Kelelahan Termomekanis - ASTM E2368 dan ISO 12111
Untuk desain dan konstruksi komponen siklis termal dan mekanis secara bersamaan untuk turbin gas atau mesin pembakaran misalnya, nilai karakteristik yang dapat diandalkan untuk memprediksi umur kelelahan dan perilaku deformasi siklis pada kondisi operasi yang ada harus tersedia. Untuk menentukan kelelahan termomekanis (TMF), karakteristik material yang diperlukan ditentukan melalui kombinasi beban termal dan mekanis siklik dalam fase atau di luar fase.
Pengujian TMF dijelaskan dalam standar khusus berikut: ASTM E2368, ISO 12111 dan Kode Praktik yang Divalidasi untuk Pengujian Kelelahan Termo-Mekanis yang Dikendalikan Regangan.
Tujuan & aplikasi Standar Menjalankan pengujian Sistem pengujian VIDEO Unduhan Permintaan konsultasi
Apa itu kelelahan termomekanis?
Selain keandalan selama pengoperasian jangka panjang, pembangkit listrik dan turbin pesawat harus menunjukkan ketahanan yang cukup terhadap perubahan beban jangka pendek dan proses start-stop. Kelelahan termomekanis (TMF) adalah simulasi beban mekanis ini sebagai akibat dari ekspansi termal material. Selama dinyalakan, suhu semua komponen naik dari suhu kamar ke suhu pengoperasian, yang disertai dengan perluasan material. Perluasan ini menciptakan tekanan pada material, yang harus ditentukan dengan akurat untuk mencegah kerusakan komponen. Untuk komponen komposit seperti bilah turbin dengan lapisan penghalang termal keramik, ketidaksesuaian termal antara komponen logam dan keramik menyebabkan komponen pembebanan lain yang harus dipertimbangkan selama desain. Selain itu, lapisan oksida perekat mempengaruhi umur lelah selama pengoperasian.
Standar yang relevan untuk kelelahan termomekanis
Persyaratanpengujian TMF dijelaskan secara lebih rinci dalam standar berikut:
- Praktik standarASTM E2368 untuk Pengujian Kelelahan Termomekanis Terkendali Regangan
- ISO 12111 Bahan logam - Pengujian kelelahan - Metode pengujian kelelahan termomekanis yang dikontrol regangan
- Kode Praktik yang Divalidasi untuk Pengujian Kelelahan Termo-Mekanis yang Terkendali ReganganKode Praktik yang Divalidasi untuk Pengujian Kelelahan Termo-Mekanis yang Terkendali Regangan
Melakukan pengujian TMF sesuai ASTM E2368 dan ISO 12111
Saat menentukan kelelahan termomekanis berdasarkan ASTM E2368 dan ISO 12111, suatu spesimen dipanaskan secara siklis sambil dibebani secara bersamaan dengan regangan mekanis dalam fase atau di luar fase (anti-fase). Tergantung pada mekanisme kerusakan yang akan diuji, urutan suhu dan regangan mekanis yang berbeda dapat diparameterisasi. Kurva seringkali berbentuk segitiga dan periode penahanan dapat ditambahkan pada suhu puncak, misalnya. Selain itu, suhu dan regangan dapat diterapkan dalam fase dan di luar fase. Pergeseran fasa antara pembebanan termal dan mekanis siklik secara signifikan mempengaruhi umur kelelahan serta deformasi plastis material.
Tes TMF yang paling umum (dengan dan tanpa pergeseran fasa) adalah:
- IP (dalam fase): spesimen secara bersamaan mengalami regangan termal melalui pemanasan dan regangan mekanis akibat gaya tarik
- OP (out-of-phase): spesimen secara bersamaan mengalami regangan termal melalui pemanasan dan kompresi akibat gaya tekan
- CD (berlian searah jarum jam)
- CCD (berlian berlawanan arah jarum jam)
Uji TMF sebagian besar dikontrol oleh regangan, karena beban yang bekerja pada komponen disebabkan oleh hambatan regangan termal. Uji terkontrol tegangan terkadang dikaitkan dengan spesimen yang tidak seragam, misalnya. dengan takik, karena di sini regangan pada dasar takik tidak dapat diukur. Dalam kedua kasus tersebut, hanya regangan total (εt) yang dapat diukur dan dikendalikan. Ini terdiri dari regangan termal (εth) dan regangan mekanis (εme): rumus εt = εth + εme. Untuk memuat spesimen dengan regangan mekanis yang diinginkan selain regangan termal, regangan termal dengan fase suhu yang ditentukan diukur terlebih dahulu berdasarkan waktu dan diperhitungkan dalam pengendalian regangan total selama pengujian sebenarnya.
Penentuan modulus Young sebelum setiap pengujian TMF
Kode Praktik yang Divalidasi untuk Pengujian Kelelahan Termo-Mekanis yang Terkendali Regangan merekomendasikan penentuan modulus Young pada suhu lingkungan, suhu minimum, suhu maksimum, dan setidaknya satu nilai suhu rata-rata tambahan sebelum setiap pengujianTMF. Kedua standar ASTM E2368 dan ISO 12111 juga memerlukan pengukuran modulus Young pada suhu minimum, rata-rata dan maksimum dari siklus termal.
