Procedimento Ctod 4r6o4p

O que é e o que mede o CTOD? CTOD – Crack Tip Opening Displacement, ou seja, tamanho de abertura na ponta da trinca medida em milímetros. Essa medida é feita para se medir a tenacidade do material ou capacidade de resistir à propagação de uma possível trinca ou defeito na estrutura de um componente.

Procedimento para medição do CTOD. Etapa 1 – Escolha, dimensionamento do e dispositivos para ensaio. a) Analise critica do tipo de operação e carregamento a qual o material estará sujeito. b) Então, definir em qual orientação do componente se deseja medir a tenacidade à fratura. i. Em toda a espessura do componente ii. Transversalmente iii. Longitudinalmente iv. Radialmente c) Após o (b) verificar a possibilidade de retirada do ( quando houver disponibilidade de material utilizar SE(B) secção retangular segundo caso utilizar C(T) e em casos específicos utilizar s SE(B) secção quadrada e A(B). d) Confecção do e do entalhe. Obs: Seguir relação entre as dimensões (W, B,S) descritas pelas figuras 2,3,6,7,9 e 10 presentes na norma ASTM E1290, não apenas para os s mas também para os dispositivos (fixadores, pinos e clevis) dos testes. 1

SE(B) secção retangular -

SE(B) secção quadrada –

A(B) -

Dispositivo de fixação e pinos do ensaio tipo dobramento em três pontos –

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Dispositivo de fixação (clevis) do ensaio tipo tração –

1 C(T) –

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2 C(T) -

Obs2: O entalhe de pré-trincamento deve ter ângulo que pode variar entre 30 e 60° (sempre dando preferência a ângulos menores que facilitam o crescimento ideal da trinca de fadiga), e o valor de N (indicado na figura abaixo) para entalhes estritos deve ser de no máximo 0,01W e para entalhes largos deve ser de no mínimo 0,063W ou 6,25mm (o que for maior). Já com o raio do entalhe deve 0,08mm ou menor, para um entalhe em V.

Obs3: Quanto ao comprimento do entalhe (a0) a norma não determina um comprimento ideal logo este deve ter um comprimento variável dependendo da razão (a/W) que desejasse obter no final. Sempre lembrando que a trinca de fadiga deve ter um comprimento mínimo de 1,3mm ou 2,5% de W, logo o entalhe deve permitir que após o crescimento da trinca de fadiga a razão (a/W) esperada seja alcançada.

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Etapa 2 – Pré-trincamento por fadiga. a) Calcular carga máxima de pré-trincamento segundo K1c Max. para determinadas situações conforme descrito no procedimento 7.4.6 da norma ASTM E1290.(utilizar tabelas do Excel) Kmax = Y * Pmax / (B * W¹/²) Pmax = (Kmax * B * W¹/²) / Y Onde, Y é uma fator de correção geométrico; Pmax é a carga máxima; B é a espessura; e W é a largura do Obs1: Utilizar tabelas 1 e 2 para calcular o Y. Obs2: É necessário saber qual a razão a0/W que deseja-se obter. Obs3: Caso a carga máxima seja hiper estimada a zona deformada na ponta da trinca pode influenciar no resultado do ensaio. Obs4: Pode-se realizar a abertura da pré trinca em duas etapas, uma primeira onde a carga máxima é maior ( abertura de trinca mais rápida) e uma segunda etapa onde a carga máxima é menor (melhor controle do tamanho da trinca inicial). b) Utilizar a freqüência que se achar adequado para abertura da trinca, pode-se utilizar a maior freqüência possível.(determinada pela maquina a ser utilizada) c) Utilizar curva senoidal com R = Pmin / Pmax = 0.1 para o ciclo de carregamento, ou seja, carga mínima deve ser igual a 10% da carga máxima. d) A pré trinca de fadiga deve ter no mínimo 2,5% de W ou 1,3mm de afastamento do fim do entalhe usinado. Obs1: A carga máxima que o irá resistir durante o ensaio em si será entre 3 e 4 vezes a carga máxima utilizada para o pré trincamento, essa informação faz necessária para saber se a capacidade de carga da maquina de “tração” será suficiente para realizar o ensaio. OBS2: A pré trinca de fadiga deve crescer sempre de forma perpendicular a tensão aplica de forma uniforme em toda a espessura do e deve estar no centro do entalhe como na figura abaixo:

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Etapa 3 – Procedimento de ensaio do previamente trincado por fadiga. a) Utilizar taxa de carregamento tal que o fator de intensidade de tensões do material esteja entre 0,55 e 2,00 MPa m¹¬²/s. b) Quanto a temperatura é recomendado manter-se a temperatura o mais próximo possível da temperatura de trabalho do componente tendo uma variação máxima de +- 2°C. Quando se for utilizar um meio liquido para estabelecer a temperatura deve-se manter o no meio liquido ou gasoso por pelo menos 30 s/mm de espessura após a superfície ter atingido a temperatura de ensaio. c) TESTE SE(B) e A(B) – Instalar o dispositivo de fixação e posicionar o de forma que a linha de carregamento seja exatamente no centro (entalhe) do , posicionamento segundo figura 2 da ASTM E1290, fixar o clip gage e realizar dobramento em três pontos com taxa previamente descrita no item (a) registrando em gráfico uma curva de carga(P) versus deslocamento medido pelo clip gage.

d) TESTE C(T) – Prender o nos clevis através dos pinos de fixação, fixar o clip gage no entalhe e realizar tração com taxa previamente descrita no item (a) registrando em gráfico uma curva de carga(P) versus deslocamento medido pelo clip gage. Para minimizar os erros de movimentação/deformação dos pinos e de excentricidade de carregamento por desalinhamento, os pinos devem ser montados com um deslocamento horizontal máximo entre seus eixos de 0,8mm.

