Resumo BS 7448 Parte 1 CTOD

Avaliação experimental do CTOD Resumo da norma BS 7448 Parte 1 (1991) Prof. Enrique M. Castrodeza Laboratório de Mecânica da Fratura Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais COPPE - Universidade Federal do Rio de Janeiro CP 68505, CEP 21941-972, Rio de Janeiro, RJ

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COT 744 Fratura dos Materiais

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Introdução A British Standards Institution normaliza os testes de mecânica da fratura de materiais metálicos mediante a norma BS 7448, que contêm quatro partes. • Parte 1: metodologia para a determinação de KIC, CTOD crítico e J crítico de materiais metálicos em condições de carregamento monotônico, quase-estático e sob controle de deslocamento. • Parte 2: metodologia para a avaliação dos mesmos parâmetros de tenacidade em juntas soldadas de materiais metálicos, nas mesmas condições que a Parte 1. • Parte 3: metodologia para determinação da tenacidade à fratura dinâmica. • Parte 4: metodologia normalizada para a avaliação de curvas de resistência ao crescimento de trincas em materiais metálicos (curvas R).

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BS 7448 Parte 1 (1991) O documento BS 7448 : Parte 1 : 1991, “Fracture mechanics toughness tests. Method for determination of KIC critical CTOD and critical J values of metallic materials”, está dividido nos seguintes tópicos: 1. Escopo 2. Definições 3. Símbolos e designações 4. Principio 5. Corpos de prova 6. Preparação dos corpos de prova e pré-trincamento por fadiga 7. Equipamento laboratorial 8. Procedimento de teste 9. Analise dos resultados 10. Validação dos resultados 11. Relatório

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1. Escopo • Esta parte da norma BS 7448 especifica a metodologia para a determinação de KIC, CTOD crítico e J crítico de materiais metálicos em modo I de fratura. • O método utiliza corpos de prova compactos de tração (C(T)) e de flexão em três pontos (SE(B)) pré-trincados por fadiga. • Os testes são realizados em condições de carregamento monotônico sob controle de deslocamento, a uma velocidade tal que a taxa de crescimento do fator de intensidade de tensões na ponta da trinca esteja entre 0,5 e 3,0 MPa.m1/2.s-1 durante a deformação elástica linear inicial. • Os corpos de prova são carregados até a fratura frágil ou até a carga máxima, associada ao colapso plástico. • O método é especialmente apropriado para materiais que apresentam transição dúctilfrágil com a diminuição da temperatura.

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2. Definições Tenacidade à fratura em estado plano de deformações KIC Medida da resistência ao crescimento de trinca quando o campo de tensões na região da ponta da trinca está predominantemente em estado plano de deformações, a deformação plástica é limitada e é aplicada uma carga monotônica em modo I de fratura. CTOD crítico Valor do CTOD associado com algum tipo particular de crescimento de trinca. O ponto específico para o cálculo deste parâmetro é definido por algum evento específico no registro carga vs. deslocamento obtido durante o teste. Crescimento frágil (instável) de trinca Crescimento abrupto da trinca. Pode ocorrer com ou sem crescimento estável anterior.

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Crescimento estável de trinca Crescimento estável e lento de trinca. Pop-in Descontinuidade (instabilidade) no registro carga vs. deslocamento. Corresponde a um incremento rápido no deslocamento, geralmente associado a uma queda rápida na força aplicada. Nota: embora a norma permita o cálculo de valores críticos de J, é altamente incomum utilizar a metodologia da BS para a obtenção deste parâmetro. A metodologia tradicionalmente utilizada para a avaliação da tenacidade à fratura utilizando a Integral J é a definida pela norma ASTM E1820.

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3. Símbolos e designações As principais variáveis são definidas a seguir. Uma lista mais completa pode ser vista na própria norma. a comprimento nominal de trinca. a0 comprimento inicial médio de trinca. B espessura do CP. C largura total dos CPs CT. E módulo de elasticidade do material. F força aplicada (ou carga aplicada segundo ASTM). Fd valor particular de F para o cálculo de K (figura 15). Fc força aplicada no início do crescimento frágil de trinca ou pop-in para Δa < 0,2 mm. Ff força máxima de pré-trincamento. Fm força aplicada no inicio do platô de força máxima. Fmax força máxima na determinação de KIC (figura 15). FQ valor particular de força (figura 15). Fu força aplicada correspondente ao início do crescimento frágil de trinca ou pop-in para Δa ≥ 0,2 mm. PEMM/COPPE/UFRJ


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K

fator de intensidade de tensões.

