Preskusi mehanike loma
Mehanika loma preučuje rast razpoke, širjenje razpoke in možnost zaustavitve razpoke v komponenti ali materialu v delovnih pogojih (delovanje, življenjska doba ob utrujanju, ...). Določene lastnosti materiala ob upoštevanju napetostno-časovne funkcije vplivajo na načrtovanje in izdelavo komponente.
Mehanika loma igra pomembno vlogo v številnih industrijskih sektorjih, kot sta vesoljska in avtomobilska industrija. Z oceno življenjske dobe ali preostale življenjske dobe komponent (ali materialov), prizadetih zaradi razpok, je mogoče ciljno določiti intervale pregledov in vzdrževanja.
Razlikujemo med dvema konceptoma: linearno-elastična mehanika loma (LEFM) in popuščanje mehanike loma (YFM).
Linearno-elastična mehanika loma (LEFM)
Pri linearno-elastični mehaniki loma (primerno za krhke materiale) je obnašanje materiala linearno elastično dokler ne pride do loma brez deformacij (nestabilno širjenje razpoke). Klasična karakteristična vrednost LEFM je K1C, ki opisuje kritično (C) intenzivnost napetosti (K) med načinom odpiranja razpok 1.
Popuščanje mehanike loma (YFM)
Če je odpoved materiala duktilna, to pomeni, da se pojavi s plastično deformacijo na konici razpoke, potem se uporablja popuščanje mehanike loma koncept. Tu obstajata dve definiciji, ena je določitev karakterističnih vrednosti prek energije, shranjene v okolju konice razpoke (koncept J-integrala), druga pa je preko širjenja konice razpoke (CTOD »premik pri odpiranju konice razpoke«).
Ustrezni standardi za mehaniko loma
- ASTM E399-09 – Standardna preskusna metoda za linearno-elastično ravninsko-deformacijsko lomno žilavost K1C kovinskih materialov
- ASTM E647 – Standardna preskusna metoda za merjenje stopnje rasti utrujenih razpok (da/dN)
- ASTM E1820-11 – Standardna preskusna metoda za merjenje lomne žilavosti (kovine)
- ISO 12135 - Poenotena preskusna metoda za določanje kvazistatične lomne žilavosti
Širjenje razpok v kovinskih komponentah
Proizvodne napake v komponenti ali na površini komponente, ki jih ima vsaka komponenta, predstavljajo jedra razpok, ki spodbujajo nastanek razpok pod obremenitvijo. Te napake se lahko spremenijo v razpoko, torej v makroskopsko materialno škodo, ki jo je mogoče tehnično zabeležiti. To se imenuje faza začetka razpoke.
V naslednji fazi širjenja razpoke se razpoka nadaljuje v komponenti, dokler intenzivnost napetosti K pred vrhom razpoke ne preseže kritične vrednosti in komponenta nenadoma odpove.
Razpoke se širijo stabilno (predkritično stanje) ali nestabilno (kritično stanje) v monotono ali ciklično obremenjenih komponentah. Za krhke materiale je mogoče določiti kritično napetost K1C , katere določitev je opisana v ASTM E399. Če se intenzivnost napetosti K rastoče razpoke premakne pod K1C, se razpoka stabilno širi in jo je mogoče ustaviti kadar koli, ko se obremenitev odstrani. Če je vrednost K1C presežena, se pojavi nestabilna rast razpok in komponenta nenadoma odpove.
Krivuljo rasti razpoke lahko razdelimo na tri regije:
- Področje I:Mejna vrednost ΔKth
- Področje II:Utrujanje rasti razpok da/dN
- Področje III:Faktor kritične intenzivnosti obremenitve K1C (lomna žilavost)
C(T) vzorec
Oblika vzorca, ki se najbolj uporablja v mehaniki loma, je kompaktni natezni vzorec. Uporablja se za preskušanje po ASTM E399 / E647.
V standardih so navedene tudi druge oblike vzorcev. Vsaka je izbrana glede na industrijo in razpoložljive surovine:
- M(T) vzorec - Vzorec srednje napetosti za preskušanje po ASTM E647
- ESE(T) vzorec - Ekscentrično obremenjen vzorec razpoke z enim robom za preskušanje po ASTM E647
- SE(B) vzorec - Enorobni upogibni vzorec za preskušanje po ASTM E399
- DC(T) vzorec - Kompakten natezni vzorec v obliki diska za preskušanje po ASTM E399
- A(T) vzorec - Natezni vzorec v obliki loka za preskušanje po ASTM E399
- A(B) vzorec - Vzorec upogiba v obliki loka za preskušanje po ASTM E399
