تست کشش چیست؟
یکی از متداول ترین و اصلی ترین آزمون‌های مخرب خواص مکانیکی جامدات، تست کشش (Tensile Test) است. در این آزمون نمونه تحت نیروی کششی افزاینده قرار می‌گیرد تا دچار گسیختگی شود. بارگذاری بصورت مکانیکی یا هیدرولیکی انجام میشود. سیستم بارگذاری معمولاً مجهز به ثبت‌کنندهٔ تغییرات تنش-کرنش است. این آزمون برای بدست آوردن خصوصیات مواد برای طراحی و یا تطبیق با ملزومات کاربرد خاص انجام میشود بنابراین می‌تواند یک آزمون کمی یا کیفی باشد. معمولاً نتایج تست کشش شامل تنش تسلیم Ys و استحکام نهایی UTS از روی نمودار تنش-کرنش و ازدیاد طولی نسبی توسط اکستنسومتر یا گیج مارک اندازه گیری می‌شوند.
این آزمون به مهندسان و محققان کمک می‌کند تا رفتار مواد تحت بارهای کششی را درک کنند و مواد مناسب برای کاربردهای خاص را انتخاب کنند.
فهرست مطالب
جهت اطلاع از هزینه تست کشش و آشنایی با خدمات دستگاه های مختلف از 200 کیلوگرم تا 200 تن به صفحه “آزمایشگاه تست کشش” جهاد شریف مراجعه فرمایید.
هدف از تست کشش
تصویر دستگاه تست کشش و نحوه قرارگیری نمونه کشش داخل فک های دستگاه
دستگاه تست کشش
دستگاه تست کشش تک محوری برای ارزیابی خواص مکانیکی مواد، به ویژه استحکام کششی و الاستیسیته آن‌ها استفاده میشود. این دستگاه به طور معمول شامل اجزای زیر است:
- فک‌ها: دو فک که نمونه مورد آزمایش بین آن‌ها قرار می‌گیرد. یکی از فک‌ها ثابت و دیگری متحرک است.
- سیستم جابجایی: این سیستم فک متحرک را حرکت می دهد تا نیروی کششی یا فشاری به نمونه اعمال شود.
- حسگرها: حسگرهای نیرو (لودسل) و جابجایی برای اندازه‌گیری نیروی وارد شده و تغییر شکل نمونه استفاده می‌شوند.
- سیستم کنترل و نمایش: این سیستم اطلاعاتی مانند نیروی اعمال شده و تغییر شکل را جمع‌آوری و نمایش می‌دهد.
مراحل کار با دستگاه کشش:
- آماده‌سازی نمونه: نمونه مورد نظر به اندازه مناسب برش و ماشین کاری میشود و یا بصورت کامل (Full-size) در فک‌های دستگاه قرار می‌گیرد.
- اعمال کشش: فک متحرک به آرامی به سمت جلو حرکت می‌کند و کشش به نمونه اعمال میشود.
- اندازه‌گیری: در حین کشش، حسگرها نیروی وارد شده و تغییر شکل نمونه را ثبت می‌کنند.
- تحلیل داده‌ها: داده‌های جمع‌آوری شده به منظور محاسبه خواص مکانیکی مانند استحکام تسلیم و نهایی، مدول الاستیسیته و ازدیاد طول نسبی تحلیل می‌شوند.
