A máquina de teste de fadiga de deslizamento é um dispositivo de precisão para simular o comportamento de falha de materiais sob a combinação de altas temperaturas e cargas circulares. Seu princípio de funcionamento é a combinação de carga cíclica dinâmica do teste de fadiga e carga estática constante do teste de deslizamento.
Princípio de funcionamento da máquina de teste
O sistema principal da máquina de teste inclui:
Sistema de carregamento: Aplica uma carga cíclica axial de puxa-puxa ou puxa-pressão controlada com precisão à amostra através de servomotores ou cilindros hidráulicos.
Sistema de aquecimento: geralmente, um forno de indução de alta frequência ou um forno de resistência é usado para aquecer e estabilizar a amostra na temperatura alvo (geralmente superior a 0,3 vezes o ponto de fusão do material).
Sistemas de medição e controle: sensores de alta precisão monitoram em tempo real a carga, a tensão (geralmente o segmento de distância indicado para a ligação da amostra com uma barra de extensão) e a temperatura e, através de um sistema de controle de circuito fechado, garantem que os parâmetros de teste funcionem estritamente de acordo com a forma de onda predefinida (incluindo carga, tempo de manutenção).
A forma de onda típica de teste de fadiga é a introdução de um tempo de retenção em uma carga de pico ou carga de valle durante um ciclo de fadiga. Durante esse período, a carga é constante, mas o material continua a deformar-se devido às altas temperaturas, introduzindo danos de deslizamento.
Análise do mecanismo de interação deslizamento-fadiga
A interação de deslizamento-fadiga refere-se a dois mecanismos de danos que não se sobrepõem simplesmente, mas que aceleram um ao outro, resultando em uma vida útil muito inferior à previsão de fadiga pura ou deslizamento puro. Seus mecanismos microscópicos derivam principalmente de:
Deslizamento da fronteira do cristal e núcleo vazio: durante a fase de manutenção de estiramento do ciclo de fadiga, a combinação de alta temperatura e tensão constante provoca deslizamento da fronteira do cristal e gera concentração de tensão em obstáculos da fronteira do cristal (como partículas de segunda fase, pontos de intersecção tricristais), o que resulta em núcleos vazios de deslizamento. A carga circular subsequente acelera o crescimento e a conexão desses buracos.
Oxidação ambiental e expansão de rachaduras: ambientes de alta temperatura oxidam fortemente a superfície do material. Durante o tempo de manutenção, o oxigênio se espalha ao longo da fronteira cristalina, formando óxidos frágeis, enfraquecendo a força da fronteira cristalina. A deformação plástica repetida gerada pelo ciclo de fadiga danifica a membrana de oxidação da superfície, expõe metais frescos e provoca a formação e expansão de rachaduras oxidativas ao longo do cristal.
Relaxamento e redistribuição da tensão: durante o período de manutenção, a tensão dentro do material ocorre em relaxamento devido à deformação de deslizamento. Quando a carga muda novamente, o estresse precisa ser redistribuído, e esse processo repetido de relaxamento-redistribuição aumenta a acumulação de danos na microestrutura.
Em resumo, a máquina de teste de fadiga de deslizamento simula físicamente as condições de trabalho por meio de "carga cíclica + manutenção de carga constante". A essência do seu mecanismo de interação é que a carga de fadiga fornece o local do núcleo e a força motriz para lesões de deslizamento (vazios, oxidação); O processo de deslizamento (vazio, fragilidade oxidativa) cria atalhos para o surgimento e a expansão de rachaduras de fadiga, que sinergizam e, em última análise, levam à falha precoce do material.