Estudio de la propagación de fisuras en materiales metálicos mediante la técnica de emisión acústica

Abstract

En este trabajo se analizaron diversos procedimientos de medición de fisura para la realización de ensayos de Mecánica de Fractura Elastoplástica. En particular, el interés se centró en el parámetro de iniciación de crecimiento de fisura J_IC, el cual es considerado propiedad del material. Aun cuando las técnicas de evaluación de J_IC mediante curvas de resistencia, tanto por el método de probetas múltiples, como por métodos de probeta única están bien establecidas, existe una importante incertidumbre respecto de la relación entre el parámetro así determinado y el verdadero inicio del proceso de crecimiento estable de la fisura. La técnica de Emisión Acústica (EA) brinda la posibilidad de detectar el evento de inicio sin mayores ambigüedades. Por lo tanto, se compararon los eventos determinados por esta técnica, con los resultados obtenidos mediante los métodos de curvas de resistencia durante ensayos de fractura de materiales metálicos. A este fin, se instrumentaron probetas de acero prefisuradas, con sensores de EA y en paralelo con los sensores necesarios para la evaluación de crecimiento estable de fisuras por el método del Doble Clip Gauge (DCG). Los ensayos se realizaron siguiendo los lineamientos para los ensayos de probeta única establecidos en la norma ASTM E1820. Además se incorporó el método de Normalización, también incluido en la Norma ASTM E1820, el cual permite obtener la curva J-Δa directamente a partir del registro “Carga vs Desplazamiento” y las longitudes inicial y final de fisura. Adicionalmente, la metodología permitió analizar efectos del parámetro M, que determina la pendiente de la línea de construcción, sobre la curva de resistencia. Esto nos permitió presentar un nuevo enfoque para obtener un valor de J característico del material a partir de la técnica de Emisión Acústica.

In this work, the analysis of Elastoplastic Fracture Mechanics in terms of the Integral J was approached. In particular, the interest is focused on the crack growth initiation parameter JIC, which is considered a property of the material. Even though the techniques for evaluating JIC using resistance curves, both by the multiple specimen method and by single specimen methods are well established, there is a significant uncertainty regarding the relationship between resulting parameter and the true beginning of the stable growth process of the crack. The Acoustic Emission (AE) technique offers the possibility to detect the initiation event without major ambiguities. Therefore, the events determined by this technique were compared with the results obtained by the methods of resistance curves during fracture tests of metallic materials. For this purpose, pre-cracked steel specimens were instrumented with EA sensors and, in parallel, with the sensors necessary for the evaluation of stable crack growth by the Double Clip Gauge (DCG) method. The tests were carried out following the guidelines for single specimen tests established in the ASTM E1820 standard. In addition, normalization data reduction technique was also included in the ASTM E1820 standard, which allowed to obtain the curve J-Δa directly from the load-displacement register and the initial and final crack lengths. Furthermore, the effects of the parameter M, which determines the slope of the construction line on the resistance curve, could be analyzed with to the applied methodology. This allowed to present a new approach to obtain a characteristic J value of the material from the Acoustic Emission technique.