ASTM E399: Avaliação da tenacidade em metais e ligas

O que é resistência à fratura?

A resistência àfratura refere-se à capacidade de um material de resistir à extensão de rachaduras pré-existentes. Diferentemente da resistência à tração simples, que determina a força necessária para deformar um material, a resistência à fratura diz respeito à resposta do material quando ele já contém uma falha ou rachadura.

Em termos práticos, a alta resistência à fratura permite que os metais e as ligas resistam às tensões operacionais sem falhas de natureza catastrófica. Essa propriedade tem importância específica em aplicações estruturais em que a falha teria consequências significativas, como em aeronaves, pontes ou vasos de pressão. A baixa resistência à fratura, por outro lado, torna os materiais propensos à fratura frágil, que pode ocorrer repentinamente e com pouca ou nenhuma deformação anterior.

O que é a ASTM E399

Finalidade e objetivos

A ASTM E399 tem o objetivo de determinar a resistência à fratura por deformação interplanar (K_IC) dos metais. As condições de deformação plana são obtidas com o uso de amostras espessas, de modo que, na ponta da trinca, exista a condição de tensão controlada por tensão e não a condição controlada por flexão. A norma fornece resultados reproduzíveis e comparáveis necessários para o projeto, a seleção de materiais e o controle de qualidade.

Procedimento de teste

O teste ASTM E399 requer algumas etapas críticas para atingir a reprodutibilidade e a precisão:

1. Preparação da amostra:

As amostras são usinadas nas dimensões desejadas e uma pré-fissura de fadiga é criada. Isso garante o início da fissura reproduzível e a distribuição da tensão com uniformidade.

2. Carregamento:

O corpo de prova é submetido a um carregamento em um dispositivo de teste mecânico e submetido a uma carga controlada e crescente. Normalmente, o teste é realizado em condições de controle de deslocamento, de modo que o início da fissura possa ser detectado com precisão.

3. Medição e cálculo:

Quando a trinca começa a se propagar, a carga crítica é registrada. A resistência à fratura por deformação plana (K_IC) é calculada a partir da carga aplicada e da geometria do corpo de prova usando equações padrão.

Aplicações em metais e ligas

A ASTM E399 tem amplas aplicações nos setores de metal em que os componentes metálicos precisam resistir à propagação de trincas quando submetidos a tensões. Esses setores incluem:

- Aeroespacial: Realização de testes de resistência à fratura de lâminas de turbina, fuselagem e material de trem de pouso.

- Automotivo: Realização de testes de resistência de blocos de motores, chassis e componentes de suspensão.

- Construção e infraestrutura: Evitar que vigas de aço, tubos e ligas estruturais percam sua integridade sob condições.

- Indústrias de energia e nuclear: Realização de testes de metais de reatores, vasos de pressão e tubulações para evitar falhas.

Com o fornecimento de dados precisos sobre a tenacidade à fratura, a ASTM E399 possibilita que os engenheiros selecionem corretamente a escolha certa de ligas, projetem de forma otimizada e garantam a segurança.

Fatores que influenciam a tenacidade

Há vários fatores que influenciam a resistência à fratura medida do metal e da liga:

- Microestrutura: As dimensões da microestrutura, como o tamanho do grão, a distribuição de fases e as inclusões, podem ter um enorme potencial para aumentar ou diminuir a tenacidade. Grãos pequenos e equiaxiais aumentarão a resistência ao crescimento de trincas.

- Temperatura: Todos os metais se tornam mais frágeis em baixas temperaturas, diminuindo os valores de K_IC. Temperaturas mais altas também amolecem os materiais, variando a resistência a trincas.

- Taxa de carregamento: Cargas aplicadas mais rapidamente podem reduzir a resistência aparente, pois os materiais têm menos tempo para se deformar plasticamente.

- Geometria do corpo de prova: A espessura e o comprimento das trincas influenciam as condições de deformação plana; as mudanças podem alterar os valores de K_IC medidos.

É importante conhecer essas variáveis para a análise dos resultados dos testes e para o uso dos dados em projetos reais de engenharia.

Perguntas frequentes

Para que finalidade a ASTM E399 é usada?

A ASTM E399 mede a resistência à fratura por deformação plana de materiais metálicos, sua capacidade de resistir à extensão de trincas.

Por que a resistência à fratura é importante em metais e ligas?

Ela determina a resistência do material ao estresse sem falhas repentinas, garantindo segurança e confiabilidade para aplicações de alto risco.

Como é realizado o teste ASTM E399?

São realizadas pré-rachaduras de amostras, carga controlada e determinação de K_IC a partir da carga crítica e da geometria da amostra.

Em quais setores a ASTM E399 é usada rotineiramente?

Ela é amplamente utilizada nos setores aeroespacial, automotivo, de construção, energia e nuclear, sempre que a integridade estrutural é uma questão da mais alta prioridade.

Quais são as variáveis que podem afetar os resultados dos testes?

A microestrutura, a temperatura, a taxa de carga e a geometria do corpo de prova afetam os testes de resistência à fratura.