آزمون کشش

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
آزمون کشش بر روی یک کامپوزیت. اندازه نمونه استاندارد نیست.

آزمون کشش یکی از آزمون‌های مخرب علم مواد است که در آن یک نمونه تحت اثر کشش تک محوری تا حد شکست مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج حاصل از آزمون به طور معمول برای انتخاب یک ماده به منظور کنترل کیفیت و پیش بینی اینکه چگونه یک ماده تحت انواع دیگری از نیروها واکنش نشان می دهد به کار می رود. خواصی که به طور مستقیم از طریق آزمون کشش اندازه گیری می شوند عبارتند از: مقاومت کششی نهایی، بیشترین افزایش طول و کمترین کاهش در مساحت نمونه. همچنین از این اندازه گیری ها خواص زیر نیز می تواند تعیین شود: مدول یانگ، نسبت پواسون، استحکام تسلیم و کرنش سختی ماده. آزمون کشش تک محوری برای تعیین خواص مواد همسانگرد به کار می رود و برای مواد ناهمسانگرد مانند کامپوزیتها از آزمون دو محوری استفاده می شود.

نمونه کششی[ویرایش]

نمونه کششی، یک نمونه با سطح مقطع استاندارد است که دو بازو و یک گیج (مقطع) در میانه دارد. بازو ها بزرگ بوده تا بتوانند به راحتی و به صورت محکم توسط گیره ها گرفته شوند، در حالیکه که بخش گیج سطح مقطع کمتری دارد به طوریکه تغییر شکل و شکست در این ناحیه رخ می دهد.

بازو های نمونه کششی می توانند به طرق مختلفی برای اتصال های متفاوت به دستگاه کشش ساخته شوند. هر سیستم مزایا و معایبی دارد. به عنوان مثال تولید بازو های طراحی شده برای گیره های دندانه دار، ارزان و آسان است اما تراز نمونه به مهارت تکنیسین ها بستگی دارد. از سوی دیگر گیره های دارای پین، تراز خوبی را تضمین می کنند. بازو ها و گیره های پیچ شده نیز دارای تراز خوبی هستند اما تکنیسین باید بداند که هر بازو می بایست به اندازه طولی حداقل یک قطر به داخل گیره ها پیچ شود وگرنه رزوه ها قبل از شکست نمونه ممکن است صاف و کنده شوند.

در ریخته گری ها و آهنگری های بزرگ، معمولا مقداری ماده اضافی در نظر گرفته می شود تا بتوان با جدا کردن بخش های اضافی از آن قطعه نمونه را تهیه کرد. این نمونه ها ممکن است دقیقا نشان دهنده ی تمام قطعه کار نباشند زیرا که ساختار بلور ممکن است در سراسر آن متفاوت باشد. در قطعه کار های کوچک تر هنگامیکه قسمت های حیاتی از ریخته گری باید آزمایش شود، یک قطعه کار ممکن است برای ساختن نمونه های آزمون قربانی شود.

نمونه های مختلف بازو برای نمونه های آزمایشی. A تا C برای نمونه های دایره وار، D و E برای نمونه های تخت. A.بازوی رزوه دار به منظور استفاده در گیره رزوه ای B.بازوی مدور به منظور استفاده در گوه دندانه دار C. یک بازو با انتهای پهن (butt end) به همراه بست نگهدارنده D.بازوی تخت به همراه گوه دندانه دار E. بازوی تخت به همراه سوراخ برای استفاده در گیره پین دار
نمونه های مختلف بازو برای نمونه های آزمایشی. A تا C برای نمونه های دایره وار، D و E برای نمونه های تخت.

A.بازوی رزوه دار به منظور استفاده در گیره رزوه ای
B.بازوی مدور به منظور استفاده در گوه دندانه دار
C. یک بازو با انتهای پهن (butt end) به همراه بست نگهدارنده
D.بازوی تخت به همراه گوه دندانه دار

E. بازوی تخت به همراه سوراخ برای استفاده در گیره پین دار
نامگذاری قطعه نمونه

قابلیت تکرارپذیری یک ماشین آزمون می تواند با استفاده از نمونه های آزمایشی که با دقت بسیار زیاد ساخته شده اند مسیر شود.

