ASTM E399 Ketahanan Retakan Tegasan Satah Linear-Elastik Bahan Logam

Piawaian ASTM E399, yang dibangunkan oleh Persatuan Pengujian dan Bahan Amerika (ASTM), menerangkan kaedah ujian untuk menentukan keliatan patah bahan logam di bawah keadaan tegasan satah elastik linear terutamanya, menggunakan spesimen pra-retak lesu dengan ketebalan 1,6 mm atau lebih.

Dalam kaedah ini, sampel dikenakan daya anjakan retakan yang meningkat secara perlahan atau, dalam kes khas (selektif), dengan cepat. Butiran tentang peralatan ujian, konfigurasi sampel dan prosedur eksperimen diberikan dalam piawaian ini. Dua prosedur untuk mengira nilai keliatan patah menggunakan data eksperimen digariskan:

Prosedur ujian KIc: Prosedur ujian ini bergantung pada pertumbuhan retakan sehingga 2% daripada lebar sampel. Ini boleh menyebabkan peningkatan lengkung rintangan keliatan patah bergantung pada saiz sampel, dengan sampel yang lebih besar menghasilkan keputusan keliatan patah yang lebih tinggi.
Prosedur ujian KIsi: Prosedur ujian ini adalah berdasarkan jumlah pemanjangan retak yang malar sebanyak 0,5 mm, dan hasilnya, KIsi kurang sensitif terhadap saiz sampel berbanding KIc. Kekuatan patah (KIsi) yang kurang sensitif terhadap saiz ini dirujuk sebagai tidak sensitif terhadap saiz di seluruh kaedah ujian ini.

Ujian keliatan patah tegangan satah untuk bahan yang lebih nipis daripada 1,6 mm dan cukup rapuh boleh dilakukan menggunakan jenis sampel lain. Tiada kaedah ujian standard untuk bahan yang nipis ini.

ASTM E399 ialah piawaian mekanik patah yang digunakan secara meluas yang dibangunkan untuk menentukan ketahanan patah tegangan satah linear-elastik bahan logam. Sifat asas yang diukur oleh ujian ini ialah KIc, yang menggambarkan rintangan logam terhadap pertumbuhan retakan yang tidak stabil apabila retakan tajam hadir di bawah tegasan tegangan yang teruk.

Kekuatan patah amat penting kerana sesuatu komponen boleh patah walaupun tegasan nominalnya berada di bawah kekuatan tegangan atau alah konvensional bahan, jika terdapat retakan atau kecacatan yang cukup besar.

Piawaian ASTM E399 menetapkan keperluan untuk mengukur keliatan patah di bawah keadaan tegasan satah elastik linear yang dominan. Kaedah ini menggunakan spesimen yang mengandungi retakan pra-keletihan dan mengenakan daya anjakan retakan yang semakin meningkat sehingga patah berlaku.

Piawaian ini direka terutamanya untuk bahan logam di mana kawasan plastik hujung retakan cukup kecil berbanding dimensi sampel yang berkaitan. Ini membolehkan kelakuan patah dicirikan menggunakan mekanik patah elastik linear.

Piawaian ASTM E399 merangkumi KIc dan juga menyediakan prosedur pilihan untuk menentukan KIsi di bawah syarat-syarat tertentu.

Kekuatan patah merupakan ukuran keupayaan bahan untuk menahan perambatan retakan. Ia berbeza daripada kekuatan tegangan. Walaupun kekuatan tegangan menggambarkan berapa banyak tekanan yang boleh ditahan oleh bahan sebelum patah tegangan, kekuatan patah mengambil kira kesan gabungan daripada:

Voltan yang digunakan
Saiz retak
Geometri retak
Hartanah bahan
Kepekatan tegasan pada hujung retak.

Bahan yang mempunyai ketahanan patah yang tinggi boleh menahan retakan yang agak besar tanpa keretakan yang dahsyat, berbanding bahan yang mempunyai ketahanan patah yang rendah.

Simbol KIc mewakili ketahanan patah tegangan satah sesuatu bahan. Nilai ini mencirikan rintangan bahan terhadap patah dalam persekitaran neutral apabila terdedah kepada retakan tajam dan keadaan yang menghampiri sifat tegangan satah linear-elastik. Piawaian ini menyatakan bahawa untuk tafsiran KIc yang dimaksudkan, zon plastik hujung retakan hendaklah kekal kecil berbanding saiz retakan, ketebalan spesimen dan tisu penghubung yang tinggal.

Apabila kepekatan tegasan mencapai keliatan patah kritikal bahan di bawah keadaan tegasan satah lazim, pertumbuhan retakan yang tidak stabil boleh berlaku.