K!

taxa de crescimento de K no tempo. KIC tenacidade à fratura em estado plano de deformações. Kf máximo fator de intensidade de tensões aplicado durante o pré-trincamento. KQ valor candidato a KIC (provisório). R razão de forças de fadiga (força mínima à força máxima). S distância entre apoios (CPs SE(B)). T temperatura de teste. V deslocamento na boca do entalhe. Vp componente plástica de V correspondente a Fc, Fu ou Fm. W largura do corpo de prova. z altura das facas porta-clip. δ abertura da ponta da trinca (CTOD). δc CTOD crítico no início do crescimento frágil de trinca ou pop-in para Δa < 0,2 mm. δu CTOD crítico no início do crescimento frágil de trinca ou pop-in para Δa ≥ 0,2 mm. δm CTOD no início do platô de força máxima. PEMM/COPPE/UFRJ


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Δa crescimento estável médio de trinca. σTSP limite de resistência à tração na temperatura de pré-trincamento. σYS limite de escoamento 0,2% na temperatura de teste. σYSP limite de escoamento 0,2% na temperatura de pré-trincamento. υ módulo de Poisson.

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4. Principio Um corpo de prova C(T) ou SE(B) entalhado é pré-trincado por fadiga aplicando uma força variável dentro de certos limites controlados. Depois disso o corpo de prova é submetido a um carregamento monotônico crescente até o ponto onde ocorre crescimento frágil da trinca ou é atingida a carga máxima. Durante o teste a carga (força) aplicada é registrada em função do deslocamento. A partir deste registro pode-se definir um ponto específico, de acordo com alguns critérios. O ponto específico é analisado e, se atingir os critérios de qualificação, o ponto é utilizado para determinar KIC (tenacidade à fratura em estado plano de deformações). Se os critérios de qualificação para o cálculo de KIC não são atingidos, o mesmo ponto é utilizado para determinar um valor de CTOD crítico. 5. Corpos de prova 5.1.1. Os corpos de prova podem ser das seguintes geometrias: a) SE(B) (flexão em três pontos) de seção retangular (figura 2). b) SE(B) (flexão em três pontos) de seção quadrada (figura 3). c) C(T) (compacto de tração) com entalhe reto (figura 4). d) C(T) com entalhe em degraus (stepped notch compact) (figura 5). PEMM/COPPE/UFRJ


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Figura 2 – Corpo de prova SE(B) com ligamento B × 2B.

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Figura 3 – Corpo de prova SE(B) com ligamento quadrado (B × B).

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Figura 4 PEMM/COPPE/UFRJ


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5.1.2. Os corpos de prova devem ter a espessura B igual à espessura total do material a ser testado (por exemplo, à própria espessura da parede do tubo). Corpos de prova com espessuras menores que a espessura total do material (sub-size ou com entalhes laterais) podem ser utilizados de acordo com uma ou mais das seguintes circunstancias, desde que sua utilização seja reportada: a) Quando esteja provado que o valor da tenacidade independe da espessura para a combinação de geometria e espessura considerada. b) Quando há uma relação conhecida entre espessura do corpo de prova e tenacidade para os corpos de prova sub-size testados. c) Quando não há valor especificado da espessura do material. Neste caso a espessura do corpo de prova deve ser tão grande quanto possível. Nota: corpos de prova sub-size ou com entalhes laterais podem fornecer valores de tenacidade diferentes daqueles obtidos de corpos de prova de espessura total, por isso devem ser utilizados com precaução.

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5.1.3. Entalhes O entalhe nos corpos de prova é geralmente feito por corte com fresa serra, por eletroerosão ou com disco abrasivo. O perfil do entalhe deve estar dentro do “envelope” definido na Figura 6.



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Caso a iniciação ou propagação da trinca por fadiga seja difícil de controlar, pode ser utilizado um entalhe do tipo chevron, como mostrado na Figura 7. Neste caso o raio de raiz do entalhe não deve superar 0,25 mm.