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OBS1 – Em caso de uma descontinuidade no ensaio por algum motivo no sistema de teste, ou por que o clip gage atingiu o seu afastamento máximo, ou por algum erro no sistema de aquisição de dados do gráfico, o teste deve ser considerado INVALIDO. OBS2 – Em casos de C(T) pode se utilizar facas para prender o clip gage como mostrado na figura abaixo e especificado na figura 4 da ASTM E1290, onde também se especifica que em s SE(B) e A(B) há possibilidade da confecção de um pequeno entalhe na ponta do entalhe original para o posicionamento do clip gage. Figura da norma para C(T) -

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Figura mostrando na pratica o posicionamento do clip gage em C(T) -

Figura da norma para SE(B) e A(B), indicando tipo de usinagem que se permite fazer para fixação do clip gage no -

Etapa 4 – Calculo do CTOD a) O gráfico de carga versus abertura de trinca medida pelo clip gage obtido no ensaio será como um dos cinco mostrados na figura abaixo:

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• Os casos (I) e (II) fornecem o CTOD (δc) critico, que ocorre quando há pouca deformação plástica (fratura quase que totalmente por clivagem), e pode ser calculado utilizando o deslocamento Vp para a carga Pc e o deslocamento elástico Vc. • Os casos (III) e (IV) fornecem o CTOD (δu) com uma propagação de trinca estável, ∆a>0,2mm seguido de uma propagação instável, utiliza-se o deslocamento Vp para a carga Pu e o deslocamento elástico Vu para calculá-lo. • O caso (V) fornece o CTOD (δeot) correspondente a propagação lenta de trinca estável (de maneira totalmente dúctil), e utiliza-se o deslocamento Vp para a carga Peot e o deslocamento elástico Veot para calculá-lo. OBS1: Para saber se durante um pop-in trata-se de Pc e Vc ou Pu e Vu faz-se o calculo de um fator que representa o aumento do acumulo do complience devido a propagação da trinca, chamado fator F, onde se F>0,05 esse pop-in deve ser considerado e se F<0,05 esse pop-in pode ser ignorado:

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b) Método de calculo de δc, δu e δeot: tendo os dados de abertura de trinca obtidos pelo clip gage deve-se fazer uma conversão para o valor de CTOD relevante, usando a seguinte relação:

Onde,

- K = Y*P/(B*W¹/²); - Y é o fator de correção geométrica; - P é a força correspondente a Pc, Pu ou Peot; - υ é o coeficiente de Poisson do material; - σys é a tensão limite de escoamento; - σts é a tensão limite de resistência; - σy é a tensão limite de escoamento efetiva na temperatura de interesse; - E é o módulo de elasticidade do material na temperatura de interesse; - Ap é a área sob a curva de carga versus a componente plástica da abertura medida pelo clip gage; - Z é a distancia entre a ponta da faca do clip gage, e a superfície do SE(B) ou a linha de carregamento do C(T); - M é função de A0, A1, A2, A3 e σys/ σts; - η é função de a0/W; - α é função do tipo de corpo de prova e de W.

Figura ilustrativa de uma curva obtida em um ensaio indicando parte elástica e plástica do ensaio -

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Etapa 5 – Validação do ensaio. a) Deve se realizar a medição de nove pontes igualmente espaçados e obter a media entre essas medidas e a diferença entre o valor máximo e o mínimo não pode ser maior do que 10% do tamanho inicial da trinca de fadiga (a0). b) Nenhuma parte da frente da pré-trinca de fadiga poderá estar a menos de 2,5% de W ou 1,3mm (o que for maior) do fim da usinagem (entalhe). c) O plano da superfície de propagação da trinca de fadiga não pode exceder um ângulo de 10° do plano do entalhe. d) A frente da trinca de fadiga não pode ser multi-planar ou ramificada.

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Etapa 6 – Relatório a) O relatório deve conter os seguintes dados segundo a norma ASTM E1290: I. A configuração do Corpo de Prova II. O plano de orientação da trinca de acordo com a terminologia da norma ASTM E1823 III. Temperatura de teste IV. A taxa de deslocamento utilizada no ensaio, que pode ser dada em mm/min. V. O tempo de ensaio para se chegar a carga Pm. VI. Tensão limite de escoamento e de resistência a temperatura ambiente. VII. Tensão limite de escoamento e de resistência a temperatura de ensaio. VIII. CTOD, δc, δu ou δeot em mm, o mais apropriado, com a acerácea de duas figuras diferentes IX. Espessura (B) em mm do . X. Largura (W) em mm do . XI. Espaçamento entre pinos de fixação (S) para os s SE(B) e A(B). XII. Tamanho de ligação inicial (b0) do não trincado. Onde, b0 = W - a0 XIII. Distancia de afastamento do cilp gage (z, em mm) da superfície para SE(B) e da linha de carregamento para C(T). XIV. Tamanho de trinca inicial (a0, em mm) e, se aplicável tamanho físico da trinca ∆ap = ap- a0 XV. Registro da carga XVI. Os deslocamentos registrados pelo clip gage, plástico (Vp) e elástico (Vc e Vu), todos em mm. XVII. Parâmetros de pré-trincamento e observações. XVIII. Faixa do fator de intensidade de tensões (∆K em MPa*m¹/²), para a parte final do pré-trincamento. XIX. Temperatura do durante o pré-trincamento (°C). XX. A razão das forças aplicadas no pré-trincamento (R = Pmin / Pmax). XXI. Detalhes de qualquer pop-in que venha a ser ignorado de acordo com o procedimento 9.1.4.

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