آزمون کشش

آزمون کشش (Tensile test) جزو آزمون های مکانیکی بوده به منظور آنالیز قطعات و به دست آوردن اطلاعاتی در مورد استحکام مواد به کار می رود. تست کشش به این صورت انجام می شود که نمونه تحت نیروی کششی قرار می گیرد تا استحکام کششی آن بررسی شود. نیروی کششی اعمالی در تست کشش ، به صورت پیوسته زیاد می شود و به صورت یک بعدی به نمونه اعمال می گردد.

آزمون کشش یک تست مخرب است چرا که نمونه تحت نیروی کششی تا نقطه شکست پیش می رود. نتایج حاصل از آزمون کشش برای مهندسین اهمیت زیادی دارد. به این دلیل که اگر یک قطعه فلزی بشکند و یا حتی تغییر شکل پلاستیک داشته باشد، دیگر کارایی نخواهد داشت.

دستگاه تست کشش

به همین دلیل اطلاعات به دست آمده از آزمون کشش به خصوص اطلاعات مربوط به تنشی که تغییر شکل پلاستیک در آن آغاز می شود، بسیار مهم و کاربردی خواهد بود.

آماده سازی نمونه در آزمون کشش

آماده سازی نمونه در دقت نتایج حاصل از آزمایش کشش تاثیر به سزایی دارد. مقطع نمونه ها یا باید کامل باشد و یا تحت ماشین کاری قرار گیرد. نمونه هایی که ماشین کاری می شوند، طبق استانداردهای موجود به صورت گرد و یا تخت درمی آیند. هم چنین بعضی از نمونه با مقطع کامل کشیده می شوند مانند میلگرد، پیچ، لوله، مفتول و سیم.

از جمله استانداردهایی که در تست کشش و آماده سازی نمونه برای انجام آن استفاده می شود می توان به استاندارد ASTM E8/E8M که مربوط به تست کشش است و استاندارد DIN 898-1 که مربوط به نمونه سازی آزمون کشش است، اشاره کرد.

چند نمونه آماده شده برای انجام آزمون کشش

نمونه هایی که قرار است آزمون کشش روی آن ها انجام شود، باید به صورتی شکل دهی شوند که شکست در منطقه “طول گیج” رخ دهد. طول گیج قسمتی از نمونه است که ازدیاد طول در اثر اعمال نیروی کششی در آن رخ می دهد و برای بررسی تغییر شکل نمونه استفاده می شود. دو قسمت بازوی نمونه از دو طرف به فک های دستگاه متصل می شوند. بازوهای نمونه باید به اندازه ای باشند که هم به راحتی در دستگاه قرار گیرند و هم طی انجام آزمون کشش لغزش نداشته و ثابت باشند.

نمونه آماده شده برای آزمایش کشش که منطقه طول گیج نیز در آن مشخص شده است.

نمونه توسط گیره دستگاه تنسایل به آن متصل می شود. گیره ها انواع مختلفی دارند که ساده ترین نوع آن ها گره گوه ای شکل است. گیره های گوه ای بازوهایی با سطوح مضرس دارند تا در نمونه فرو رود و آن را محکم نگه دارد. در هنگام استفاده از گیره های گوه ای برای نمونه های تخت، باید در هم راستا کردن نمونه دقت عمل به خرج داد. هم چنین این نکته را نیز باید مدنظر داشت که گیره های گوه ای برای نمونه های خیلی سخت مناسب نیستند. چرا که ممکن است هنگام اعمال نیروی کششی ، قطعه در گیره بلغزد.

نحوه انجام تست کشش

نمونه بعد از آماده سازی و قرار گرفتن در دستگاه تست کشش ، تحت اعمال نیروی کششی قرار می گیرد. اعمال نیرو تا زمانی که در قطعه شکست رخ دهد ادامه پیدا می کند. نیروی موردنیاز برای افزایش طول، ثبت شده و نمودار نیرو بر حسب ازدیاد طول رسم می گردد.

شماتیک نحوه انجام تست کشش

دستگاه تست کشش

دستگاه تنسایل می تواند انواع مختلفی داشته باشد. چرا که این دستگاه نه فقط برای انجام آزمون کشش بلکه برای تست های دیگری شامل تست فشار ، تست خمش نقطه ای و غیره نیز کاربرد دارد. هم چنین دستگاه تست کشش می تواند در ابعاد کوچک و برای اعمال نیروهای کم و یا در ابعاد بزرگ و برای اعمال نیروهای عظیم تر به کار رود. دستگاه تنسایل می تواند نیرویی به اندازه 500 نیوتون تا یک مگانیوتون را وارد کند.

دستگاه تست کشش

دستگاه تست کشش بر اساس نوع نیروی اعمالی به نمونه به دو دسته دستگاه تست کشش مکانیکی و هیدرولیکی تقسیم بندی می شوند. نوع مکانیکی دستگاه تنسایل ، قسمتی دارد که نیرو وارد می کند و به آن یک یا چند پیچ متصل است و پیچ ها در اثر چرخش یک مهره، به حرکت در می آیند. این دستگاه در هنگام انجام آزمون کشش ، نرخ افزایش طول را ثابت نگه می دارد.