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5.2. Escolha da geometria do corpo de prova Todos as geometrias apresentadas são válidas para a medição de KIC e CTOD. Assim, para medir CTOD o mais importante na escolha do tipo de corpo de prova é a orientação do plano da trinca (ponto 6.2). 5.3. Dimensões dos corpos de prova para a determinação de um valor de KIC válido A medição de um valor de KIC válido depende da forma do registro carga vs. deslocamento, do tamanho do corpo de prova, da tensão limite de escoamento (σYS) na temperatura de teste e da tenacidade do material. O tamanho mínimo para a determinação de um valor válido de KIC está definido pela relação: ⎛K a; B; (W − a) > 2,5⎜⎜ Ic ⎝ σ YS

⎞ ⎟⎟ ⎠

2

Nota: a norma BS 7448 fornece uma tabela das medidas mínimas que podem fornecer valores válidos em função da relação entre tensão limite de escoamento e módulo de elasticidade (tabela 1).

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6. Preparação dos corpos de prova e pré-trincamento por fadiga 6.1. Condição do material Todos os corpos de prova devem ser testados nas condições de tratamento térmico, de deformação plástica e condicionamento ambiental final. Os corpos de prova devem ser usinados já neste estado. Caso o material no estado final seja difícil de usinar, a usinagem pode ser feita antes do tratamento térmico final, desde que todas as especificações e tolerâncias geométricas e de rugosidade sejam atingidas. Neste caso, todos os efeitos do tamanho do corpo de prova sobre certos tratamentos térmicos (por exemplo, têmpera), devem ser conhecidos.

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6.2. Orientação do plano da trinca A orientação do plano da trinca deve ser decidida antes da usinagem, identificada de acordo com o sistema de coordenadas do apêndice B e registrada (Figura 18).



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6.4. Pré-trincamento por fadiga 6.4.1. O pré-trincamento por fadiga deve ser realizado à temperatura ambiente, com o material no estado termo-mecânico final, a menos que queira ser simulado alguma condição particular para alguma aplicação estrutural específica. Neste caso o prétrincamento pode ser realizado em outras temperaturas e estão permitidos tratamentos termo-mecânicos intermediários entre o pré-trincamento e o teste. 6.4.5. Para corpos de prova SE(B) a força máxima de pré-trincamento durante os últimos 1,3 mm ou 50% da extensão da pré-trinca (o que seja menor) deve ser menor que: B(W − a ) (σ YSP + σ TSP ) F = a) f ; 4S 2

ΔK b) uma força correspondente a E = 3,2 × 10-4 m0,5;

c)

Ff =

K f BW 1,5

⎛ σ YSP ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ K Q . K = 0 , 6 ⎛ a ⎞ , com f σ S. f ⎜ ⎟ ⎝ YS ⎠ ⎝W ⎠

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6.4.6. Para corpos de prova C(T) a força máxima de pré-trincamento durante os últimos 1,3 mm ou 50% da extensão da pré-trinca (o que seja menor) deve ser menor que: 0,2 B(W − a ) (σ YSP + σ TSP ) F = d) f ; (2W + a ) 2

ΔK e) uma força correspondente a E = 3,2 × 10-4 m0,5; KfB W ⎛ σ YSP ⎞ Ff = ⎜⎜ ⎟⎟ K Q . K = 0 , 6 ⎛ a ⎞ , com f f) f '⎜ ⎟ ⎝ σ YS ⎠ ⎝W ⎠

7. Equipamento laboratorial 7.2. Aplicação da força A máquina de ensaios deve ser capaz de aplicar uma força em uma taxa o suficientemente alta para atingir as taxas de mudança de K no tempo especificadas no ponto 8.5. PEMM/COPPE/UFRJ


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7.3. Dispositivos para medição de deslocamento 7.3.1. O projeto do clip-gauge, das facas porta-clip e do corpo de prova deve permitir que o instrumento rotacione livremente nos pontos de contato entre o clip e as facas. A resposta do instrumento deve ser tal que não exista desvio maior a ± 0,003 mm para deslocamentos de até 0,3 mm, e não mais de ± 1% para deslocamentos maiores. 7.5. Dispositivos de ensaio 7.5.1. Os corpos de prova de flexão em três pontos devem ser testados em compressão, utilizando um dispositivo projetado para diminuir ao mínimo o atrito nos pontos de carregamento. Isto pode ser conseguido permitindo a rotação e o afastamento dos roletes ao longo do teste. O diâmetro dos roletes deve estar entre W e W/2. Um projeto que tem demonstrado ser apropriado é mostrado na figura 10.

