Estudio de la evolución del espesor en ensayos de Small Punch Test

  1. David Sánchez-Ávila 1
  2. Rafael Barea 2
  3. Nuria Candela 3
  4. Marta Álvarez-Leal 1
  5. Fernando Carreño 1
  1. 1 Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas
    info

    Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas

    Madrid, España

    ROR https://ror.org/04m7z8d34

  2. 2 Universidad Nebrija
    info

    Universidad Nebrija

    Madrid, España

    ROR https://ror.org/03tzyrt94

  3. 3 Escuela Universitaria de Diseño, Innovación y Tecnología
Montrer des affiliations +
Revue:
Revista de metalurgia

ISSN: 0034-8570

Année de publication: 2018

Volumen: 54

Número: 1

Pages: 110

Type: Article

DOI: 10.3989/REVMETALM.110 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openAccès ouvert editor

D'autres publications dans: Revista de metalurgia

Résumé

El ensayo de punzonado de probetas miniaturizadas (Small Punch Test, SPT) es un ensayo en creciente expansión empleado para la obtención de diversos datos mecánicos, por ejemplo, de resistencia, fractura, fluencia, etc… especialmente cuando se dispone de poco material. Sin embargo, el ensayo SPT es más complicado que el ensayo de tracción uniaxial dada su no linealidad dificultando la relación de los datos obtenidos con los de tracción. De hecho, en la literatura no hay un modelo evidente que relacione estos ensayos y se debe recurrir a una calibración para cada material. Una de las causas de la complicación del ensayo SPT es que la reducción del espesor de la probeta, según procede el ensayo, no es homogénea en su zona de deformación, a diferencia de tracción. En este trabajo se ha procedido a determinar la variación del espesor de la probeta de SPT en varios puntos, y especialmente en el centro y la zona de rotura, mediante el empleo de elementos finitos en COMSOL tomando como material base un acero 316L obtenido por fabricación aditiva mediante “Selective Laser Melting” (SLM). Para el adecuado modelado en COMSOL se han empleado además los parámetros mecánicos de dos tratamientos termomecánicos extremos del 316L, uno recocido a mínima dureza y otro endurecido por deformación hasta elevada resistencia. Los resultados obtenidos de variación del espesor de la probeta permiten avanzar en el modelado teórico del comportamiento del ensayo SPT para la obtención más precisa de los datos mecánicos equivalentes a ensayos de tracción.

