آزمون های مکانیکی دسته ای از روش های آنالیز هستند که به بررسی خواص مکانیکی مواد در محیط های گوناگون میپردازند. در آزمون های مکانیکی از دستگاه ها و روش های مختلف استفاده میشود تا خواص متفاوت تعیین شوند. تست کشش به منظور بررسی استحکام کششی نمونه، تست شارپی به منظور مطالعه چقرمگی نمونه و تست سختی ویکرز میزان سختی آن را نشان میدهد.
برخی از آزمون های مکانیکی به طور همزمان اطلاعاتی در مورد چند خواص مکانیکی متفاوت میدهند. برای مثال، آزمون کشش استحکام کشش نهایی مواد، استحکام تسلیم، مدول الاستیسیته و اطلاعاتی کلی در مورد میزان ترد بودن ماده را میدهد. این اطلاعات از نمودار تنش کرنش و نحوه شکست ماده به دست می آید. برخی از خواص مکانیکی بر اساس نوع ماده، با چند آزمون متفاوت قابل اندازه گیری هستند. برای مثال، چقرمگی را میتوان با آزمون ضربه شارپی یا ایزود تعیین کرد یا آزمون سختی به روش های ویکرز، برینل با راکول قابل انجام است. تفاوت های بین این آزمون های مکانیکی به مهندسین کمک میکند تا بهترین طراحی آزمون را برای هر ماده و هر کاربرد به دست بیاورند.
به کارگیری موثر فلزات و مواد دیگر در کاربرد های مهندسی به دو عامل بستگی دارد. عامل اول قابلیت ذاتی ماده مورد استفاده برای استفاده در کاربرد صنعتی و عامل دوم دقت طراح در طراحی شکل نهایی محصول با توجه به مصرف مد نظر است. هر دو این عوامل را میتوان در انتهای مرحله طراحی به وسیله آزمون های مکانیکی سنجید. خواص مکانیکی به طور کلی عبارت از مجموعه نیرو (یا تنش) های اعمال شده روی ماده و مقاومت ماده در برابر تغییر شکل یا شکست است.
آزمون سختی
خواص مکانیکی بررسی شده در آزمون های مکانیکی به سه عامل ریزساختار، شبکه کریستالی و ترکیب شیمایی و عنصری ماده بستگی دارند. عوامل ریزساختاری شامل اندازه دانه، توزیع فازی، مقدار فاز ثانویه میشوند. شبکه کریستالی به نحوه چیدمان عناصر و ترکیب شیمیایی ماده به میزان ناخالصی و درصد عناصر آلیاژی مرتبط میشوند. به عنوان مثال، یک رابطه بسیار شناخته شده در این خصوص، رابطه معکوس بین اندازه دانه و تنش تسلیم است که به رابطه هال-پچ معروف است. اهمیت تغییرات کوچک ریزساختاری و شیمیایی در کارکرد مواد و عمر قطعه موجب اهمیت بالای آزمون های مکانیکی در طراحی قطعه میشود.
آزمون کشش یکی از معمول ترین آزمون های برای بررسی خواص مواد است. در ساده ترین شکل آن، در آزمون های مکانیکی کشش تک محوره ، نمونه قرار گفته در گیره های دستگاه از سمت دیگر با گیره دیگری، محکم نگه داشته میشود. سپس نیروی کششی به نمونه اعمال میشود که منجر به افزایش طول تدریجی و شکست نهایی نمونه تست میشود. طی انجام این آزمون، داده های مربوط به نیرو و جابجایی، ضبط شده و معیاری از نحوه تغییر شکل نمونه تحت بار میشود.
آزمون کشش
بوسیله این داده ها میتوان به برخی خواص مکانیکی ماده دست یافت. خواصی از جمله مدول الاستیک و ضریب پواسون، استحکام تسلیم و استحکام نهایی، میزان تغییر طول و کاهش سطح مقطع و خواص کرنش سختی ماده را میتوان به دست آورد. از این خواص میتوان برای کنترل کیفیت تولید، درجه بندی عملکرد و برای بررسی آلیاژهای جدید استفاده کرد.
تست پیچش یکی از آزمون های مکانیکی معمول برای بررسی و گزارش خواص مکانیکی برشی نمونه ها است. مدول الاستیک در برش، استحکام تسلیم برشی، استحکام نهایی برشی، مدول پارگی در برش و چقرمگی تعدادی از خواص قابل اندازه گیری توسط این آزمون هستند. در آزمون پیچش ، بر خلاف آزمون های فشاری و کششی، مشکل ایجاد اصطکاک بین نمونه و قالب یا نگهدارنده دستگاه وجود ندارد. از میان آزمون های مکانیکی ، تست پانچ برشی نیز روشی دیگر برای بررسی برخی خواص مکانیکی برشی در ورق ها است. در این روش یک پانچ و یک قالب وجود دارد که در سیستمی مشابه دستگاه های پرس بریک، پانچ به کمک قالب، ایجاد سوراخ در ورق میکند. نیروی برشی و جابجایی در نتیجه اعمال نیرو محاسبه و ضبط شده و مبنای بررسی خواص ماده قرار میگیرد.