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Nota: roletes fixos devem ser evitados, mais ainda se durante os testes é utilizado o método das descargas parciais para a determinação do crescimento estável de trinca pois este tipo de apoio produz histereses nos ciclos de descarga/recarga. 7.5.2. Os corpos de prova C(T) devem ser testados em tração, utilizando um arranjo de “clevis” e pinos projetado para minimizar o atrito. O dispositivo deve permitir o alinhamento na medida em que o corpo de prova é carregado. Desenhos de clevis apropriados são mostrados nas figuras 11 e 12.

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8. Procedimentos de teste 8.2. Testes de flexão em três pontos Posicionar o dispositivo de forma tal que a força aplicada esteja centralizada em relação aos centros dos roletes com uma precisão de ± 1% da distância entre os centros. A distancia entre apoios S deve ser ajustada para 4W ± 0,2W e registrada com precisão de ± 0,5%. Posicionar o corpo de prova com a ponta da trinca alinhada com a metade da distância entre os centros dos roletes, com precisão de ± 1% S e em esquadro em relação aos roletes dentro de ± 2º. Posicionar o clip-gauge nas facas porta-clip. 8.3. Testes compactos de tração Pela forma dos dispositivos experimentais (clevis) o posicionamento dos corpos de prova compactos de tração é muito mais simples. Cuidado deve ser tomado durante o posicionamento do clip-gauge.

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8.4. Temperatura do corpo de prova durante o teste A temperatura deve ser controlada e registrada com uma precisão de ± 2ºC. Deve ser colocado um termopar ou um termômetro de resistência de platina em contato com a superfície do corpo de prova a uma distância menor que 2 mm da ponta da trinca, ou em contato com as superfícies do entalhe usinado, no centro do corpo de prova. Os testes devem ser realizados in-situ utilizando um médio apropriado em alta ou baixa temperatura. Antes do teste em médio líquido, o corpo de prova deve ser estabilizado durante 30 segundos para cada mm de espessura, contados a partir da superfície ter atingido a temperatura de teste. Em médios gasosos a estabilização do corpo de prova deve ser feita aguardando 1 minuto por mm de espessura. Se o corpo de prova é transferido de um médio a outro (por exemplo, do freezer para o banho líquido) e ambos os médios estão na mesma temperatura, o corpo de prova deve ser mantido no novo médio por um período igual ao período de transferência depois da temperatura de teste ser novamente atingida. Nota: a mudança de temperatura durante a transferência não deve ultrapassar 2 ºC.

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8.5. Testes Os testes devem ser realizados sob controle de deslocamento, a uma taxa tal que seja atingido um K! constante entre 0,5 e 3,0 MPa.m0,5s-1 durante a deformação elástica linear inicial. O valor atingido deve ser registrado. 8.6. Registros Deve ser obtido um registro da saída do instrumento para a medição de carga versus a saída do instrumento para a medição de deslocamento na boca do entalhe (V). O teste deve ser continuado até que o corpo de prova não consiga resistir um aumento na força aplicada. Registros típicos podem ser vistos na figura 13.

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8.7. Medições do comprimento da trinca após o ensaio 8.7.1. Informação geral Depois do teste de fratura ser completado, as superfícies de fratura devem ser examinadas e medidas com o intuito de determinar o tamanho médio de trinca inicial (a0) e, se houver, o incremento no comprimento da trinca devido a crescimento estável (Δa). Estas medidas devem ser realizadas de acordo com os pontos 8.7.2 e 8.7.3, respectivamente. Nota: quando o teste é finalizado, em geral é necessário fraturar completamente o corpo de prova, obtendo duas metades. Antes da fratura final pós-teste é necessário marcar o crescimento estável de trinca, se houver. Isto pode ser realizado por tingimento térmico (heat-tinting) ou aplicando alguns ciclos de fadiga. Este processo deve ser realizado com cuidado, minimizando qualquer deformação adicional no corpo de prova. Geralmente a fratura final é feita na mesma maquina de teste e dispositivos utilizados, depois de resfriar o corpo de prova em nitrogênio líquido.

