Ga naar de inhoud van de pagina

Low cycle fatigue (LCF) tests volgens ISO 12106 / ASTM E606

Bepaling van de low cycle fatigue sterkte

Low cycle fatigue betekent breuk bij een laag aantal cycli.

De low cycle fatigue (LCF) test volgens ISO 12106 en ASTM E606 is een vermoeiingstest waarbij een cyclische belasting wordt toegepast tot breuk. De test wordt gewoonlijk uitgevoerd met een servohydraulische testmachine.

Materialen die onderworpen worden aan extreme thermische en mechanische belastingen kunnen enkel ontworpen worden binnen het gebied van low cycle fatigue, dus tot een maximum van 105 belastingswissels. Goede voorbeelden zijn turbinebladen en schijven voor gebruik in vliegtuigmotoren of statische turbines voor elektriciteitsproductie. Daarnaast wordt de LCF test gebruikt voor turboladers, uitlaatspruitstukken en andere gelijkaardige componenten. Bij deze componenten leiden kerven in het ontwerp (bv. verbindingen tussen schoepen en assen) tot rekgebaseerde plastische cyclische vervorming, en vroeg of laat tot scheuren. Tijdens een low cycle fatigue (LCF) test worden deze belastingen gesimuleerd op een sample en wordt het aantal cycli tot scheurvorming bepaald. De test wordt normaal gezien uitgevoerd bij hoge temperaturen. De testfrequentie ligt gewoonlijk tussen 0,01 en 5 Hz.

Hiervoor zijn vooral de testmachine en de sturing belangrijk. Tijdens de transitie van elastische naar plastische vervorming verandert de stijfheid van het sample aanzienlijk, waardoor de sturing zeer snel moet reageren om bijvoorbeeld een constante rekverhoging te garanderen. Een zeer hoge stijfheid van de testmachine speelt hierbij een belangrijke rol.

Relevante normen

  • ISO 12106 Metaal – Vermoeiingstests – Axiale rekgestuurde methode
  • ASTM E606 Standaard testmethode voor rekgestuurde vermoeiingstests 
  • BS 7270 Metaal – Rekgestuurde vermoeiingstests met constante amplitude

Belasting tijdens een low cycle fatigue test

De belasting bij een low cycle fatigue test bevat een elastisch rekgedeelte Ɛa,e en een plastisch gedeelte Ɛa,p: Ɛa,t = Ɛa,e + Ɛa,p

Terwijl in het elastisch gebied een lineaire relatie bestaat tussen spanning en rek (de wet van Hooke), is deze relatie niet-lineair in het plastisch gebied. Dit resulteert in een hystereselus.

Low cycle fatigue tests volgens ISO 12106 / ASTM E606 verlopen met een constante amplitude. Daarnaast kunnen wachttijden gebruikt worden om het kruip/relaxatieproces te onderzoeken. Als instelwaarde wordt een driehoekige golf gebruikt, of een trapezoïdale golf voor wachttijden.

Als specifieke bedrijfsbelastingen gesimuleerd moeten worden, zijn ook andere rek-tijd sequenties mogelijk. Low cycle fatigue tests worden ook uitgevoerd met een gesuperponeerde oscillatie met hogere frequentie.

De testfrequentie is gewoonlijk lager dan / gelijk aan 1 Hz, alhoewel deze grens continu verlegd wordt zodat LCF tests ook tot 10 Hz uitgevoerd worden.

Deze LCF tests verlopen rekgestuurd. Slechts in speciale gevallen is er een overschakeling naar krachtsturing in het gestabiliseerde hysteresegebied of bij de wachttijden om kruipgedrag te onderzoeken. Voor het karakteriseren van materialen worden de tests gewoonlijk uitgevoerd met een RƐ ratio van -1.

Low cycle fatigue testprocedure

Nadat het sample voorzichtig geplaatst is, wordt het opgewarmd tot de testtemperatuur. Hierbij wordt de machine op kracht gestuurd met een instelwaarde van 0 kN. Zodra de gewenste temperatuur is bereikt, wordt de extensometer aangebracht. Als de extensometer al geplaatst wordt tijdens het opwarmproces, moet rekening gehouden worden met een verandering in L0. Vervolgens wordt de reksturing geactiveerd en wordt de test gestart.

De cycli aan het begin van de test zijn van bijzonder belang aangezien materialen hier soms afwijkend gedrag vertonen.

Na een aantal cycli wordt normaal gezien een stabiele hysterese bereikt. Er bestaan vele materialen die noch versteviging noch verzwakking vertonen

Cyclische versteviging

Sommige materialen ondervinden een verstevigingsproces tijdens de initiële cycli, dus verhoogt de rek van cyclus tot cyclus om de doelkracht te bereiken.

Cyclische verzwakking

Andere materialen vertonen exact het tegenovergestelde gedrag; ze worden zachter zodat de nodige kracht verlaagt.

Einde van de test

Het einde van de test wordt bij low cycle fatigue gewoonlijk gedefinieerd als een percentage krachtvermindering in de regressiecurve van de gestabiliseerde hysterese.

Omwille van dit materiaalgedrag is het belangrijk elke hystereselus aan het begin van de test te registreren. In het gestabiliseerd gebied is het immers moeilijk om bijvoorbeeld elk honderdste of duizendste te registreren. Vaak wordt een logaritmisch interval gekozen en wordt een procentuele krachtverandering als voorwaarde voor het registreren van een lus gedefinieerd. Aan het einde van de test moet weer elke cyclus geregistreerd worden.

Passende producten voor low cycle fatigue tests volgens ISO 12106 / ASTM E606

Top