بارگذاری فشاری در بسیاری از کاربرد های مواد انجام میشود، بنابراین محاسبه تغییرات ماده با اعمال فشار از اهمیت بالایی برخوردار است. این کاربرد ها شامل برخی از موارد روزمره مثل مصالح ساختمانی بتنی و فولادی و صنایع دیگر از جمله نورد و آهنگری قطعات میشود. برای تشخیص پاسخ قطعه به نیروهای فشاری، باید تست هایی انجام شود که رفتار فشاری مواد را بررسی کنند. نتایج این تست ها پارامترهای مناسب طراحی برای موارد یاد شده را مشخص میکنند.
تست فشار
آزمون های مکانیکی فشاری نسبت به آزمون کشش مزایایی نیز دارند. در آزمون کشش ، با اعمال کرنش بیش از حد مشخصی برای هر ماده، نمونه دچار باریک شدن میشود. بنابراین آزمون کشش محدودیت اعمال کرنش دارد، درحالی که با تست فشار میتوان نتایج اعمال کرنش های بسیار زیاد را در ماده، مشاهده کرد. نمونه های طراحی شده برای آزمون کشش نیز پیچیدگی زیادی دارند، در حالی که طراحی نمونه فشار سهولت بیشتری دارد.
آزمون های مکانیکی دما بالا به سه دسته عمده تقسیم میشوند. آزمون هایی که مدت زمانی برابر آزمون های عادی دارند و در دمای بالا انجام میشوند. آزمون هایی نیز هستند که در دمای بالا برای مدت زمانی طولانی انجام میشوند. دسته اول آزمون های مکانیکی دما بالا روی موادی انجام میشوند که برای مدتی در دمای بالا قرار گرفته اند. برخی خواص ریزساختاری و متالورژیکی مواد مختلف در دمای بالا دستخوش تغییراتی میشود. این تغییرات موجب تغییر خواص مکانیکی میشود که توسط این آزمون ها مورد مطالعه قرار میگیرند.
دسته دوم آزمون ها برای مطالعه خواص خزش ماده انجام میشوند. خزش، رفتاری است که ماده در دمای بالا و بارگذاری نرخ تنش پایین از خود نشان میدهد. خزش موجب کرنش پلاستیک مواد، زیر محدوده الاستیک میشود و بنابراین تست خزش در رابطه با موادی که در دمای بالا قرار میگیرند از اهمیت بالایی برخوردار است.
تست سختی
لازم به ذکر است که بررسی های آزمون های مکانیکی مواد در دمای پایین نیز در رابطه با موادی که برای مدتی طولانی در دماهای پایین قرار میگیرند، اهمیت دارد. در بسیاری از موارد، منظور از دمای پایین دمای زیر صفر است که در مصارف هوا فضا، کپسول های گاز مایع و برخی تجهیزات فوق رسانا اهمیت دارد. در این دما، برای بسیاری از مواد، به خصوص مواد با ساختار بلوری غیر FCC ، مکانیسم غالب شکست، شکست ترد میشود.
آزمون سختی ، معمولا قابلیت مواد را برای مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک در برابر اعمال نیروی متمرکز توسط یک ایندنتر بررسی میکنند. ایندنتر مدنظر، قطعه ای با طراحی خاص و از قبل تعیین شده است که با نیرویی از پیش تعیین شده به ماده اعمال نیرو میکند. همچنین سختی ماده معیاری از مقاومت ماده در برابر اعمال بار فشاری میتواند باشد. ایندنتر سختی میتواند شکل کروی (برینل) ، هرمی (ویکرز و کنوپ) یا مخروطی (راکول) داشته باشد. هر کدام از این ایندنترها برای ماده ای خاص استفاده میشوند. همچنین این دسته آزمون های مکانیکی را میتوان به آزمون میکروسختی و آزمون نانوسختی نیز تقسیم کرد.
چقرمگی عبارت از قابلیت مواد در جذب انرژی است. چقرمگی معمولا با اندازه گیری سطح زیر نمودار تنش کرنش انجام میشود. چقرمگی شیار نیز قابلیت مواد در جذب انرژی تحت اعمال ضربه در حضور شیار در نمونه است. آزمون های این دسته از قبیل آزمون ضربه شارپی، این معیار را اندازه گیری و بررسی میکنند. یکی از خواص مهمی که توسط این دسته آزمون ها مورد بررسی قرار میگیرد، رفتار استحاله تردی به نرمی ماده با افزایش دمای ماده است.
آزمون خستگی به منظور بررسی و گزارش رفتار خستگی ماده انجام میشود. خستگی یک خرابی متمرکز و پیشرونده در بخشی از ساختار است که در برابر کرنش های چرخه ای رخ میدهد. این کرنش های چرخه ای یا سیکلی در تنش هایی زیر استحکام تسلیم ماده موجب تخریب میشوند. آزمون های خستگی یک آلیاژ به وسیله مجموعه ای از تست ها در محدوده ای از شدت تنش یا تنش انجام میشود تا نمودار خستگی به دست بیاید.
تست خستگی
فرمت یک راه حل نوین جهت رفع نیازهای صنعتی است. هدف فرمت ایجاد بستری برای معرفی، بررسی و مقایسه ی خدمات صنعتی ارائه شده توسط ارائه دهندگان مختلف و انتخاب بهترین راه حل جهت رفع مشکلات و پاسخگویی به نیازهای صنایع مختلف است.
آدرس: تهران، خیابان آزادی، دانشگاه صنعتی شریف
ایمیل: info@formmat.ir
