La norma ASTM E399, desarrollada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM), describe un método de ensayo para determinar la tenacidad a la fractura de materiales metálicos bajo condiciones de tensión plana, principalmente elásticas lineales, utilizando probetas con fisuras previas por fatiga de 1,6 mm o más de espesor.
En este método, las muestras se someten a una fuerza de desplazamiento de grieta que aumenta lentamente o, en casos especiales (selectivos), rápidamente. En esta norma se detallan el aparato de ensayo, la configuración de la muestra y el procedimiento experimental. Se describen dos procedimientos para calcular los valores de tenacidad a la fractura a partir de datos experimentales:
Para materiales con un espesor inferior a 1,6 mm y suficientemente frágiles, se pueden realizar ensayos de tenacidad a la fractura por tracción plana utilizando otros tipos de muestras. No existe un método de ensayo estándar para materiales tan delgados.
La norma ASTM E399 es un estándar de mecánica de fractura ampliamente utilizado, desarrollado para determinar la tenacidad a la fractura por tracción en plano elástico lineal de materiales metálicos. La propiedad fundamental que mide el ensayo es KIc, que describe la resistencia del metal al crecimiento inestable de grietas cuando existe una grieta aguda bajo una tensión de tracción severa.
La tenacidad a la fractura es particularmente importante porque un componente puede fracturarse incluso si su tensión nominal es inferior a la resistencia a la tracción o al límite elástico convencional del material, si existe una grieta o defecto suficientemente grande.
La norma ASTM E399 especifica los requisitos para medir la tenacidad a la fractura en condiciones de tensión plana, predominantemente elásticas lineales. Este método utiliza una probeta con una fisura previa a la fatiga y aplica una fuerza de desplazamiento de fisura creciente hasta que se produce la fractura.
Esta norma está diseñada principalmente para materiales metálicos donde la región plástica de la punta de la grieta es suficientemente pequeña en comparación con las dimensiones relevantes de la muestra. Esto permite caracterizar el comportamiento de la fractura mediante la mecánica de fractura elástica lineal.
La norma ASTM E399 abarca KIc y también proporciona un procedimiento opcional para determinar KIsi en condiciones específicas.
La tenacidad a la fractura es una medida de la capacidad de un material para resistir la propagación de grietas. Se diferencia de la resistencia a la tracción. Mientras que la resistencia a la tracción describe cuánta tensión puede soportar un material antes de fracturarse, la tenacidad a la fractura tiene en cuenta el efecto combinado de:
Un material con alta tenacidad a la fractura puede soportar grietas relativamente grandes sin fracturarse catastróficamente, en comparación con un material con baja tenacidad a la fractura.
El símbolo KIc representa la tenacidad a la fractura por tracción plana de un material. Este valor caracteriza la resistencia del material a la fractura en un entorno neutro cuando se somete a una grieta aguda y a condiciones que se aproximan al comportamiento elástico lineal de tracción plana. Esta norma especifica que, para la interpretación prevista de KIc, la zona plástica en la punta de la grieta debe permanecer pequeña en relación con el tamaño de la grieta, el espesor de la probeta y el tejido conectivo restante.
Cuando la concentración de tensiones alcanza la tenacidad crítica a la fractura del material bajo las condiciones de tensión plana predominantes, puede producirse un crecimiento inestable de grietas.
El procedimiento estándar ASTM E399 generalmente sigue estos pasos básicos:
La norma ASTM E399 establece los requisitos para diversas configuraciones de probetas. La última versión incluye específicamente lo siguiente:
La configuración de la muestra elegida depende del material, del volumen de material disponible, de la geometría del componente y de los requisitos del laboratorio.
Uno de los aspectos más importantes de la norma ASTM E399 es la creación de una grieta suficientemente nítida antes del ensayo final de fractura. Una muesca mecanizada no reproduce necesariamente la nitidez ni la concentración de tensiones de una grieta natural. Por lo tanto, la probeta se somete a una carga cíclica controlada para ensanchar la muesca y generar una grieta previa a la fatiga. Esto proporciona una condición más realista de la punta de la grieta para los ensayos de mecánica de la fractura.
En la norma ASTM E399, varias mediciones son fundamentales:
La norma ASTM E399 es importante porque la tenacidad a la fractura es una propiedad de ingeniería crítica para estructuras que contienen, o pueden contener, grietas y defectos. Esta norma proporciona un método controlado y reproducible para evaluar esta propiedad. Las áreas de aplicación incluyen:
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