A norma ASTM E399, desenvolvida pela Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM), descreve um método de ensaio para determinar a tenacidade à fratura de materiais metálicos sob condições de tensão plana, predominantemente elásticas lineares, utilizando corpos de prova com pré-trincas de fadiga de 1,6 mm ou mais de espessura.
Neste método, as amostras são submetidas a uma força de deslocamento da trinca que aumenta lentamente ou, em casos especiais (seletivos), rapidamente. Detalhes sobre o aparato de ensaio, a configuração da amostra e o procedimento experimental são fornecidos nesta norma. Dois procedimentos para o cálculo dos valores de tenacidade à fratura utilizando dados experimentais são descritos:
Ensaios de tenacidade à fratura por tração plana para materiais com espessura inferior a 1,6 mm e suficientemente frágeis podem ser realizados utilizando outros tipos de amostra. Não existe um método de ensaio padrão para materiais com essa espessura.
A norma ASTM E399 é um padrão de mecânica da fratura amplamente utilizado, desenvolvido para determinar a tenacidade à fratura por tração plana linear-elástica de materiais metálicos. A propriedade fundamental medida pelo ensaio é o KIc, que descreve a resistência do metal à propagação instável de trincas quando uma trinca aguda está presente sob forte tensão de tração.
A resistência à fratura é particularmente importante porque um componente pode fraturar mesmo que sua tensão nominal esteja abaixo da resistência à tração ou ao escoamento convencional do material, caso haja uma trinca ou defeito suficientemente grande.
A norma ASTM E399 especifica os requisitos para a medição da tenacidade à fratura sob condições predominantemente elásticas lineares e de tensão plana. Este método utiliza um corpo de prova contendo uma trinca de pré-fadiga e aplica uma força de deslocamento da trinca crescente até que a fratura ocorra.
Esta norma destina-se principalmente a materiais metálicos onde a região plástica da ponta da trinca é suficientemente pequena em comparação com as dimensões relevantes da amostra. Isso permite que o comportamento da fratura seja caracterizado usando a mecânica da fratura elástica linear.
A norma ASTM E399 abrange o KIc e também fornece um procedimento opcional para determinar o KIsi sob condições específicas.
A tenacidade à fratura é uma medida da capacidade de um material resistir à propagação de trincas. Ela difere da resistência à tração. Enquanto a resistência à tração descreve quanta tensão um material pode suportar antes da fratura por tração, a tenacidade à fratura leva em consideração o efeito combinado de:
Um material com alta tenacidade à fratura pode suportar fissuras relativamente grandes sem fratura catastrófica, em comparação com um material com baixa tenacidade à fratura.
O símbolo KIc representa a tenacidade à fratura por tração plana de um material. Esse valor caracteriza a resistência do material à fratura em um ambiente neutro quando submetido a uma trinca aguda e a condições que se aproximam do comportamento linear-elástico de tração plana. Esta norma especifica que, para a interpretação pretendida do KIc, a zona plástica na ponta da trinca deve permanecer pequena em relação ao tamanho da trinca, à espessura do corpo de prova e ao tecido conjuntivo remanescente.
Quando a concentração de tensão atinge a tenacidade à fratura crítica do material sob as condições de tensão plana predominantes, pode ocorrer o crescimento instável da trinca.
O procedimento padrão ASTM E399 geralmente segue estas etapas básicas:
A norma ASTM E399 estabelece requisitos para diversas configurações de amostras. A versão mais recente inclui especificamente o seguinte:
A configuração da amostra escolhida depende do material, do volume de material disponível, da geometria do componente e dos requisitos do laboratório.
Um dos aspectos mais importantes da norma ASTM E399 é a criação de uma trinca suficientemente afiada antes do ensaio de fratura final. Um entalhe usinado não reproduz necessariamente a nitidez e a concentração de tensões de uma trinca natural. Portanto, o corpo de prova é submetido a carregamento cíclico controlado para alargar o entalhe e criar uma trinca de pré-fadiga. Isso proporciona uma condição de ponta de trinca mais realista para os ensaios de mecânica da fratura.
Diversas medições são críticas na norma ASTM E399:
A norma ASTM E399 é importante porque a tenacidade à fratura é uma propriedade de engenharia crítica para estruturas que contêm, ou potencialmente contêm, fissuras e defeitos. Esta norma fornece um método controlado e repetível para avaliar essa propriedade. As áreas de aplicação incluem:
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