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8.7.2. Tamanho inicial de trinca A medição do tamanho de trinca (a) até a ponta da pré-trinca deve ser realizada com uma precisão de ± 0,25% a ou ± 0,05 mm (o que seja maior). As medidas devem ser realizadas em nove posições igualmente espaçadas ao longo da espessura, sendo que as duas medições extremas devem esta localizadas a 1% B das superfícies laterais. O tamanho de trinca inicial a0 deve ser obtido mediante o seguinte procedimento: primeiro fazer uma media das duas medições extremas, utilizando este valor como sendo uma única medição para obter uma media junto com as outras 7 medições internas. Este procedimento pode ser descrito pela seguinte equação: ⎛ a1 + a9 ⎞ i =8 ⎜ ⎟ + ∑ ai 2 ⎠ i =2 a0 = ⎝ 8 PEMM/COPPE/UFRJ


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Para o teste ser valido o tamanho inicial de trinca deve atingir os seguintes requerimentos: a) A relação a/W deve estar entre 0,45 e 0,55. b) A diferença entre dois quaisquer dos nove comprimentos de trinca medidos não deve exceder 10% a0. c) O crescimento da pré-trinca em qualquer parte da frente de trinca não pode ser menor que 1,3 mm ou 2,5% W (o que seja maior). d) A pré-trinca de fadiga deve estar posicionada dentro do envelope apropriado (figura 6). e) O plano da pré-trinca não deve estar desviado do plano do entalhe em mais de 10º. O valor de a0 deve ser registrado e será utilizado no calculo de KIC e CTOD. Nota: caso não haja evidencia de crescimento estável de trinca, as 9 medições podem ser substituídas por 5 medições igualmente espaçadas, se houver acordo entre as partes envolvidas.

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8.7.3. Crescimento estável de trinca 8.7.3.1. Se o corpo de prova falha por fratura frágil antes de atingir o platô de carga máxima (registro do tipo 4 na figura 13) as superfícies de fratura devem ser examinadas na procura de evidencias de crescimento estável de trinca, na região entre a pré-trinca por fadiga e o começo do crescimento frágil (instável) de trinca. 8.7.3.2. Se houver evidencia de crescimento estável de trinca, a mesma deve ser medida de forma análoga à medição do comprimento inicial de trinca (9 medidas eqüidistantes ao longo da espessura, etc.). 8.7.3.4. A forma da pré-trinca por fadiga e qualquer evidencia de crescimento estável ou crescimento instável imobilizado antes de atingir o platô de carga máxima deve ser registrado em um diagrama da superfície de fratura. O diagrama também deve registrar qualquer característica pouco usual da superfície de fratura, tal como separações (splitouts) em planos perpendiculares às superfícies de fratura.

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9. Analise dos resultados 9.1. Informação geral A determinação de KIC ou CTOD é feita a partir dos dados geométricos do corpo de prova (B, W, C - W), do comprimento inicial da trinca a0, da altura das facas porta-clip z (quando aplicável), da tensão limite de escoamento na temperatura de teste (σYS) e de dados específicos obtidos do registro carga versus deslocamento. Os registros de força versus deslocamento usualmente tem a aparência de um dos seis tipos diferentes apresentados na figura 13.

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Figura 13

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Registros do tipo 1, 2 e 3 estão geralmente associados a resultados válidos de KIC, já que apresentam fratura perto da região elástica do gráfico. Valores maiores de tenacidade (CTOD) em geral estão associados a registros do tipo 4, 5 e 6.

35000

35000

28000

28000

21000

21000

Load [N]

Load [N]

Exemplos de registros experimentais

14000

7000

14000

7000

SE(B) 1014 T 10

SE(B) 1014 LT 01

0

0

0

1

2

3

4

5

6

0

CMOD [mm]

1

2

3

4

5

6

CMOD [mm]

Pop-ins (figura 14) com quedas de força (y) e incrementos de deslocamento (x) menores que 1% devem ser ignorados. PEMM/COPPE/UFRJ


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Figura 14

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Qualquer outro pop-in deve ser considerado significativo e deve ser avaliado de acordo com um dois dos procedimentos a seguir: a) O procedimento dado em 9.2 para determinação de KIC, b) A seguinte equação para quedas de força a deslocamento constante, e os procedimentos para o cálculo de CTOD. ⎡ D d n % F1 = 100⎢1 − 1 ⎣⎢ F1

