ASTM E21: Teste de tração em metais em temperatura elevada

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ASTM E21: Teste de tração em metais em temperatura elevada

ASTM E21 é um teste de temperatura elevada realizado sob tensão em materiais metálicos. Embora este teste seja usado em muitas indústrias, bem como em pesquisas acadêmicas, o teste de temperatura elevada é mais comumente usado em aplicações aeroespaciais para a avaliação de propriedades mecânicas de materiais metálicos de alta resistência. Os requisitos dos motores e as temperaturas operacionais nas aeronaves continuam a aumentar, assim como os parâmetros de projeto para materiais estruturais, incluindo fixadores. ASTM E21 descreve meticulosamente cada etapa do teste de alta temperatura; desde a definição do aparelho de teste até a fixação do termopar. Propriedades mecânicas como alongamento, redução de área, resistência à tração e limite de escoamento são registradas para estimar a capacidade do material de suportar forças aplicadas.

Because ASTM E21 requires multiple transducers (extensometers and thermocouples), a ystem with an expansion channel module is recommended to ensure proper data collection and synchronization. Qualquer sistema de teste utilizado é exigido pela norma para estar de acordo com ASTM E4. A preparação do sistema e da amostra é crucial para E21, e todos os esforços devem ser feitos para garantir que qualquer força aplicada à amostra permaneça na direção axial. A tensão de flexão não pode exceder 10% da tensão axial na amostra, por isso é imperativo garantir que o equipamento de teste adequado seja selecionado.
As hastes de tração Inconel são fixadas nos porta-amostras e se estendem para dentro do forno. As placas de cerâmica encontradas na parte superior e inferior do forno abraçam as hastes de tração uma vez instaladas, garantindo que nenhum isolamento adicional precise ser colocado onde a coluna de carga entra no forno. Colocar o isolamento muito apertado pode fazer com que as hastes de tração ou os braços do extensômetro sejam deslocados. As hastes de tração ficam em suportes autocompensadores para garantir carga axial máxima. Além disso, a ASTM E21 exige o monitoramento da temperatura indicada na amostra. Termopares Tipo K calibrados usando a Prática E220 são recomendados e devem seguir as diretrizes descritas nas seções 5.3 e 9.4. Desde o início do teste até a determinação do limite de escoamento, a temperatura indicada não deve exceder o seguinte:
Até e incluindo 1800F +-5 (+-3C)
Maior que 1800f (980C) +- 10F (+-6C)
**Exigências mais restritivas poderão ser necessárias caso indicado pelo laboratório ou cliente.
Um extensômetro que atenda aos requisitos da Prática E83 é necessário se a determinação do limite de escoamento for necessária. Existem dois tipos principais de extensômetro que podem ser usados para testes de alta temperatura. O primeiro é um extensômetro montado a frio que é fixado à seção reduzida em temperatura ambiente e é embebido com o restante da coluna de carga antes do início do teste. Outra opção é um extensômetro montado a quente, que normalmente fica em um trilho e pode ser deslizado para dentro do forno para fixação assim que a amostra tiver completado seu período de imersão. Os braços do extensômetro devem ser fixados na seção reduzida da amostra.

Nos casos em que a amostra é muito pequena para o extensômetro entrar em contato com sua seção reduzida, a separação das cruzetas ou porta-amostras pode ser usada para determinar deformações correspondentes ao limite de escoamento de 0,2%. Este valor deve ser marcado como “limite de escoamento aproximado”. Ao testar uma amostra com comprimento reduzido inferior a 2 polegadas, um mínimo de 2 termopares devem ser conectados em cada extremidade da seção reduzida. Esses termopares devem fazer e manter contato íntimo com a amostra durante todo o teste. Ao testar amostras com seção reduzida maior ou igual a 2 polegadas, um terceiro termopar deve ser conectado ao centro da amostra.

Um teste típico de metais em alta temperatura pode exceder uma hora por amostra. Para cumprir a norma, uma amostra deve ser embebida na temperatura especificada até atingir o equilíbrio. Uma vez em equilíbrio, as amostras devem ser mantidas a esta temperatura durante pelo menos 20 minutos, salvo indicação em contrário. Se vários testes forem executados por dia, o tempo de imersão pode rapidamente prejudicar o rendimento do laboratório. Para minimizar o tempo de inatividade do sistema, um sistema de teste universal pode ser equipado com uma configuração de múltiplos fornos, que permite que uma segunda amostra seja absorvida durante o teste.

Terminologia:
Temperatura Indicada: temperatura indicada pelo dispositivo de medição de temperatura utilizando práticas pirométricas de boa qualidade.
Temperatura Especificada: a temperatura de teste solicitada e informada ao cliente