انواع نمونه سازی تست کشش
نمونه های ماشین کاری شده طبق استانداردهای مربوطه بصورت دمبلی گرد یا تخت ساخته می شوند. در صورت محدودیت در طول نمونه، نمونه سازی اصطلاحاً بصورت ساب سایز (Sub-size) انجام می شود. همچنین نمونه ها بعضاً با مقطع کامل کشیده می شوند که از جمله این نمونه ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-میلگرد Rebar
-پیچ Bolt-Stud-Rod
-لوله Pipe-Tube
–سیم، مفتول Wire-String
-میله Bar
برخی از متداول ترین استانداردهای تست کشش و نمونه سازی فلزات مختلف عبارتند از:
| عنوان | موضوع |
| ASTM E8/E8M | تست کشش |
| ASTM A370 | تستهای مکانیکی محصولات فولادی |
| DIN EN ISO 6892-1 | جایگزین DIN EN 10002-1 تست کشش |
| DIN 50125 | نمونه سازی کشش |
| ISO 898-1 | خواص مکانیکی پیچ ها |
در زیر چند نمونه کشش دمبلی ساخته شده طبق استاندارد ASTM A370/E8 ، ISO 6892/DIN 10002 و JIS Z2201 نمایش داده شده است:
استاندارد تست کشش ASTM آمریکا
استاندارد ASTM E8 و E8M برای آزمایش تک محوری فلزات در دمای اتاق تعیین شده است. این استاندارد خواص کششی نظیر استحکام تسلیم و نهایی و همچنین ازدیاد طول، کرنش در هنگام شکست و کاهش سطح مقطع در نمونه را تعیین می کند. ASTM D638 برای تعیین خواص کششی پلیمرها و پلاستیک ها تعیین شده است. سایر استانداردهای ASTM برای آزمایش کشش برای مواد مختلف عبارتند از ASTM-D76، ASTM-D412، ASTM-D828، ASTM-D1876.
طول گیج و رابطه آن با سطح مقطع کشش
در استانداردهای مختلف طول گیج نمونه بصورت متناسب با سطح مقطع (Proportional) و مستقل از سطح مقطع (Non-proportional) تعریف می شود.
معمولا در استانداردهای اروپایی و ایزو، طول گیج با سطح مقطع اولیه رابطه مستقیم دارد. البته در برخی موارد نظیر ورق های ضخامت پایین از نمونه های غیر متناسب استفاده میشود. فرمول مورد استفاده برای بیان این رابطه به شرح زیر است:
که در آن L0 طول گیج، A0 سطح مقطع اولیه و k مقدار ثابت است که در هر استانداردی متفاوت است. در استاندارد های DIN/EN/ISO این مقدار برابر با 5.65 است که در نمونه های گرد معادل 5 برابر قطر اولیه خواهد بود.
در استانداردهای آمریکایی نظیر A370 و E8 طول گیج برای نمونه های ساخته شده در ابعاد مختلف بصورت یک عدد ثابت تعریف می شود. در نمونه های گرد این نسبت معمولا 4 برابر یا 5 برابر قطر اولیه است.
در ادامه چند نمونه کشش دمبلی گرد طبق استانداردهای مختلف امریکایی و آلمانی آورده شده است:
نتایج حاصل از تست کشش
به طور کلی پارامترهایی که از آزمون کشش تک محوری قابل استخراج هستند به شرح زیر است:
- تنس تسلیم یا استحکام تسلیم (Ys:Yield Strength)
- استحکام کششی (Us) یا استحکام نهایی (UTS: Ultimate Strength)
- درصد ازدیاد طول نسبی (e%: Elongation)
- مدول الاستیک (E) یا مدول یانگ (Y)
- نمودار تنش-کرنش مهندسی (σ-ε) یا نیرو-جابجایی (F-D)
- چقرمگی یا سطح زیر منحنی تنش کرنش
- رفتار تسلیم ماده نظیر باند لودرز و استحکام تسلیم بالا و پایین
برخی از موارد فوق در نمودار زیر به نمایش در آمده است:
ملاحظات تست کشش
- نتایج تست کشش نمونه‌های ماشین کاری شده با ابعاد استاندارد از قسمتهای انتخاب شده ماده ممکن است کاملاً بیانگر استحکام و میزان چکش‌خواری تمام محصول یا رفتار آن در هنگام عمل در محیطهای مختلف نباشد. ولی به هر حال این آزمایشات بطور رضایت‌بخشی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- نمونه‌های آزمون که بطور نامناسب آماده شده باشند، اغلب باعث ایجاد خطا در نتایج می‌شوند. بنابراین بسیار مهم است که در آماده‌سازی نمونه‌های کشش دقت لازم مبذول گردد.
- قسمت فک گیر نمونه کشش با توجه به محدودیت های هر دستگاه ساخته میشود و در برخی موارد بصورت رزوه دار ماشین کاری شده و توسط فیکسچر تحت آزمون کشش قرار می گیرد.
- سرعت یا نرخ کرنش نیز بر رفتار کششی مواد موثر است و می بایست باتوجه به جنس و ساختار فلز تحت آزمون، در محدوده الاستیک و پلاستیک تنظیم شود.