Références bibliographiques

  • Alcelay, J.I., Pe-a, E., Al Omar, A. (2016). Estudio del comportamiento termo-mecánico de un acero microlaeado de medio carbono durante un proceso de conformado en caliente usando una red neuronal artificial. Rev. Metal. 52 (2), e066. https://doi.org/10.3989/revmetalm.066
  • Altstadt, E., Ge, H.E., Kuksenko, V., Serrano, M., Houska, M., Lasan, M., Bruchhausen, M., Lapetite, J.-M., Dai, Y. (2016a). Critical evaluation of the small punch test as a screening procedure for mechanical properties. J. Nucl. Mater. 472, 186–195. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.07.029
  • Altstadt, E., Serrano, M., Houska, M., García-Junceda, A. (2016b). Effect of anisotropic microstructure of a 12Cr-ODS steel on the fracture behaviour in the small punch test. Mat. Sci. Eng. A-Struct. 654, 309–316. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.12.055
  • Arroyo, B., Álvarez, J.A., Lacalle, R., Uribe, C., García, T.E., Rodríguez, C. (2017). Analysis of Key Factors of Hydrogen Environmental Assisted Cracking Evaluation by Small Punch Test on Medium and High Strength Steels. Mat. Sci. Eng. A-Struct. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.03.006
  • Autillo, J., Contreras, M.A., Betegón, C., Rodríguez, C., Belzunce, F. (2006). Utilización del Ensayo Miniatura de Punzonamiento (Small Punch test) en la Caracterización Mecánica de Aceros. Anales de La Mecánica de La Fractura 1, 77–83.
  • CEN Workshop Agreement (2006). Small Punch Test Method for Metallic Materials. CEN, Belgium, Brussels.
  • Cisneros-Belmonte, M., Ruiz-Román, J.M., García-Cambronero, L.E. (2016). Aceros sinterizados al Mo con gradiente funcional; Functionally Graded Mo sintered steels. Rev. Metal. 52 (4). https://doi.org/10.3989/revmetalm.081
  • Díaz, L.A., López, M.E., Rodríguez, C., Belzunce, J., Torrecillas, R. (2009). Síntesis coloidal de materiales nanoestructurados de Al-ZrAl3: Propiedades mecánicas mediante el ensayo miniatura de punzonado. Rev. Metal. 45 (4), 256–266. https://doi.org/10.3989/revmetalm.0813
  • Du, P., Ling, X., Zhou, Z., Xu, T. (2010) - Study on Influence Factors of Small Punch Test to Estimate the Yield Strenght by Energy model, 1st Internacional Conference SSTT, Ostrava, República Checa.
  • Fleury, E., Ha, J.S. (1998). Small punch tests to estimate the mechanical properties of steels for steam power plant: I. Mechanical strength. Int. J. Pres. Ves. Pip. 75 (9), 699–706. https://doi.org/10.1016/S0308-0161(98)00074-X
  • García-Infanta, J.M., Zhilyaev, A.P., Sharafutdinov, A., Ruano, O.A., Carre-o, F. (2009). An evidence of high strain rate superplasticity at intermediate homologous temperatures in an Al-Zn-Mg-Cu alloy processed by high-pressure torsion. J. Alloy Compd. 473 (1–2), 163–166. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.06.006
  • García, T.E., Rodríguez, C., Belzunce, F.J., Suárez, C. (2014). Estimation of the mechanical properties of metallic materials by means of the small punch test. J. Alloy Compd. 582, 708–717. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.08.009
  • Gu, C., Bao, Y., Lin, L. (2017). Cleanliness distribution of high-carbon chromium bearing steel billets and growth behavior of inclusions during solidification. Rev. Metal. 53 (1), e089.
  • Haroush, S., Priel, E., Moreno, D., Busiba, A., Silverman, I., Turgeman, A., Shneck, R., Gelbstein, Y. (2015). Evaluation of the mechanical properties of SS-316L thin foils by small punch testing and finite element analysis. Mater. Design 83, 75–84. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.05.049
  • Lucas, G.E., Okada, A., Kiritani, M. (1986). Parametric analysis of the disc bend test. J. Nucl. Mater. 141–143 (Part 1), 532–535. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(86)80096-4
  • Ma, Y.W., Yoon, K.B. (2010). Assessment of tensile strength using small punch test for transversely isotropic aluminum 2024 alloy produced by equal channel angular pressing. Mat. Sci. Eng. A-Struct. 527 (16–17), 3630–3638. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.02.057
  • Manahan, M.P., Argon, A.S., Harling, O.K. (1981). The development of a miniaturized disk bend test for the determination of postirradiation mechanical properties. J. Nucl. Mater. 104, 1545–1550. https://doi.org/10.1016/0022-3115(82)90820-0
  • Mao, X., Takahashi, H. (1987). Development of a further-miniaturized specimen of 3 mm diameter for tem disk (ø 3 mm) small punch tests. J. Nucl. Mater. 150 (1), 42–52. https://doi.org/10.1016/0022-3115(87)90092-4