⎛ Fn − y n ⎜⎜ ⎝ Dn + x n

⎞⎤ ⎟⎟⎥% ⎠⎦⎥

9.2. Determinação de KIC 9.2.1. Informação geral Uma vez realizado o testes e interpretados os resultados, é calculado um valor KQ. Depois disso é avaliado se as dimensões do corpo de prova utilizado para obter KQ satisfazem os requerimentos de tamanho mínimo. Caso estes requerimentos sejam satisfeitos, KQ é KIC. PEMM/COPPE/UFRJ


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9.2.2. Interpretação dos registros força versus deslocamento. Como mostrado na figura 15, desenhar a reta OFd passando pela origem de coordenadas, com uma inclinação d%F menor que a inclinação da tangente OA na região linear inicial do registro. O valor de d%F deve ser 5% se for usado o registro força versus abertura da boca do entalhe (V).



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Como mostrado na figura 15, FQ é a maior força que precede a Fd nos registros do tipo I e II, ou a força que coincide com Fd para um registro do tipo III. Registrar a máxima força suportada pelo corpo de prova e calcular a relação Fmax/FQ. Se esta relação excede 1,10, é possível que KQ não tenha relação com KIC e o registro tem que ser interpretado no calculo de CTOD. Se a relação é menor a 1,10, calcular KQ de acordo com 9.2.3. 9.2.3. Cálculo de KQ 9.2.3.1. Calcular KQ a partir da força FQ e dos valores B, W e a0 anteriormente medidos ou determinados. 9.2.3.2. Para corpos de prova SE(B): KQ =

FQ S BW 1,5

⎛a f⎜ 0 ⎝W

⎞ ⎟, ⎠

onde PEMM/COPPE/UFRJ


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⎛a ⎞ f⎜ 0 ⎟= ⎝W ⎠

⎛a ⎞ 3⎜ 0 ⎟ ⎝W ⎠

0,5

2 ⎡ ⎛ a 0 ⎞⎛ a 0 ⎞⎛⎜ ⎛ a0 ⎞ ⎛ a 0 ⎞ ⎞⎟⎤ ⎢1,99 − ⎜ ⎟⎜1 − ⎟ 2,15 − 3,93⎜ ⎟ + 2,7⎜ ⎟ ⎥ ⎢⎣ ⎝ W ⎠⎝ W ⎠⎜⎝ ⎝W ⎠ ⎝ W ⎠ ⎟⎠⎥⎦

a ⎞⎛ a ⎞ ⎛ 2⎜1 + 2 0 ⎟⎜1 − 0 ⎟ W ⎠⎝ W ⎠ ⎝

1, 5

.

9.2.3.3. Para corpos de prova C(T): KQ =

FQ BW 0,5

⎛a ⎞ f '⎜ 0 ⎟ , ⎝W ⎠

onde ⎛a ⎞ f '⎜ 0 ⎟ = ⎝W ⎠

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2 3 4 a0 ⎞ ⎡ ⎛ ⎛ a0 ⎞ ⎛ a0 ⎞ ⎛ a0 ⎞ ⎛ a0 ⎞ ⎤ ⎜ 2 + ⎟ ⎢0,886 + 4,64⎜ ⎟ − 13,32⎜ ⎟ + 14,72⎜ ⎟ − 5,6⎜ ⎟ ⎥ W ⎠ ⎢⎣ ⎝ ⎝W ⎠ ⎝W ⎠ ⎝W ⎠ ⎝ W ⎠ ⎥⎦ 1, 5

⎛ a0 ⎞ ⎜1 − ⎟ ⎝ W⎠


.

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9.2.4. Cálculo de KIC Calcular o fator 2,5(KQ/σYS)2. Se a0, B e (W – a0) são maiores que este fator e os outros critérios de validação são satisfeitos, então KIC = KQ. Se os critérios de validação não são satisfeitos o teste é inválido e só deve ser reportado o valor de KQ. Neste último caso os dados devem ser reavaliados com o intuito de obter CTOD, caso seja possível. 9.3. Determinação de CTOD 9.3.1. Interpretação do registro força (F) versus abertura da boca do entalhe (V). 9.3.1.1. Determinação de Fc e Vc ou de Fu e Vu Registros tipo 1 a 5 da figura 13. De acordo com a quantidade de crescimento estável de trinca Δa, obter a partir do registro os valores críticos de Fc e Vc ou Fu e Vu nos pontos correspondentes a: a) fatura, quando não houver pop-in significativo antes da fratura frágil (registros 2 e 4), b) o primeiro pop-in significativo antes da fratura frágil ou da força máxima, desde que d%F seja igual ou maior a 5% (registros tipo 3 e 5), PEMM/COPPE/UFRJ