یک نمونه استاندارد بسته به نوع آزمایش، به صورت گرد یا مربع در امتداد قسمت گیج است. هر دو انتهای نمونه باید طول و شرایط سطحی یکسانی را همانند وقتی که آنها در طی آزمون به طور محکم گیره شده بودند دارا باشند. طول اولیه گیج (Lo) استاندارد شده است ( در بسیاری از کشورها) و بسته به اندازه قطر (Do) یا سطح مقطعی (Ao) تغییر می کند که هر کدام در برخی از کشورها به صورت زیر استفاده می شود:

نوع نمونه ایالات متحده (ای‌اس‌تی‌ام) بریتانیا آلمان
تخت ( Lo / √Ao) 4.5 5.65 11.3
میله ای ( Lo / Do) 4.0 5.00 10.0

تجهیرات[ویرایش]

دستگاه استاندارد یونیورسال یا همه منظوره

رایج ترین دستگاه تست مورد استفاده در آزمون کشش از نوع یونیورسال یا همه منظوره است. این نوع دستگاه دارای دو بلوکه ثابت است که یکی برای طول نمونه تنظیم می شود و دیگری برای اعمال نیرو ساخته شده است که در دو نوع هیدرولیکی و الکترومغناطیسی وجود دارند.

دستگاه باید قابلیت های مناسب را برای نمونه در حال آزمایش داشته باشد. 3 پارامتر اصلیوجود دارد: ظرفیت فشار، سرعت و دقت. ظرفیت فشار به این حقیقت اشاره دارد که دستگاه باید قادر به تولید نیروی کافی برای شکست نمونه باشد. این نیرو باید به اندازه کافی سریع یا آرام باشد تا بتواند شرایط حقیقی را شبیه سازی کند. برای مثال یک دستگاه بزرگ که برای اندازه گیری کشش های طویل طراحی شده ممکن است با یک ماده ی شکننده که کشش های کوتاه قبل از شکستن را تجربه کرده کار نکند.

تنظیم نمونه تست یک موضوع مهم به شمار می رود. چرا که اگر نمونه به طور نادرست تنیظیم شده باشد یعنی تحت زاویه باشد یا افست بسته شده باشد باعث می شود که دستگاه یک نیروی اضافی خمشی نیز به آن وارد کند. این مخصوصا برای مواد شکننده بد است زیرا که به طور زیادی در نتایج باعث بروز خطا می شود. این وضعیت می تواند با استفاده از نشیمنگاه های کروی یا مفصل های همه کاره بین گیره ها و ماشین تست به حداقل برسد. این تنظیم نادرست هنگامی نمایان می شود که در حین اجرای آزمون، قسمت خطی منحنی تنش- کرنش به صورت منحنی باشد نه خطی.

اندازه گیری کرنش معمولا با یک کشش سنج انجام می شود اما کرنش سنج اغلب در آزمون نمونه های کوچک یا هنگامیکه نسبت پواسون مشخص باشد نیز استفاده می شود. دستگاه های جدیدتر زمان و نیرو سنج دیجیتال و سیستم های اندازه گیری کشش که شامل سنسورهای الکترونیکی متصل شده به دستگاه جمع آوری داده ( اغلب کامیپوتر) و نرم افزار که برای ویرایش و خروجی داده است را دارا می باشند.

روند آزمون[ویرایش]

فرایند آزمون شامل قرار دادن نمونه تست داخل دستگاه و اعمال کشش به آن تا زمان گسیختگی است. در طی استفاده از کشش، کشیدگی قسمت گیج با توجه به نیروی اعمال شده، ثبت می شود. اطلاعات به دست آمده مربوط به شکل هندسی مخصوصی از نمونه نیست. اندازه گیری کشش برای اندازه گیری کرنش مهندسی ε، با استفاده از رابطه زیر انجام می شود:

\varepsilon =\frac{\Delta L}{L_0}=\frac{L-L_0}{L_0}

ΔL تغییر طول گیج است و Lo طول اولیه و L طول نهایی آن است.

اندازه گیری نیرو برای محاسبه ی تنش مهندسی با استفاده از رابطه زیر انجام می شود:

\sigma = \frac{F_n}{A}

که در آن F نیرو و A سطح مقطع قسمت گیج است. دستگاه این محاسبات را همگام با افزایش نیرو انجام می دهد، طوری که نقاط داده ها می تواند با نمودار تنش – کرنش نمایش داده شود.

استاندارد ها[ویرایش]

فلزات

  • ASTM E8- روش آزمون استاندارد برای تشت کشش مواد فلزی
  • ISO 6892- تست کشش مصالح فلزی در دمای محیط
  • JIS Z2241- روش آزمون کشش برای مواد فلزی

مواد انعطاف پذیر

  • ASTM D828- روش آزمون استاندارد برای خواص کششی کاغذ و مقوا استفاده شده در دستگاه با نرخ کشیدگی ثابت
  • ASTM D882- روش آزمون استاندارد کشش برای ورقه های نازک پلاستیکی
  • ISO 37- روش آزمون برای لاستیک، جوش زده شده توسط ترموپلاستیک – تعیین خواص کششی تنش- کرنش

منابع[ویرایش]

[۱]