Perbandingan selanjutnya dari nilai modulus Young yang diukur dengan data dari database referensi berfungsi sebagai verifikasi nilai kontrol dan pengukuran gaya, regangan, dan suhu yang benar. Jika nilai terukur berada dalam batas toleransi maks. 5% dari kisaran tegangan yang diharapkan pada gaya minimum dan maksimum, Anda dapat yakin bahwa operasi pengujian sudah benar.
Pengukuran regangan sesuai ASTM E2368 dan ISO 12111
ASTM E2368 memerlukan penggunaan ekstensometer yang minimal memenuhi akurasi B-2 hingga ASTM E83. ISO 12111 dan Kode Praktik yang Divalidasi menentukan dan ekstensometer memenuhi akurasi 1 atau lebih baik menurut ISO 9513. Untuk spesimen dengan panjang gauge kurang dari 15 mm, ekstensometer harus sesuai dengan akurasi 0,5 menurut ISO 9513.
Persyaratan pengukuran regangan lebih lanjut untuk pengujian kelelahan termomekanis :
- Ekstensometer harus sesuai untuk pengukuran regangan dinamis dalam jangka waktu lama, sekaligus memastikan penyimpangan, slip, dan histeresis minimum.
- Ekstensometer harus dilindungi dari fluktuasi atau pengaruh termal dengan menggunakan sistem pendingin aktif, seperti pendingin air.
- Tekanan kontak ekstensometer pada spesimen harus dijaga serendah mungkin, tanpa merusak permukaan spesimen.
- Ekstensometer harus dipasang sedemikian rupa sehingga ketika spesimen memanas dan mengembang, pengukuran regangan tidak terganggu dan lengan sensor tidak terlepas dari spesimen.
Sistem pengujian untuk penentuan kelelahan termomekanis
Untuk pengujian fatik termomekanis, ZwickRoell di Fürstenfeld mengembangkan sistem pengujian elektromekanis baru bekerja sama erat dengan Institut Teknologi Karlsruhe (KIT). Kappa 100 SS-CF dilengkapi dengan sistem pemanas induksi untuk rentang suhu 50 °C hingga 1.200 °C dan sistem pendingin udara. Mesin pengujian creep elektromekanis dengan zero-crossing bebas serangan balik ini telah membuktikan dirinya untuk pengujian dengan siklus beban frekuensi rendah selama bertahun-tahun. Kappa SS-CF mengontrol zero backlash di bawah beban tarik dan kompresi siklik, sebagaimana ditentukan dalam ASTM E2368 dan ISO 12111.
Mesin penguji dilengkapi dengan pegangan hidrolik berpendingin air untuk memegang spesimen dengan aman. Pendinginan air memungkinkan stabilisasi suhu yang cepat di sepanjang spesimen dan memastikan aliran panas langsung dari ujung spesimen. Keandalan pengukuran regangan selama pengujian TMF dipastikan melalui ekstensometer kontak dengan lengan sensor keramik dan pendingin air.
Sistem pengujian untuk penentuan kelelahan termomekanis ini meets all memenuhi semua persyaratan standar ASTM E2368 dan ISO 12111 yang umum digunakan serta Kode Praktik yang Divalidasi untuk Pengujian Kelelahan Termo-Mekanis yang Dikendalikan Regangan.
Komponen yang digunakan untuk Uji TMF dapat juga dipasang pada mesin pengujian servohidraulik.
Distribusi suhu optimal untuk pengujian TMF
Menurut Kode Praktik yang Divalidasi untuk Pengujian Kelelahan Termo-Mekanis yang Dikendalikan Regangan, penyimpangan suhu dari nilai yang ditetapkan pada bagian benda uji yang diukur adalah < 10K atau < ±2% dari perbedaan suhu. Depending on the specimen shape and material, heating and cooling rates of up to 25K can be used. Untuk mencapai laju pemanasan dan pendinginan maksimum yang ditentukan dalam standar, kami mengandalkan sistem pemanas induksi dan jet pendingin yang diatur secara khusus saat melakukan pengujian TMF.
Sistem pemanas induksi dengan daya pemanas yang dapat disesuaikan secara individual memungkinkan Anda menguji bahan spesimen yang berbeda dengan konduktivitas listrik yang bervariasi. Induktor terkait spesimen memastikan distribusi suhu optimal pada spesimen. Katup pengatur tekanan proporsional dan empat nosel semprot datar yang disusun secara simetris memastikan kontrol aliran udara yang presisi. Nozel pendingin dapat disesuaikan dan posisinya dapat direproduksi untuk pengujian di masa mendatang.
Suhu dikontrol menurut ASTM E2368 dan ISO 12111 melalui termokopel pita langsung pada spesimen. Ini dipasang dengan mudah dan andal di tengah bagian spesimen yang diukur. Pra-ketegangan pegas yang dapat disesuaikan memastikan tekanan kontak yang andal.