Prosedur piawai ASTM E399 secara amnya mengikuti langkah-langkah asas ini:

Penyediaan sampel: Sampel logam disediakan menggunakan pemprosesan yang sesuai mengikut konfigurasi sampel yang sesuai.
Penyediaan takuk: Sampel tersebut merangkumi takuk awal yang tajam.
Pra-retak keletihan: Pembebanan kitaran digunakan untuk memanjangkan takuk awal dan menghasilkan retakan keletihan yang tajam.
Pengukuran dimensi: Dimensi sampel utama dan dimensi retak diukur.
Beban patah: Daya dan anjakan direkodkan semasa sampel dimuatkan di bawah keadaan terkawal.
Analisis rekod beban-anjakan: Beban ciri yang digunakan untuk mengira keliatan sementara ditentukan.
Pengiraan KIq (atau Kq): Nilai keliatan patah sementara dikira.
Penilaian pengesahan: Dimensi sampel, tingkah laku pemuatan, geometri retakan dan keperluan lain diperiksa.
Pelaporan: Jika keperluan kesahan dipenuhi, hasilnya boleh dilaporkan sebagai KIc.

Piawaian ASTM E399 menyediakan keperluan untuk pelbagai konfigurasi spesimen. Versi terkini secara khusus merangkumi perkara berikut:

Spesimen tegangan padat: Ini adalah salah satu konfigurasi yang paling biasa digunakan dalam ujian keliatan patah. Pembebanan dikenakan melalui lubang berhampiran bukaan retakan spesimen, menghasilkan pembebanan tegangan yang menggalakkan pembukaan retakan.
Spesimen lenturan tepi tunggal: Spesimen biasanya tertakluk kepada lenturan menggunakan susunan pembebanan tiga titik. Ini merupakan satu lagi geometri yang biasa digunakan untuk menentukan keliatan patah tegangan satah.
Spesimen padat berbentuk cakera: Ini menyediakan konfigurasi alternatif yang boleh berguna apabila bahan atau geometri spesimen menyokong spesimen berbentuk cakera.
Spesimen berbentuk pegas: Piawaian ini juga merangkumi keperluan untuk spesimen tegangan dan lenturan berbentuk pegas berbentuk pegas.

Konfigurasi sampel yang dipilih bergantung pada bahan, isipadu bahan yang tersedia, geometri komponen dan keperluan makmal.

Salah satu aspek terpenting dalam piawaian ASTM E399 adalah untuk menghasilkan retakan yang cukup tajam sebelum ujian patah akhir. Takik yang dimesin tidak semestinya menghasilkan semula ketajaman dan kepekatan tegasan retakan yang berlaku secara semula jadi. Oleh itu, spesimen tertakluk kepada beban kitaran terkawal untuk melebarkan takuk dan menghasilkan retakan pra-keletihan. Ini memberikan keadaan hujung retakan yang lebih realistik untuk ujian mekanik patah.

Beberapa ukuran adalah penting dalam piawaian ASTM E399:

Beban yang dikenakan: Daya yang dikenakan pada sampel semasa ujian patah dipantau secara berterusan.
Panjang retak: Oleh kerana pengiraan keamatan tegasan sangat bergantung pada geometri retak, panjang retak lesu awal mesti ditentukan dengan tepat.
Dimensi sampel: Dimensi seperti ketebalan dan lebar adalah penting untuk pengiraan ketahanan patah dan penilaian pengesahan.
Anjakan bukaan mulut patah: Anjakan berhampiran mulut patah memberikan maklumat penting tentang tingkah laku sampel semasa pemuatan.

Piawaian ASTM E399 adalah penting kerana ketahanan patah merupakan sifat kejuruteraan kritikal untuk struktur yang mengandungi, atau berpotensi mengandungi, retakan dan kecacatan. Piawaian ini menyediakan kaedah terkawal dan boleh diulang untuk menilai sifat ini. Bidang aplikasi termasuk:

Struktur aeroangkasa
Komponen pesawat
Komponen automotif
Kapal Tekanan
Peralatan pengeluaran tenaga
Komponen nuklear
Peralatan minyak dan gas
Jambatan dan komponen struktur
Jentera berat
Peralatan pertahanan
Struktur logam berkekuatan tinggi
Struktur logam berkekuatan tinggi

Selama bertahun-tahun, organisasi kami, dengan pasukannya yang cekap dan berpengalaman, telah memahami keperluan pelanggannya, menyediakan perkhidmatan ujian lanjutan yang mereka perlukan, dan membantu mereka dalam penubuhan, pelaksanaan dan penambahbaikan sistem pengurusan. Dalam rangka kerja ini, kami juga menyediakan perkhidmatan ujian mengikut piawaian ASTM E399.