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c) fratura, se todos os pop-ins antes da fratura forneceram valores de d%F menores que 5%. 9.3.1.2. Determinação de Fm e Vm Registro tipo 6 da figura 13. Se não houve fratura frágil ou pop-ins significativos com valores d%F maiores ou iguais a 5%, medir o valor de força de deslocamento no ponto onde a força máxima é atingida pela primeira vez. 9.3.1.3. Determinação de Vp Vp é a componente plástica do deslocamento da boca do entalhe correspondente aos valores Vc, Vu ou Vm. Pode ser calculada como ilustrado na figura 16. Este valor pode ser obtido gráfica ou analiticamente.

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Figura 16

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9.3.2. Cálculo de CTOD Utilizando as dimensões B, W, (C – W), z e a0, as forças Fc, Fu ou Fm e o valor correspondente de Vp, calcular δc, δu ou δm usando Fc, Fu ou Fm, respectivamente, de acordo com as seguintes expressões: 9.3.2.2. Corpos de prova SE(B) Para corpos de prova SE(B) (vide figuras 2 e 3): ⎡ FS δ =⎢ 1, 5 ⎣ BW

(

)

2 0,4(W − a0 )V p ⎛ a0 ⎞ ⎤ 1 − υ f ⎜ ⎟⎥ + , ⎝ W ⎠⎦ 2σ YS E 0,4W + 0,6a0 + z 2

onde S = distância entre roletes e f(a/W) é a equação dada em 9.2.3.2.

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9.3.2.3. Corpos de prova C(T) com entalhe reto Para corpos de prova C(T) com entalhe reto (vide figura 4):

(

)

2 0,46(W − a0 )V p ⎡ F ⎛ a0 ⎞ ⎤ 1 − υ δ =⎢ f ' + ⎜ ⎟ ⎥ 0,5 , ⎝ W ⎠⎦ 2σ YS E 0,46W + 0,54 a0 + (C − W ) + z ⎣ BW 2

onde f’(a/W) é a equação dada em 9.2.3.3. 9.3.2.4. Corpos de prova C(T) com entalhe em degrau Para corpos de prova C(T) com entalhe em degraus (vide figura 5):

(

)

2 0,46(W − a0 )V p ⎡ F ⎛ a0 ⎞⎤ 1 − υ δ =⎢ f ' + ⎜ ⎟⎥ 0,5 , BW ⎝ W ⎠⎦ 2σ YS E 0,46W + 0,54a0 + z ⎣ 2

onde f’(a/W) é a equação dada em 9.2.3.3.

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10. Check list da validade A norma fornece uma lista de checagem que, quando utilizada, permite abandonar uma determinação não válida tão cedo quanto possível, poupando tempo e recursos. Os pontos da lista se referem a dimensões e tolerâncias, crescimento da pré-trinca por fadiga, etc. A lista completa pode ser vista na norma. 11. Relatório O relatório dos testes deveria conter: a) o número da norma com o qual os testes foram executados (BS 7448 parte 1), b) a identificação dos corpos de prova, c) a identificação e a forma do material testado, assim como sua condição, d) a geometria e as dimensões principais dos corpos de prova testados, e) se o corpo de prova foi de espessura plena ou sub-size, f) a orientação do plano da trinca, g) os detalhes do pré-trincamento por fadiga, incluindo os valores de Ff e R finais, h) as propriedades mecânicas (tensão limite de escoamento, limite de resistência, etc.), i) a distância entre apoios S, quando aplicável, PEMM/COPPE/UFRJ


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j) a espessura z das facas porta-clip, se aplicável, k) l) m) n) o) p) q) r)

a taxa dK/dt inicial (𝐾), os registros de força versus abertura da boca do entalhe, a temperatura do corpo de prova no momento do teste, a tensão limite de escoamento do material à temperatura de teste, um diagrama da superfície de fratura, indicando qualquer singularidade, o valor de KIC ou o valor inválido KQ, assim como a relação Fmax/FQ, o valor e tipo de CTOD, detalhes de algum dos elementos acima que não atingiram os requerimentos de validação do teste.

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Resumo BS 7448 Parte 1 CTOD

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