com precisão a deflexão da amostra no centro do intervalo de suporte.

Os resultados dos testes incluem resistência à flexão e módulo de flexão.

Materiais quebradiços

Quando um teste de flexão de 3 pontos é realizado em um material quebradiço, como cerâmica ou concreto, a resistência à flexão é frequentemente chamada módulo de ruptura (MOR). Este teste de fratura fornece apenas dados de resistência à flexão, não rigidez (módulo). O teste de 4 pontos também pode ser usado em materiais quebradiços, embora o alinhamento das bigornas de suporte e carregamento seja crítico nesses casos, e o suporte de teste de fratura para esses materiais geralmente tenham bigornas auto-alinhadas. 

teste de fratura
teste de fratura — como medir a resistência de um material

Padrões

ISO 12135: Materiais metálicos. Método unificado para a determinação da tenacidade à fratura quase-estática.

ISO 12737: Materiais metálicos. Determinação da tenacidade à fratura por deformação plana.

ISO 178: Plásticos — determinação das propriedades de flexão.

ASTM D790: Métodos de teste de fratura padrão para propriedades de flexão de plásticos não reforçados, reforçados e materiais isolantes elétricos.

ASTM E1290: Método de Teste Padrão para Medição de Resistência à Fratura de Deslocamento por Abertura de Ponta (CTOD).

Objetivo Do Teste De Resistência

A resistência à fratura é o estresse que faz com que uma rachadura ou falha pré-existente cresça ou se propague.

É uma propriedade importante do material na indústria de transformação, visto que a presença de falhas não é completamente evitável.

O fator de intensidade de tensão, sendo uma função do tamanho, geometria e carga da falha, é usado para determinar a resistência à fratura de um material.

O fator de intensidade de tensão de um material e a resistência à fratura estão relacionados entre si da mesma maneira que estresse e tensão de tração estão relacionados um ao outro.

Categorias De Ensaios De Resistência A Fratura

No teste de fratura, em sua maioria, existem três modos diferentes de fratura para propagação de trinca. O modo 1 exige que a carga aplicada esteja na direção normal do plano de trinca.

No modo 2, a carga é aplicada ao longo do comprimento do plano de trinca. Finalmente, para o modo 3, a carga é aplicada em toda a largura do plano de trinca.

Geralmente, existem duas configurações diferentes para a amostra de teste de fratura: dobra de entalhe de borda única (flexão de três pontos) e tensão compacta.

Uma amostra de flexão de três pontos possui a trinca inicial localizada na seção central do lado oposto ao ponto em que a carga da seção central é aplicada com pontos de força opostos localizados em cada extremidade do mesmo lado da trinca.

Uma amostra compacta de tensão é orientada para que a carga seja aplicada em cada lado da trinca de uma maneira que estenda a largura da trinca.

Tipos De Materiais Testados em Ensaio De Resistência A Fratura

Quase todos os materiais fabricados conterão defeitos, falhas ou fissuras em alguma magnitude e podem sofrer fraturas devido a essas inconsistências e quando ou se isso ocorrer, a resistência à fratura desse material será exibida.

Os materiais que são mais comumente testados em um teste de fratura são semelhantes aos testados nos testes de fadiga, mas têm orientações ligeiramente diferentes. Esses materiais incluem metais, plásticos, cerâmicas e compósitos, entre outros, bem como muitos outros substratos rígidos que podem conter defeitos.

Padrões de teste selecionados

Resistência à fratura ASTM D5045 e taxa de liberação de energia de deformação de materiais plásticos

Resistência à Fratura Interlaminar da ASTM D5528 de Compósitos de Matrizes de Polímeros Reforçados com Fibra

Curvas integrais da resistência de crescimento da rachadura de ASTM D6068 J dos plásticos

Resistência à fratura interlaminar da ASTM D6671 de compósitos de matriz de polímero reforçado com fibra

Equipamento de teste da dureza da fratura de ASTM E1290

Equipamento de teste do metal do crescimento da rachadura do rastejamento de ASTM E1457

Equipamento de teste da dureza da fratura de ASTM E1820 para metais

A composição do polímero da dureza da fratura de ASTM E1922 compôs o equipamento de teste entalhado

Teste de tenacidade à fratura por deformação por jato plano ASTM E399 (K1c) de materiais metálicos

Equipamento de teste do crescimento da rachadura da fadiga de ASTM E647

O HDPE do crescimento da rachadura de ASTM F2136 resina o equipamento de teste de NCLS

Método de crescimento de trincas por fadiga da ISO 12108 para materiais metálicos

Dureza Quasistatic da fratura do ISO 12135 para materiais metálicos

Resistência à fratura ISO 13586 de plásticos pela abordagem da mecânica da fratura elástica linear

Resistência Quasistática à Fratura da ISO 15653

Equipamento de teste dos plásticos da propagação da fenda por fadiga de tensão e tensão ISO 15850

Equipamento de teste de tubulação de polietileno de crescimento elástico ISO 16241 BS | TestResources

Teste de flexão ISO 18756 – tenacidade à fratura de trincas de superfície de cerâmica monolítica

Resistência ISO 22889 à extensão estável de trincas usando amostras de baixa restrição para materiais metálicos

Robustez avançada por fratura ISO 23146 de cerâmica monolítica – viga de entalhe em V de borda única (SEVNB)

Energia de fratura adesiva ISO 25217 de juntas adesivas estruturais

Teste de solda ISO 9017 em materiais metálicos

ASTM E1290: Método de Teste de fratura Padrão para Medição de Resistência à Fratura de Deslocamento por Abertura de Ponta (CTOD).

ASTM D7264: Método de Teste de Fratura Padrão para Propriedades Flexurais de Materiais Compósitos com Matriz de Polímeros.

ASTM D5045: Métodos de teste padrão para tenacidade à fratura por deformação plana e taxa de liberação de energia de deformação de materiais plásticos.

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