La vida de fatiga de un componente se compone de dos etapas: iniciación de grietas y propagación de grietas. La mecánica de fractura es el método utilizado para predecir la vida útil del crecimiento de grietas. Es particularmente útil para componentes que contienen defectos o una grieta. Las principales aplicaciones del análisis de fatiga basado en la mecánica de fractura incluyen la determinación del tamaño máximo de defectos inicial tolerable (que a menudo involucra soldaduras) para la vida útil del diseño, el cálculo de la vida útil del crecimiento de las grietas con un tamaño de grieta conocido o supuesto y planificación de intervalos de inspección. Para predecir el crecimiento de las grietas con precisión utilizando este método, es esencial realizar pruebas para obtener la tasa de crecimiento de grietas de fatiga (FCGR) del material en condiciones ambientales apropiadas.
FCGR a menudo se expresa en función del rango de factor de intensidad del estrés, ΔK, en términos de la ley de poder de París:
da/dn=a ΔKM [1]
Cuando DA/DN es el crecimiento de la grieta por ciclo, ΔK es una función del rango de estrés, el tamaño de la grieta y la geometría de la muestra, A y M son constantes de material que deben determinarse realizando pruebas de crecimiento de grietas por fatiga.
Hay dos estándares bien reconocidos para realizar pruebas FCGR: ASTM E647 (1) e ISO 12108 (2). Están en gran medida de acuerdo, pero hay algunas pequeñas diferencias entre los dos. Ejemplos de tales diferencias incluyen la especificación del parámetro C, que es la magnitud de la caída de la carga durante una prueba decreciente de ΔK FCGR (-0.08 mm-1 en ASTM E647 mientras -0.1mm-1 en ISO 12108) y la definición del umbral de crecimiento de grietas, ΔKth: 10-7 mm/ciclo en ASTM E647 mientras 10-8 mm/ciclo en ISO 12108.
Las pruebas de FCGR requieren el uso de geometrías de muestras estándar que incluyen tensión compacta (CT), curva de muesca de un solo borde (SENB), tensión de muesca de borde único (enviado) y muestras de tensión de grieta central (CCT). Tanto ASTM E647 como ISO 12108 aceptan estas geometrías de muestras y proporcionan las soluciones K. La Figura 1 muestra las geometrías de muestras de SENB y CT que se usan con mayor frecuencia que las otras dos. En comparación con el espécimen SENB, el espécimen CT tiene la ventaja de ser más económico en material, lo que puede ser importante cuando la muestra de material es limitada. Sin embargo, el mecanizado de tal espécimen es más costoso. Otra ventaja con la geometría del espécimen SENB es que es más fácil configurar una prueba en una cámara ambiental corrosiva.
Estándares (1, 2) Especifique los requisitos de tamaño para la muestra, muesca y pre - crack. La muesca a menudo se produce mediante mecanizado de descarga eléctrica (EDM) y la grieta pre - se introduce mediante carga cíclica. Es importante garantizar que el último k (kmax) máximo en pre - agrietamiento sea menor que el kmax utilizado al comienzo de una prueba FCGR. Para lograr esto, la grieta previa a - a menudo se realiza a una relación de tensión más baja que la utilizada en la prueba FCGR posterior.