  • Martínez-Pa-eda, E., Cuesta, I.I., Pe-uelas, I., Díaz, A., Alegre, J.M. (2016). Damage modeling in Small Punch Test specimens. Theor. Appl. Fract. Mec. 86 (Part A), 51–60. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2016.09.002
  • Medina, S.F., Quispe, A., Gómez, M. (2015). Precipitation model in microalloyed steels both isothermal and continuous cooling conditions. Rev. Metal. 51 (4), e056. https://doi.org/10.3989/revmetalm.056
  • Misawa, T., Adachi, T., Saito, M., Hamaguchi, Y. (1987). Small punch tests for evaluating ductile-brittle of irradiated ferritic steels. J. Nucl. Mater. 150 (2), 194–202. https://doi.org/10.1016/0022-3115(87)90075-4
  • Moreno, M.F., Bertolino, G., Yawny, A. (2016). The significance of specimen displacement definition on the mechanical properties derived from Small Punch Test. Mater. Design 95, 623–631. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.01.148
  • Pascual, M., Salas, F., Carcel, F.J., Perales, M., Sánchez, A. (2010). TIG AISI-316 welds using an inert gas welding chamber and different filler metals: Changes in mechanical properties and microstructure. Rev. Metal. 46 (6), 493–498. https://doi.org/10.3989/revmetalmadrid.1005
  • Puchi-Cabrera, E.S., Saya-Gamboa, R.A., La Barbera-Sosa, J.G., Staia, M.H., Ignoto-Cardinale, V., Berríos-Ortíz, J.A., Mesmacque, G. (2007). Vida a la fatiga de juntas soldadas del acero inoxidable AISI 316L obtenidas mediante el proceso GMAW*. Rev. Metal. 43 (3), 215–227.
  • Rasche, S., Strobl, S., Kuna, M., Bermejo, R., Lube, T. (2014). Determination of Strength and Fracture Toughness of Small Ceramic Discs Using the Small Punch Test and the Ball-on-three-balls Test. Procedia Mater. Sci. 3, 961–966. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.06.156
  • Rodríguez, C.C., Belzunce, F.J. (2012). Estudio de la idoneidad del ensayo miniatura de punzonado para la caracterizacion mecanica de los aceros y de sus uniones soldadas. Dyna 79, 53–60.
  • Rodríguez, C., Cuesta, I.I., Maspoch, M.L., Belzunce, F.J. (2016). Application of the miniature small punch test for the mechanical characterization of polymer materials. Theor. Appl. Fract. Mec. 86, 78–83. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2016.10.001
  • Saucedo-Mu-oz, M.L., Komazaki, S., Hashida, T., Lopez-Hirata, V.M. (2015). Small Punch Creep test in a 316 austenitic stainless steel. Rev. Metal. 51 (1), e034. ?trbac, N., Markovi, I., Mitovski, A., Balanovi, L. (2017). The possibilities for reuse of steel scrap in order to obtain blades for knives. Rev. Metal. 53 (1), e086.
  • Sevim, I. (2016). An experimental study on fracture toughness of resistance spot welded galvanized and ungalvanized DP 450 steel sheets used in automotive body. Rev. Metal. 52 (3), e072. https://doi.org/10.3989/revmetalm.072
  • Simonovski, I., Holmström, S., Bruchhausen, M. (2017). Small punch tensile testing of curved specimens: Finite element analysis and experiment. Int. J. Mech. Sci. 120, 204–213. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.11.029
  • Tsisar, V., Schroer, C., Wedemeyer, O., Skrypnik, A., Konys, J. (2014). Corrosion behavior of austenitic steels 1.4970, 316L and 1.4571 in flowing LBE at 450 and 550ºC with 10–7 mass% dissolved oxygen. J. Nucl. Mater. 454 (1–3), 332–342. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.08.024
  • Turba, K., Hurst, R., Hähner, P. (2013). Evaluation of the ductile-brittle transition temperature in the NESC-I material using small punch testing. Int. J. Pres. Ves. Pip. 111–112, 155–161. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2013.07.001
  • Yang, S., Ling, X., Zheng, Y. (2017). Creep behaviors evaluation of Incoloy 800H by small punch creep test. Mat. Sci. Eng. A-Struct. 685, 1–6. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.12.092
  • Zhao, G., Huang, Q., Zhou, C., Zhang, Z., Ma, L., Wang, X. (2016). Experiment and simulation analysis of roll-bonded Q235 steel plate. Rev. Metal. 52 (2), e069. https://doi.org/10.3989/revmetalm.069
  • Zhong, Y., Rännar, L.-E., Liu, L., Koptyug, A., Wikman, S., Olsen, J., Cui, D., Shen, Z. (2017). Additive manufacturing of 316L stainless steel by electron beam melting for nuclear fusion applications. J. Nucl. Mater. 486, 234–245. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2016.12.042
  • Zhou, X., Pan, W., Mackenzie, D. (2013). Material plastic properties characterization by coupling experimental and numerical analysis of small punch beam tests. Comput. Struct. 118, 59–65. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2012.07.002
La source de données: Dialnet