آزمون ضربه شارپی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
Impact-2-final 6.jpg

ازمون ضربه[ویرایش]

ازمون ضربه یکی از روش های استاندارد برای تعیین انرژی شکست مواد در اثر تنش دینامیکی است.[۱] آزمون ضربه شارپی (به انگلیسی: Charpy impact test) یکی از روش‌های استاندارد برای تعیین انرژی شکست مواد فلزی است. در این آزمون با استفاده از نمونه‌های فاق‌دار[۲] شرایط تنش سه‌بعدی را در نمونه ایجاد کرده و قابلیت تغییر شکل پلاستیک را در آن محدود می‌کنند. در این آزمون، مقدار انرژی جذب شده توسط نمونه در هنگام شکست از میزان اختلاف ارتفاع اولیه و ثانویهٔ آونگ بدست می‌آید. این میزان انرژی معیاری از چقرمگی مواد است.

در تست ضربه شارپی نمونه مورد آزمایش به حالت یک تیر با تکیه گاه ساده مستقر می شود و ضربه در وسط دهانه تیر درست پشت محل تیر وارد می شود.[۳] در یک ماشین شارپی استاندارد ، انرژی اونگ در پایین نقطه حرکتش می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد واین مقدار در ماشین های شارپی متفاوت است و در نمونه نشان داده شده انرژی اونگ 320 ژول است ، البته ماشین های شارپی کوچک تری هم ساخته می شود . سرعت آونگ 320 ژولی ، در پایین ترین نقطه ی حرکتش ، به طور قابل ملاحظه بیشتر از سرعت برخورد اونگ ماشین ایزود استاندارد است و حدود 5.3 متر بر ثانیه می باشد .

انواع شیار نمونه در آزمایش شارپی[ویرایش]

نمونه های تست شارپی را می توان به صورت شیار های V شکل یا به صورت شیار هایU شکل تهیه کرد.[۴] آزمون ضربه ضربه شارپی برای مواد پلاستیکی هم مناسب است . در این آزمون نیز مانند آزمون ایزود برای دست یابی به نتیجه خاصی که نماینده خاصیت ماده باشد ، حد اقل ده نمونه باید آزمایش شود . البته ، در استاندارد مربوط به فلزات تعداد نمونه هایی که با آزمایش آن ها می توان به نتیجه نهایی رسید هنوز مشخص نشده است . آزمون شارپی برای تعیین خواص ضربه ای در دما هایی غیر از دمای محیط نیز مناسب است و می توان قطعه مورد آزمایش را در کوره قرار ئاد و بعد روی دستگاه شارپی مورد ازمایش قرار داد.

انواع سطح شکست در تست شارپی و خوصوصیات آن[ویرایش]

نمونه آزمایش شارپی

معیار دیگری که از ازمایش شارپی به دست می آید ،بررسی سطح شکست است ، در این روش تعیین می شود که شکست رشته ای ( شکست برشی )، دانه ای ( شکست رخ برگی )، یا مخلوطی از هر دو شکست است . این حالت های مختلف شکست به سادگی و بدون بزرگ نمایی قابل تشخیص هستند . سطح صاف شکست رخ برگی یا دانه ای بازتاب پذیری زیادی دارد وظاهر براقی دارد.[۵] در صورتی که سطح گود شده یک شکست رشته ای نرم ، به صورت یک سطح جاذب نورو دارای ظاهری کدر است . معمولا درصد شکست رخ برگی (یا رشته ای )، تخمین زده می شود.شکست رشته ای ابتدا در اطراف سطح بیرونی نمونه ( لبه برش )ظاهر می شود. سومین کمیتی که گاهی در آزمایش شارپی بدست می آید شکل پذیری است که با درصد انقباض نمونه در محل شیار نشان داده می شود.

دمای انتقال نرمی به تردی[ویرایش]

دستگاه تست شارپی

آزمایش ضربه با میله شیار دار زمانی معنی پیدا می کند که که در یک دامنه ی دمایی انجام شود،تا دمایی که در آن انتقال نرمی به تردی رخ می دهد تعیین شود.انرزی جذب شده با کاهش دما کم می شود ولی بیشتر موارد کاهش در یک دمای مشخص رخ نمی دهد.این عامل باعث می شود که تعیین دقیق دمای انتقال مشکل شود.در انتخاب در انتخاب یک ماده از دیدگاه چقرمگی شیار یا تمایل به شکست ترد،دمای انتقالی عامل مهمی است.[۶] آزمایش های ضربه با میله شیاردار در معرض پراکندگی زیادی، به ویژه در ناحیه دمای انتقالی قرار دارند. بیشتر این پراکندگی به علت تغییر موضعی خواص فولاد ، برخی به علت مشکلات تولید شیارهای مشابه است. شکل و عمق شیار همانند استقرار صحیح نمونه در دستگاه ضربه از متغیرهای بحرانی هستند .[۷] مزیت اصلی آزمایش ضربه شارپی با شیار v این است که آزمایش نسبتا ساده ای است که در آن از یک نمونه آزمایش کوچک و ارزان استفاده می شود.[۸] آزمایش ها به سادگی در دامنه ای از دماهای زیر دمای محیط قابل اجرا هستند. هم چنین، طراحی نمونه آزمایش برای اندازه گیری اختلاف های چقرمگی شیار در مواد کم استحکام مانند فولادهای ساختمانی بسیار مناسب است. این آزمایش برای مقایسه اثر نوع آلیاژ و عملیات حرارتی بر چقرمگی شیار به کار می رود و غالبا از آن برای کنترل کیفیت و به منظور انتخاب مواد استفاده می کنند.[۹] مشکل عمده این است که استفاده از نتایج آزمایش شارپی در طراحی سخت است، چون هیچ کمیتی بر حسب میزان تنش وجود ندارد. هم چنین هیچ رابطه ای بین داده های شارپی با اندازه ترک ریز وجود ندارد. علاوه بر این، وجود پراکندگی زیاد که در این آزمایش ذاتی است می تواند تعیین منحنی های مشخص دمای انتقالی را مشکل کند.[۱۰]

درجه حرارت تست شارپی[ویرایش]

تست شارپی، باید در محدوده دمایی 18 تا 28 درجه سانتی گراد انجام شود، مگر اینکه محدوده دیگری مشخص گردد. برای تست هایی که در درجه حرارت هایی به غیر از درجه حرارت محیط انجام می شوند، جهت اطمینان از رسیدن نمونه به درجه حرارت مورد نیاز، باید نمونه به مدت کافی در محیط گرم کننده یا خنک کننده قرار داده شود (برای مثال حداقل 10 دقیقه در یک محیط مایع یا 30 دقیقه در یک محیط گازی). برای خارج ساختن نمونه از محیط گرم کننده یا خنک کننده و قرار دادن آن روی تکیه گاه به یک ابزار جابه جایی مناسب (نظیر یک انبر) نیاز می باشد. اجزاء ابزار جا به جایی در تماس با نمونه تست باید با آن هم دما باشند، تا نمونه را در محدوده دمایی مجاز نگه دارند.[۱۱]

Charpy test sample.png


نمونه ضربه بر طبق استاندارد ASTM A370‏ [۱۲]، قطعه‌ای با طول ۵۵ میلی‌متر و سطح مقطع مربعی ۱۰×۱۰ میلی‌متری است که یک شیار V شکل با زاویه ۴۵º و عمق ۲ میلی‌متر و شعاع ریشه ۰٫۲۵ دارد.


استانداردهای مرتبط استاندارد بریتانیا

  • BS EN 10045 - آزمون ضربه شارپی بر روی نمونه‌های فلزی [۱۳]

ای‌اس‌تی‌ام

  • ASTM E23 - روش‌های استاندارد آزمایش برای تست ضربه میله‌های شیاردار ساخته‌شده از مواد فلزی[۱۴]

پانویس‌ها و منابع[ویرایش]

  1. http://mahshahr.aut.ac.ir/doku.php?id=labs:phys_mech_properties:impact_tester
  2. notched
  3. http://mahshahr.aut.ac.ir/doku.php?id=labs:phys_mech_properties:impact_tester
  4. http://www.packmangroup.com/content/1380/%D8%AA%D8%B3%D8%AA+%D8%B6%D8%B1%D8%A8%D9%87+%D8%B4%D8%A7%D8%B1%D9%BE%DB%8C
  5. http://www.packmangroup.com/content/1380/%D8%AA%D8%B3%D8%AA+%D8%B6%D8%B1%D8%A8%D9%87+%D8%B4%D8%A7%D8%B1%D9%BE%DB%8C
  6. hhttp://www.packmangroup.com/content/1378/%D8%AA%D8%B3%D8%AA+%D8%B6%D8%B1%D8%A8%D9%87+%D8%A8%D8%A7+%D9%85%DB%8C%D9%84%D9%87+%D8%B4%DB%8C%D8%A7%D8%B1+%D8%AF%D8%A7%D8%B1
  7. http://www.packmangroup.com/content/1380/%D8%AA%D8%B3%D8%AA+%D8%B6%D8%B1%D8%A8%D9%87+%D8%B4%D8%A7%D8%B1%D9%BE%DB%8C
  8. ASTM Standard E23, 2007ae1, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org. doi:10.1520/E0023-07AE01
  9. ASTM Standard E23, 2007ae1, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org. doi:10.1520/E0023-07AE01
  10. BS EN 10045:1990, Charpy impact test on metallic materials, British Standards Institution
  11. http://www.packmangroup.com/content/1380/%D8%AA%D8%B3%D8%AA+%D8%B6%D8%B1%D8%A8%D9%87+%D8%B4%D8%A7%D8%B1%D9%BE%DB%8C
  12. ASTM Standard A370, 2008a, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org. doi:10.1520/A0370-08A
  13. BS EN 10045:1990, Charpy impact test on metallic materials, British Standards Institution
  14. ASTM Standard E23, 2007ae1, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org. doi:10.1520/E0023-07AE01

منابعی برای مطالعه بیشتر[ویرایش]

  • K K Mathur, A Needleman and V Tvergaard, 3D analysis of failure modes in the Charpy impact test, 1994, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 2, 617-635, doi:10.1088/0965-0393/2/3A/014