دستگاه تست کشش

تست کشش ، کنترل کیفیت خواص مکانیکی مقاطع فولادی

تست کشش یکی از اصلی ترین تست‌های متالورژیکی جهت تعیین خواص و استحکام مکانیکی مواد و فلزات مختلف است. این تست در دسته آزمون‌های مخرب قرار می‌گیرد. آزمون‌های مخرب دسته‌ای از تست‌های انجام شونده بر روی ماده هستند که در آن نمونه مورد آزمایش تخریب می‌شود. مقدار تخریب اغلب به گونه‌ای است که قطعه قابلیت استفاده مجدد را ندارد. نتایج بسیار مهمی مثل تنش تسلیم و تنش شکست از این تست استخراج می‌شود. دانستن این نتایج در موارد حساسی مثل بدنه هواپیما بسیار حائز اهمیت است و با استفاده از این تست می‌توان از بسیاری ازخطرات احتمالی پیشگیری کرد. در ادامه این مقاله به معرفی بیشتر این تست می‌پردازیم.

اساس تست کشش به کمک یک دستگاه کشش انجام می‌گیرد. این دستگاه مجهز به دو فک متحرک و قدرتمند است. با قرار دادن نمونه استاندارد در دستگاه، فک‌ها شروع به دور شدن از هم و کشیدن نمونه می‌کنند. همزمان رفتار ماده توسط یک رایانه رصد شده و خروجی به صورت یک نمودار روی صفحه پدیدار می‌شود. در ادامه به بررسی اطلاعاتی که از این نمودار حاصل می‌شود، می‌پردازیم. دستگاه کشش در قدرت‌های مختلف از 500 کیلوگرم تا 100 تن می‌تواند به نمونه نیرو وارد کند. ماشین تست کشش در بررسی استحکام انواع مقاطع فولادی مثل میلگرد کاربرد دارد.

قمیت میلگرد

پیش از بررسی جزئیات تست کشش یک نمونه از اجرای این تست را در ویدئوی کوتاه زیر تماشا کنید:

انواع ماشین تست کشش

ماشین‌های تست کشش در در مدل‌های مختلفی ساخته و راهی بازار می‌شوند. بعضی از آن‌ها فقط برای انجام تست کشش طراحی شده‌اند و بعضی دیگر از نوع یونیورسال هستند و برای تست کشش و فشار تک محوری و هم چنین خمش سه نقطه‌ای مناسب هستند. همچنین دستگاه تست کشش در انواع رومیزی تا ایستاده و بزرگ تولید می‌شوند. این دستگاه‌ها مجهز به یک سری امکانات هستند که عبارتند از:

  • سیستمی برای تنظیم محل و نگهداری نمونه آزمایش در وضعیت مطلوب و اندازه گیری جابجایی نمونه
  • مکانیزمی برای اعمال نیرو به نمونه آزمایش و تغییر نیرو با آهنگ کنترل شده
  • سیستمی برای اندازه گیری دقیق نیروی وارد شده

علاوه بر این، در بعضی از دستگاه‌های تست کشش، سیستم‌هایی برای اندازه گیری و ثبت دقیق تغییرات ابعاد سطح مقطع نمونه آزمایش گنجانده شده‌اند. البته عموما این گونه اندازه‌گیری‌ها با استفاده از دستگاه‌های مجزا مانند ازدیاد طول سنج و پیچش سنج که به نمونه آزمایش وصل می‌شوند، صورت می‌گیرد. برای مشاهده تست کشش کلیک کنید. بر اساس نوع بارگذاری روی نمونه، دو نوع دستگاه آزمون کشش وجود دارد:

مکانیکی

در این نوع دستگاه نرخ افزایش طول نمونه ثابت نگه داشته می‌شود.

هیدرولیکی

در این نوع دستگاه نرخ بارگذاری ثابت نگه داشته می‌شود.

