Zkoušky lomové houževnatosti podle ASTM E399/ISO 12135: Jak snížit náklady a zefektivnit zkoušky
Dva druhy zkoušek – jeden systém: Nejefektivnější cesta k určení KIc
Pokud jde o spolehlivost materiálu, nestačí již znát pouze maximální pevnost v tahu. Důležitější je především odpověď na otázku: Jak bude materiál reagovat, když obsahuje vady, například malé trhliny vzniklé při výrobě nebo mechanickém namáhání? Právě zde přichází na řadu lomová mechanika. Jednou z nejdůležitějších norem v této oblasti je ASTM E399, která se zabývá tzv. kritickým součinitel intenzity napětí KIc.
Tato hodnota udává, jak odolný je materiál postižený trhlinou vůči nestabilnímu šíření trhliny – tedy jak vysoká může být intenzita napěťového pole v blízkosti hrotu trhliny, než dojde k jejímu náhlému selhání. Tento klíčový údaj je rozhodující zejména v aplikacích kritických z hlediska bezpečnosti, jako jsou letecký průmysl, automobilový průmysl nebo energetika.
Jaké zkoušky se provádí podle normy ASTM E399?
Norma ASTM E399 definuje zkušební podmínky pro stanovení lomové houževnatosti KIc za lineárně elastických podmínek. Co činí tuto normu jedinečnou? Standardizované vzorky – obvykle CT (Compact Tension) nebo SEB (Single Edge Bend) – obsahují předem definované trhliny. Tyto vzorky jsou podrobeny kvazistatickému zatížení, při kterém se vyhodnocuje intenzita napětí v trhlině.
Předpoklady pro platné výsledky jsou:
- Lineárně elastické chování materiálu
- „Přirozená“ trhlina s definovanými vlastnostmi (ostrý tvar, specifická délka trhliny a předcházející napěťové pole)
- Přesně řízený zkušební postup
- Pečlivé vyhodnocení v souladu s normou
Právě zde je patrné, že zkouška ASTM E399 nepatří mezi jednoduché standardní zkoušky. Požadavky na zkušební zařízení, software i obsluhující osoby jsou vysoké. Navíc čas potřebný pro vyhodnocení mnoha vzorků může být značný.
Vibrophore: efektivita a přesnost
Společnost ZwickRoell nabízí zkušební stroj Vibrophore, který byl původně vyvinut pro zkoušky únavy materiálu (např. S-N křivky podle normy DIN 50100). Přístroj však přináší i další výhody pro jiné oblasti použití: Mechanickým zablokováním rezonátoru lze Vibrophore použít také pro kvazistatické zkoušky, například podle ASTM E399.
Hlavní výhoda, která mluví za vše:
- Dvě zkušební metody ale jeden zkušební systém: Zkoušky únavy i zkoušky lomové houževnatosti lze provádět na jednom jediném stroji
- Energetická účinnost: V rezonančním režimu spotřebuje Vibrophore pouze přibližně 2 % energie oproti srovnatelnému servohydraulickému stroji
- Nízké nároky na údržbu: Bez hydraulického systému, oleje a chladicí jednotky
- Tichý a čistý provoz: Ideální pro laboratorní prostředí bez rušivých zvuků či olejové mlhy
- Automatizované vyhodnocení: Ve zkušebním softwaru testXpert lze výsledky přímo dokumentovat a archivovat v souladu s normou ASTM E399
Příklad z praxe:
V mnoha zkušebních laboratořích – například v kovozpracujících podnicích nebo u dodavatelů leteckého průmyslu – se zkoušky únavy materiálu i lomové mechaniky provádějí pravidelně. Místo dvou samostatných systémů lze použít jediný stroj – Vibrophore jako univerzální řešení: Během dne lze provádět kvazistatické zkoušky KIc podle normy ASTM E399, zatímco v noci zkoušky S-N křivek. Přepínání mezi provozními režimy probíhá bez výměny zkušebních přípravků, což výrazně zvyšuje efektivitu.
Flexibilita ve využití zkušebního zařízení přináší výhody zejména při velkých objemech zkoušek nebo při omezeném čase na realizaci testů, což v důsledku snižuje náklady. Zaškolení obsluhujících osob je také jednodušší, jelikož se operátoři naučí ovládat pouze jeden systém.
Promyšlený design. Ekonomicky efektivní.
Z hlediska celkových provozních nákladů dosahuje Vibrophore vynikajících výsledků. Zatímco konvenční servohydraulické systémy jsou nejen drahé na provoz, ale vyžadují také pravidelnou údržbu (např. výměnu oleje, filtrů a ventilů) a složitý chladicí systém, nabízí Vibrophore následující výhody:
- Nízké nároky na údržbu (neobsahuje téměř žádné mechanicky namáhané součásti)
- Úspora místa (žádné další napájecí zdroje)
- Dlouhodobá nákladová efektivita
Závěr: Efektivnější zkoušky na Vibrophore podle ASTM E399
Zkoušky lomové mechaniky jsou náročné – z technického, normativního i organizačního hlediska. Pokud chcete pracovat efektivně i s výhledem do budoucna, není dobré stroj Vibrophore přehlížet. Možnost provádět dynamické i kvazistatické zkoušky na jednom stroji snižuje investiční i provozní náklady a zároveň zvyšuje flexibilitu testovací laboratoře.
Vibrophore od Zwickroell poskytuje optimální vybavení pro všechny výzvy v oblasti lomové mechaniky – pro zkoušky podle ASTM E399 nebo ISO 12106 či únavové testování.
