تست کشش ، کنترل کیفیت خواص مکانیکی مقاطع فولادی

تست کشش یکی از آزمون‌های مخرب متالورژیکی است که برای تعیین خواص مکانیکی مواد، به‌ویژه فولاد، انجام می‌شود. در این تست، نمونه تا نقطه شکست تحت کشش قرار می‌گیرد و داده‌های مهمی مانند تنش تسلیم و تنش شکست از نمودار تنش کرنش استخراج می‌شود. این اطلاعات در صنایع حساس مانند هوافضا برای پیشگیری از خطرات احتمالی ضروری هستند.

برای آشنایی بیشتر با تست کشش و کاربردهای آن، مقاله آیرومارت را مطالعه کنید!

تست کشش چیست؟

تست کشش با دستگاهی مجهز به فک‌های متحرک انجام می‌شود که با کشیدن نمونه، رفتار ماده را ثبت می‌کند. خروجی این آزمایش، نموداری است که اطلاعات مهمی را ارائه می‌دهد. این دستگاه با ظرفیت‌های مختلف تا ۱۰۰ تن، برای بررسی استحکام مقاطع فولادی مانند میلگرد کاربرد دارد.

بیشتر بخوانید: قیمت میلگرد آجدار

مواردی که می‌توان با تست کشش میلگرد و دیگر مقاطع تعیین کرد:

• تنش تسلیم، استحکام تسلیم
• ازدیاد طول
• استحکام کشش نهایی
• کاهش سطح مقطع

تست کششی به دلایل مختلفی انجام می‌شود:

• انتخاب مواد در کاربردهای مهندسی
• تعیین ضریب ارتجاعی مواد
• پیشبینی رفتار مواد، تحت انواع نیرو
• اطمینان از کیفیت و استحکام مواد
• استفاده از این فرآیند در توسعه و مقایسه مواد
• شناسایی میزان تمایل مواد به انعطاف‌پذیری، جهت سنجش میزان تغییر شکل ماده قبل از شکستگی

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

تست کشش ورق فولادی، تست کشش میلگرد کاشته شده و انواع مقاطع فولادی پراستفاده، از جمله انواع کاربرد تست کشش در صنعت به شمار می‌روند.

انواع دستگاه تست کشش

برخی از انواع آن فقط برای تست کشش طراحی شده‌اند، در حالی که مدل‌های یونیورسال برای آزمایش کشش، فشار تک‌محوری و خمش سه‌نقطه‌ای کاربرد دارند. این دستگاه‌ها در اندازه‌های مختلف، از رومیزی تا ایستاده و بزرگ، تولید می‌شوند.

از جمله امکانات این دستگاه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

• 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 اندازه‌گیری 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.

در مجموع می‌توان این دستگاه‌ها را به موارد زیر تقسیم کرد؛

• مکانیکی: در این نوع دستگاه نرخ افزایش طول نمونه ثابت نگه داشته می‌شود.
• دستگاه کشش هیدرولیکی: در این نوع دستگاه نرخ بارگذاری ثابت نگه داشته می‌شود. دستگاه هیدرولیکی دارای یک صفحه دایره‌ای شکل درجه‌بندی است که نیرو را اندازه می‌گیرد. جک دستگاه با فشار روغن حرکت می‌کند. همزمان پیستون حرکت کرده و عقربه نیروسنج نیز می‌چرخد.
• دستگاه تست کشش یونیورسال: دستگاه تست کشش یونیورسال قابلیت انجام تست‌های کشش، فشار، خستگی و خمش را دارد. علاوه بر فولاد، برای آزمایش موادی مانند پلیمر، پلاستیک، لاستیک، سیم، کابل و پیچ نیز استفاده می‌شود. این دستگاه نسبت به سایر مدل‌ها دقت بالاتری دارد.

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 می‌گردد و منحنی نیرو-ازدیاد طول، به عنوان خروجی تست، رسم می‌شود.

با انجام محاسبات لازم، منحنی “نیرو-ازدیاد طول” به منحنی “تنش-کرنش” تبدیل می‌شود. نمودار تنش-کرنش هر ماده یکی از مهم‌ترین نمودارها به شمار می‌رود که نتایج بسیار مهمی درباره ماده می‌دهد. فرمول محاسبه تنش و کرنش به شرح زیر است:

تنش   ϭ = P/A_۰

کرنش   ε =  ΔL/L_۰

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

نمودار تنش – کرنش

تنش تسلیم (Yield strenght)

تغییر شکل در مواد به دو صورت الاستیک و پلاستیک صورت می‌گیرد. عبارت تغییر شکل پلاستیک یا کشسان، به تغییر شکل برگشت‌پذیر اطلاق می‌شود. در صورت اعمال تنش تا حد مشخصی این نوع تغییر شکل اتفاق می‌افتد.

این حد تنش، تنش تسلیم نام دارد. در تنش‌های بالاتر از تنش تسلیم تغییر شکل به صورت پلاستیک یا مومسان رخ می‌دهد. این نوع تغییر شکل، برگشت‌پذیر 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 به شمار می‌روند 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 است و بازگشتی برای آن اتفاق نمی‌افتد.

استحکام کششی

در نمودار تنش کرنش تست کشش، این مقدار حداکثر 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 گردنی‌شدن 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 (تافنس) مقاومت ماده در برابر شکست و میزان انرژی است که یک ماده قبل از شکست می‌تواند جذب کند. تافنس 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

نمونه‌ها برای این آزمون به شکلی آماده‌سازی می‌شوند که شکست ماده در نقطه‌ی مشخصی رخ دهد. چندین استاندارد تست کشش فولاد برای آماده سازی نمونه موجود است که برخی از آن‌ها عبارتند از:

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

نمونه‌های تست کشش فولاد را می‌توان به صورت تخت، گرد و در ابعاد مختلفی آماده‌سازی کرد. به عنوان مثال، در استاندارد ASTM E8/E8، ابعاد استاندارد نمونه تست کشش ذکر شده‌است.

بسته به جنس ماده و شرایط ابعادی 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 شده‌است:

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. بررسی خواص مکانیکی و عملکرد مقاطع فولادی از جمله مسائل بسیار مهم حین خرید مقاطع به ویژه میلگرد است.

آیرومارت به درخواست مشتری انواع تست های کنترل کیفی چون تست کشش را بر کالای مورد نظر شما انجام می‌دهد. این مجموعه همچنین در زمینه ارائه مقاطع فولادی، خدماتی چون برش، خمکاری و جوشکاری فعالیت دارد.

شما می توانید جهت آگاهی از قیمت انواع مقاطع مثل قیمت تیرآهن از طریق شماره تلفن ۰۲۱۴۵۳۰۶ با مشاوران ما در آیرومارت  (پیشرو صنعت نفت آسیا) تماس حاصل فرمایید.

منبع: twi-global