Nízkocyklová únavová zkouška (LCF) podle ISO 12106 / ASTM E606
Nízkocyklová únava vyjadřuje únavu materiálu po nízkém počtu cyklů.
Nízkocyklová únavová zkouška (LCF) podle ISO 12106 a ASTM E606 je zkouška na únavu, při níž je simulováno opakující se zatížení až do porušení. Tato zkouška se obvykle provádí na servohydraulických zkušebních strojích.
Materiály, které jsou vystaveny extrémnímu tepelnému a mechanickému zatížení, lze navrhovat pouze v rozsahu jejich nízkocyklové únavy, tj. maximálně do 100 000 zátěžných cyklů. Mezi hlavní příklady patří lopatky a disky turbín používané v leteckých motorech a stacionárních turbínách pro výrobu elektrické energie. Kromě toho se zkouška LCF používá u turbodmychadel, výfukových potrubí a dalších podobných součástí. V těchto součástech jsou navržené vruby (např. spoje lopatka – deska) vystaveny deformačně indukované únavové plastické deformaci, která dříve nebo později vede k porušení zkoušeného tělesa. Při nízkocyklové únavové zkoušce (LCF) se tato zatížení simulují na vzorku a stanoví se počet cyklů do vzniku trhliny. Zkouška se obvykle provádí za zvýšené teploty. Frekvence zatěžování se obvykle pohybuje mezi 0,01 až 5 Hz.
K tomu je zapotřebí zvláštní zkušební stroj s řídicí jednotkou. Při přechodu z pružné na plastickou deformaci dochází k výrazné změně tuhosti vzorku. Na to musí regulátor reagovat velmi rychle, aby například zajistil konstantní rychlost nárůstu deformace. Zásadní roli přitom hraje vysoká tuhost zkušebního stroje.
Normy Video Zatížení Zkušební postup Cyklické zpevňování Cyklické změkčení Konec zkoušky Zkušební stroje Zkušební software Další zkoušky
Zatížení při nízkocyklové únavové zkoušce
Zatížení při nízkocyklových únavových zkouškách zahrnuje elastický Ɛa,e a plastický Ɛ deformace: Ɛa,t = Ɛa,e + Ɛa,p
Zatímco v pružné oblasti existuje lineární vztah mezi napětím a deformací (Hookův zákon), v plastické oblasti je tento vztah nelineární. Výsledkem je tak hysterezní smyčka.
Nízkocyklová únava podle ISO 12106 / ASTM E606 probíhá při konstantní amplitudě. Kromě toho lze zadat časovou výdrž pro zkoumání procesů tečení / relaxace. Pro požadované zatěžování se používá trojúhelníkový signál, anebo lichoběžníkový průběh pro případ prodlevy.
Pokud je třeba simulovat specifické provozní zatížení, jsou možné i jiné časové posloupnosti napětí-deformace. Proto se nízkocyklové únavové zkoušky provádějí také s přídavným kmitáním o vyšší frekvenci.
Zkušební frekvence je obvykle nižší nebo rovna 1 Hz, i když se tato hranice neustále posouvá směrem nahoru, takže se zkoušky LCF provádějí až při 10 Hz.
Při zkouškách LCF se používá zatěžování s řízenou deformací. Pouze ve zvláštních případech dochází ke změně na řízení silou ve stabilizovaném rozsahu hystereze nebo s prodlevami s cílem výzkumu krípových vlastností. Pro určení materiálových charakteristik se zkoušky obvykle provádějí při poměru RƐ -1.
Postup nízkocyklové únavové zkoušky
Po pečlivé instalaci se vzorek zahřeje na zkušební teplotu. Přitom je stroj nastaven do režimu řízení síly a zadané zatížení je 0 kN. Po dosažení požadované teploty se připne průtahoměr. Pokud byl průtahoměr na vzorku již během fáze zahřívání, je třeba počítat se změnou L0. Nyní se zvolí režim s řízenou deformací a zkouška se zahájí.
Počáteční cykly jsou zvláště důležité, protože v tomto okamžiku mohou materiály vykazovat výrazně odlišné chování.
Stabilizovaná hystereze se však obvykle vytvoří až po několika cyklech. Existuje také mnoho materiálů, které nevykazují ani zpevnění, ani změkčení.
Konec zkoušky
Konec zkoušky nízkocyklové únavy je obvykle definován jako procentuální snížení síly regresní přímky stabilizované hystereze.
Vzhledem k tomuto chování materiálu je důležité zaznamenat každou hysterezní smyčku na začátku. Ve stabilizované fázi stačí uložit například každý stý nebo tisící záznam. Často se volí logaritmický interval a jako kritérium pro uložení smyčky se navíc definuje procentuální změna síly. Ke konci zkoušky by měl být zaznamenán opět každý cyklus.
Náš zkušební software pro nízkocyklové únavové zkoušky
Zkušební software testXpert R se používá pro deformačně řízené stanovení nízkocyklové únavové pevnosti kovů podle normy ASTM E606. Nastavený způsob zatěžování má obecně trojúhelníkový průběh s konstantní amplitudou. Je možné také použít sinusový průběh.
Pro zkoušky s řízenou deformací je nutný vhodný průtahoměr. Zkouška se obecně provádí za zvýšené teploty.
Vzhledem k rozdílnému chování materiálu, změkčování nebo zpevňování je důležité, aby byly na začátku zaznamenány všechny hysterezní smyčky. Počet smyček si může uživatel definovat libovolně.