نتایج تست کشش

بعد از قرار دادن نمونه در دستگاه، نیروی کششی به نمونه اعمال می‌شود تا زمانی که شکست رخ دهد. نیروی لازم برای ایجاد ازدیاد طول ثبت شده و منحنی نیرو-ازدیاد طول، به عنوان خروجی تست، رسم می‌شود. با انجام محاسبات لازم، منحنی نیرو-ازدیاد طول به تنش-کرنش تبدیل می‌شود. نمودار تنش-کرنش هر ماده یکی از مهم‌ترین اطلاعات مربوط به هر ماده است. فرمول محاسبه تنش و کرنش به شرح زیر است:

تنش   ϭ = P/A0

کرنش   ε =  ΔL/L0

نمودار تنش-کرنش فلزات شبیه به نمودار زیر است. اطلاعات زیر از نمودار تنش کرنش قابل استخراج است:

نمودار تنش-کرنش
نمودار تنش-کرنش

تنش تسلیم (Yield strenght)

تغییر شکل در مواد به دو صورت الاستیک و پلاستیک صورت می‌گیرد. تغییر شکل پلاستیک یا کشسان به تغییر شکل برگشت پذیر گفته می‌شود. در صورت اعمال تنش تا حد مشخصی این نوع تغییر شکل اتفاق می‌افتد. به این حد تنش، تنش تسلیم گفته می‌شود. در تنش‌های بالاتر از تنش تسلیم تغییر شکل به صورت پلاستیک یا مومسان رخ می‌دهد. این نوع تغییر شکل برگشت پذیر نیست و ماده پس از برداشت تنش اعمالی به شکل اولیه خود بر نمی‌گردد.

مدول الاستیک یا مدول یانگ

در محدوده تغییر شکل الاستیک رابطه‌ی بین تنش و کرنش طبق قانون هوک برقرار است. این معادله مطابق زیر است:

Ϭ = E.ε

Ϭ تنش، ε کرنش و E مدول یانگ یا مدول الاستیک مواد است. مواد با E بالاتر قابلیت فنری مناسب‌تری دارند. هر چقدر مقدار کربن در یک فولاد بیشتر باشد، مدول یانگ و قابلیت فنری آن بیشتر است. آلیاژهای فولادی فنر از جمله این آلیاژها هستند که چنین ویژگی‌ای دارند.

البته در محدوده تغییر شکل پلاستیک هم قانون هوک برقرار است و با برداشتن بار اعمالی مقداری از کرنش ماده که مربوط به قانون هوک است باقی می‌ماند. باقی کرنش وارد شده در ماده پایدار میماند و بازگشتی برای آن اتفاق نمی‌افتد.

استحکام کششی

در نمودار تنش کرنش این مقدار داکثر مقدار تنشی است که یک ماده می‌تواند تحمل کنند. استحکام کششی یا ultimate tensile strength که به طور خلاصه به UTS هم معروف است، معرف استحکام مکانیکی یک ماده است.

تنش شکست (fracture strength)

در صورتی که تغییر شکل ماده پس از UTS ادامه پیدا کند، ماده رفته رفته دچار گردنی شدن می‌شود. گردنی شدن (necking) یعنی در یک نقطه به شدت سطح مقطع ماده کم می‎شود. در ادامه این روند در نهایت ماده با شکست روبرو می‌شود. تنش در این نقطه تنش شکست است.

چقرمگی

چقرمگی مقاومت ماده در برابر شکست و میزان انرژی است که یک ماده قبل از شکست می‌تواند جذب کند. چقرمگی برابر است با سطح زیر نمودار تنش-کرنش. هر چقدر میزان استحکام و ازدیاد طول یک ماده بشتر باشد، چقرمگی آن نیز بیشتر است.

تهیه نمونه برای تست کشش

نمونه‌ها برای این آزمون به شکلی آماده سازی می‌شوند که شکست ماده در نقطه‌ی مشخصی رخ دهد. استانداردهای مختلفی برای آماده سازی نمونه کشش موجود است که برخی از آن‌ها عبارتنداز:

  • ASTM E8/E8M
  • ASTM A370
  • DIN EN ISO 6892-1
  • DIN 50125
  •  ISO 898-1

نمونه‌های تست کشش به صورت تخت، گرد و در ابعاد مختلفی قابل آماده سازی هستند. بسته به جنس ماده و شایط ابعادی نمونه قطعه یکی از استانداردهای تهیه نمونه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در شکل زیر یک نمونه تخت دیده می‌شود. ابعاد قسمت‌های مختلف یک نمونه که در یک استاندارد ذکر می‌شود در شکل زیر مشخص شده است:

نمونه تست کشش
نمونه تست کشش

شما با مطالعه این مقاله با تست کشش به طور کامل آشنا شدید. همان طور که می دانید این تست در سنجش استحکام انواع مقاطع فولادی کاربرد دارد. شما می توانید جهت آگاهی از قیمت انواع مقاطع مثل قیمت تیرآهن با مشاوران ما در آیرومارت تماس حاصل فرمایید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *