ASTM E2714-13 Standardowa metoda testowa do badania zmęczenia pełzającego

W „Standardowej metodzie badania zmęczenia pełzaniem ASTM E2714-13” opracowanej przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) właściwości mechaniczne odkształceń zmęczeniowych lub powstawania pęknięć w nominalnie jednorodnych materiałach są określane przy użyciu próbek do badań poddawany działaniu sił jednoosiowych w warunkach izotermicznych. Metoda badania służąca do określania Niniejsza norma obejmuje badania zmęczeniowe przy szybkościach odkształcenia lub cyklach obejmujących czasy retencji wystarczająco długie, aby uwzględnić cykliczną reakcję na odkształcenie oraz cykle powstawania pęknięć pod wpływem pełzania (i utleniania).

Metodę tę zaprojektowano jako metodę testową do badań zmęczeniowych, przeprowadzaną w celu wsparcia takich działań, jak badania i rozwój materiałów, projektowanie mechaniczne, kontrola procesu i jakości, wydajność produktu i analiza awarii. Warunki cykliczne odpowiedzialne za odkształcenie zmęczeniowe i pękanie spowodowane pełzaniem różnią się w zależności od materiału i temperatury danego materiału.

Zastosowanie tej metody badawczej ogranicza się do próbek i nie obejmuje badania pełnowymiarowych komponentów, konstrukcji lub produktów konsumenckich.

Celem tej metody badawczej jest przede wszystkim zapewnienie właściwości materiału wymaganych do oceny doskonałych konstrukcji inżynierskich zawierających cechy poddawane cyklicznemu obciążeniu w temperaturach wystarczająco wysokich, aby spowodować odkształcenie pełzające.

Tę metodę badawczą można zastosować do określenia właściwości odkształcenia i powstawania pęknięć lub zarodkowania w wyniku badań kontrolowanych odkształceniem o stałej amplitudzie lub badań kontrolowanych siłą o stałej amplitudzie. Dotyczy to przede wszystkim badania próbek z prętów okrągłych poddawanych jednoosiowemu obciążeniu pod kontrolą siły lub odkształcenia.

Procedura koncentruje się na badaniach, w których jednocześnie w określonym cyklu powstają odkształcenia i uszkodzenia związane z pełzaniem i zmęczeniem. Nie obejmuje badań cyklu blokowego, w których powstają uszkodzenia spowodowane pełzaniem i zmęczeniem, sekwencyjnie. Dane, które można wyznaczyć z badań zmęczenia pełzającego przeprowadzonych w warunkach, w których jednocześnie występują odkształcenia i uszkodzenia spowodowane pełzaniem, są następujące:

• Cykliczna reakcja na odkształcenie naprężenie-odkształcenie
• Reakcja na cykliczne pełzanie (lub relaksację) odkształcenia
• Utwardzanie cykliczne, cykliczna reakcja mięknięcia
• Cyklicznie aż do powstania pojedynczego pęknięcia lub wielu pęknięć w badanych próbkach

Uważa się, że pęknięcie powstaje w początkowo niepękniętej próbce, gdy zarodkuje ona i rozprzestrzenia się do określonego rozmiaru, który można wykryć za pomocą określonej techniki. Na potrzeby tej normy powstanie pęknięcia potwierdza się poprzez mierzalny wzrost podatności próbki lub wielkość wykrywalną metodą redukcji potencjału.

Niniejsza metoda badawcza ma zastosowanie do temperatur i szybkości odkształcania, gdzie wielkości zależnych od czasu naprężeń niesprężystych (pełzania) są tego samego rzędu wielkości lub większe niż zależne od czasu naprężenia niesprężyste.

Termin „niesprężysty” jest tutaj używany w odniesieniu do wszystkich naprężeń niesprężystych. Termin tworzywo sztuczne jest tu używany wyłącznie w odniesieniu do niezależnego od czasu (tj. niepełzającego) składnika naprężenia niesprężystego. Gdy stosunek naprężeń przekracza określoną wartość, można uzyskać przydatne oszacowanie inżynieryjne naprężenia niezależnego od czasu.

Na potrzeby niniejszego standardu mają zastosowanie następujące terminy i definicje:

• Cykl odnosi się do powtarzającej się sekwencji wartości pełnej siły (odkształcenia) przy obciążeniu o stałej amplitudzie (naprężeniu) i zmęczeniu.
• Czas retencji w badaniu zmęczeniowym to czas w cyklu, podczas którego kontrolowana zmienna testowa (siła, odkształcenie, przemieszczenie) pozostaje stała w czasie. Czasy przetrzymania są zwykle umieszczane przy najwyższym naprężeniu lub odkształceniu napięcia lub ciśnienia, ale można je również umieścić w innych miejscach cyklu.
• Całkowity okres cyklu odnosi się do czasu wymaganego do zakończenia cyklu. Całkowity czas cyklu to suma czasu retencji i czasu braku retencji.
• Wykres histerezy to ścieżka naprężenia-odkształcenia podczas cyklu.
• Początkowy moduł sprężystości jest modułem sprężystości wyznaczonym podczas części obciążającej pierwszego cyklu.
• Moduł sprężystości w cyklu N jest średnią modułu sprężystości wyznaczonego podczas rosnącej części obciążenia i malejącej części obciążenia wykresu histerezy dla N-tego cyklu.
• Zakres napięcia to różnica między napięciem maksymalnym i minimalnym. W przypadku badań zmęczenia pełzającego różnica między naprężeniami maksymalnymi i minimalnymi nazywana jest zakresem naprężeń szczytowych. W przypadku badań prowadzonych pod kontrolą odkształcenia różnica naprężeń w punktach, w których parametr kontrolny ulega odwróceniu, nazywana jest zakresem naprężeń rozluźnionych.

Badanie zmęczenia pełzającego jest zwykle przeprowadzane w podwyższonych temperaturach i obejmuje sekwencyjne lub jednoczesne zastosowanie warunków obciążenia niezbędnych do wytworzenia cyklicznego odkształcenia/uszkodzenia, które jest wzmacniane przez odkształcenie/uszkodzenie pełzania lub odwrotnie.

O ile takie badania nie są przeprowadzane w próżni lub w środowisku obojętnym, utlenianie może być również odpowiedzialne za znaczące efekty zakłócające związane z kumulacją uszkodzeń. Celem badań zmęczenia pełzającego jest określenie:

• Ocena danych wejściowych do analizy deformacji i uszkodzeń konstrukcji inżynierskich pracujących w wysokich temperaturach
• Walidacja efektywności modelu deformacji i uszkodzeń konstrukcji
• Charakterystyka materiału
• Dane dotyczące właściwości materiałów na potrzeby opracowywania i weryfikacji zasad nowej konstrukcji i oceny trwałości elementów wysokotemperaturowych poddawanych cyklicznej pracy przy niskich częstotliwościach lub przy ustalonych okresach pracy, lub obu

Wśród licznych badań, pomiarów, analiz i ocen, które świadczy dla przedsiębiorstw z różnych sektorów, nasza organizacja świadczy również usługi testowania określone w normie „ASTM E2714-13 Standardowa metoda testowa do badania zmęczenia pełzającego”, z przeszkolonym i doświadczonym personelem oraz zaawansowany sprzęt technologiczny.