Breuktaaiheidstest volgens ASTM E399/ISO 12135: Hoe kosten en complexiteit te reduceren
Twee types tests - een systeem: De slimste weg naar bepaling van KIC
Als het gaat over veiligheid van materialen, is het niet langer voldoende om de maximale treksterkte te kennen. Waar het echt om gaat: Hoe reageert een materiaal wanneer het blootgesteld wordt aan defecten zoals kleine scheurtjes onder invloed van productie of mechanische belasting? Dit is het speelveld van de breukmechanica. Een van de belangrijkste normen op dit gebied is ASTM E399, die de kritische spanningsintensiteitsfactor KIC definieert.
Deze waarde beschrijft hoe veel weerstand een materiaal met een scheurtje biedt tegen onstabiele scheurgroei, met andere woorden hoe hoog de intensiteit van het spanningsveld bij de tip van de scheur mag worden vooraleer het materiaal faalt. Deze waarde is cruciaal, vooral bij veiligheidskritische toepassingen zoals lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie of energietechnologie.
Wat wordt juist getest volgens ASTM E399?
ASTM E399 beschrijft de testvoorwaarden voor het bepalen van de breuktaaiheidswaarde KIC met lineair-elastische condities. Wat maakt dit uniek: Er wordt gebruik gemaakt van genormeerde samples - gewoonlijk CT (Compact Tension) of SEB (Single Edge Bend) samples - met een vooraf gedefinieerde scheur. Deze worden tot breuk gebracht onder quasi-statische belasting, waarbij de spanningsintensiteit bij de scheur wordt geëvalueerd.
De voorwaarden voor geldige resultaten zijn:
- Een lineair-elastisch materiaalgedrag
- Een “natuurlijke” scheur met bepaalde eigenschappen (bv. scherp met een bepaalde scheurlengte en gedefinieerd voorafgaand spanningsveld)
- Een precies gecontroleerde testprocedure
- Een zorgvuldige evaluatie conform aan de specificaties van de norm
Hier wordt het duidelijk: ASTM E399 is een alles behalve eenvoudige standaardtest. De eisen aan de machine, software en gebruiker zijn hoog - en de benodigde tijd voor vele samples kan oplopen.
De vibrophore: efficiënt en precies
ZwickRoell heeft een oplossing in het gamma met de vibrophore, oorspronkelijk ontwikkeld voor vermoeiingstests (bv. S-N curves volgens DIN 50100), maar met een bijkomend slim voordeel: Door de resonator mechanisch te blokkeren, kan de vibrophore ook gebruikt worden voor quasi-statische tests - ideaal voor ASTM E399.
Het voordeel spreekt voor zich:
- Twee testmethoden, een systeem: Vermoeiingstests en breuktaaiheidstests in een enkele machine
- Energie-efficiënt: In resonantiemodus verbruikt de vibrophore slechts ongeveer 2% van de energie van een vergelijkbare servohydraulische machine
- Onderhoudsarm: Geen hydraulisch systeem, geen olie, geen koeler
- Stil en schoon: Ideaal voor laboratoriumomgevingen zonder storend geluid of olienevel
- Automatische evaluatie: Met de testXpert testsoftware kunnen resultaten conform aan ASTM E399 rechtstreeks gedocumenteerd en gearchiveerd worden
Een voorbeeld uit het veld
In vele testlaboratoria - bijvoorbeeld in metaalbewerking of bij luchtvaarttoeleveranciers - worden zowel vermoeiingstests als breukmechanische tests regelmatig uitgevoerd. In plaats van twee systemen te onderhouden, kan de vibrophore dienen als multi-getalenteerde oplossing: Overdag lopen quasi-statische KIC tests volgens ASTM E399 en ‘s nachts gebeuren S-N curves. De omschakeling tussen de bedrijfsmodi gebeurt zonder gereedschap - efficiënter kan niet.
Vooral bij hoge hoeveelheden of krappe schema’s heeft deze flexibiliteit een positief effect op het gebruik en de bedrijfskosten. Er is ook minder nood aan opleiding, aangezien het testpersoneel zich slechts met een toestel vertrouwd hoeft te maken.
Zorgvuldig ontworpen. Economisch intelligent.
De vibrophore scoort bijzonder goed op vlak van totale bedrijfskost. Conventionele servohydraulische systemen zijn niet enkel duur in gebruik, maar vereisen ook regelmatig onderhoud (bv. oliewissel, filters, ventielen) en complexe koeling. De vibrophore daarentegen is:
- Onderhoudsarm (zo goed als geen mechanisch belaste onderdelen)
- Plaatsbesparend (geen bijkomende aggregaten)
- En kostenefficiënt op lange termijn
Conclusie: ASTM E399 met de vibrophore - slimmer getest
Breuktaaiheid is uitdagend - technisch norm normatief en organisatorisch. Als u efficiënt wil werken en klaar wil zijn voor de toekomst, kan u niet naast de vibrophore. De mogelijkheid om zowel dynamische als quasi-statische tests uit te voeren op een enkele machine reduceert investerings- en bedrijfskosten, met maximale flexibiliteit in het testlaboratorium.
Met ZwickRoell en de vibrophore bent u optimaal uitgerust voor alle breukmechanische uitdagingen - van ASTM E399 en ISO 12106 tot vermoeiingstests.