دستگاه آزمون کشش هیدرولیک

دستگاه تست کشش هیدرولیکی حاوی پیستونی است که درون سیلندر دارای روغن قرار گرفته و وظیفه اعمال نیرو را بر عهده دارد. در این دستگاه، نرخ بارگذاری نیرو ثابت است.

کاربرد آزمون کشش

همان طور که پیش تر نیز اشاره شد، آزمون کشش برای به دست آوردن اطلاعاتی در مورد استحکام کششی فلزات و مواد مختلف استفاده می شود. از نتایج حاصل از تست کشش می توان مشخصات مختلف یک نمونه را به دست آورد. این مشخصات شامل مدول الاستیک، ازدیاد طول در اثر اعمال نیرو، تنش تسلیم و تنش نهایی قطعه، ضریب سخت شوندگی و غیره هستند. این آزمون برای بررسی های خواص مکانیکی فلزات و آلیاژهای مختلف و هم چنین کنترل کیفی جوشکاری کاربرد دارد.

خدمات آزمون کشش

خدمات آزمون کشش در مراکز و موسسات تحقیقاتی به منظور بررسی خواص مکانیکی و آنالیز قطعات از لحاظ استحکام کششی انجام می شود.

انجام خدمات آزمون کشش توسط اپراتور

 گرفتن نمونه از مشتری، آماده سازی نمونه برای انجام آزمون کشش ، قرار دادن نمونه در دستگاه تنسایل ، اعمال نیروی مناسب با نمونه و انجام آزمایش و در نهایت تحویل نتایج موردنیاز به مشتری از جمله خدمات آزمون کشش هستند. از خدمات آزمون کشش می توان برای آنالیز قطعات فلزی، آلیاژها و انواع مختلف مواد و بررسی خواص مکانیکی و استحکام کششی آن ها بهره برد.

هدف از انجام تست کشش

با انجام تست کشش می توان مشخصه های کششی قطعه مورد نظر را به دست آورد. منحنی به دست آمده از آزمون کشش ، به بررسی رفتار قطعه در مقابل نیروی کششی کمک می کند. حداکثر تنش در نمودار استحکام نهایی مشخص می شود و این، پارامتر مهمی در بررسی استحکام کششی محسوب می شود. مدول الاستیسیته نیز از جمله پارامترهایی است که در آزمایش کشش می توان به آن دست یافت. مدول الاستیسیته معیار سفتی ماده بوده و فقط در ناحیه خطی منحنی اعمال می شود.

انجام آزمون کشش

در مراحل اولیه آزمون، ازدیاد طول نمونه خطی بوده و از قانون هوک که به صورت زیر بیان می شود، پیروی می کند.

σ=Ee

در رابطه بالا، E مدول الاستیک یا مدول یانگ، σ تنش مهندسی و e کرنش مهندسی است.

وقتی در منطقه خطی نمونه تحت بار قرار می گیرد، با برداشتن نیرو، دوباره به حالت اول خود برمی گردد. اما قسمتی از منحنی دیگر به صورت خطی نبوده و از قانون هوک نیز پیروی نمی کند. در این منطقه، تغییر شکل دائمی در نمونه به وجود می آید. این نقطه با نام ” حد الاستیک یا حد تناسب” شناخته می شود. بعد از منطقه الاستیک، افزایش نیروی بیشتر و اعمال بار بیشتر به نمونه، باعث تغییر شکل پلاستیک آن می شود. در منطقه پلاستیک، با برداشتن بار یا نیرو، قطعه به حالت قبلی خود برنمی گردد.

نمودار تنش-کرنش نشاندهنده فرآیند آزمون کشش

استحکام تسلیم ، تنشی را نشان می دهد که در آن تغییر شکل پلاستیک رخ می دهد. در واقع اولین نقطه ای که در آن تغییر شکل مومسان رخ می دهد و سطح تنشی که در این نقطه آغاز می شود را استحکام تسلیم گویند. تعیین نقطه ای که در آن انتقال تدریجی رفتار الاستیک به رفتار پلاستیک اتفاق می افتد، دشوار است. معیار های مختلفی مانند دقت اندازه گیری کرنش و استفاده مفهومی از داده ها برای تعیین نقطه تسلیم قطعه استفاده می شوند. از جمله روش های رایج برای اندازه گیری استحکام تسلیم ، روش کرنش آفست (offset strain2%) است. این روش به این صورت می باشد که از نقطه 0.2 % روی محور x خطی موازی با قسمت خطی نمودار رسم می شود. محل تقاطع این خط با منحنی تنش-کرنش نقطه تسلیم و نشان دهنده استحکام تسلیم می باشد.

تحلیل نتایج آزمایش کشش

بعد از اینکه نمونه در داخل دستگاه تست کشش قرار داده شد، نیرو به آن اعمال شده و شکست رخ می دهد. منحنی نیروی اعمالی بر حسب افزایش طول نمونه رسم می شود و با استفاده از فرمول های زیر، منحنی تنش-کرنش نیز رسم می شود.

σ = P/A₀ (تنش مهندسی)

e = ΔL/L₀ (کرنش مهندسی)

نمایی از قطعه قرار گرفته در دستگاه تنسایل

باید به این نکته توجه داشت که، نتایج آزمایش کشش نمونه هایی که ماشین کاری روی آن ها انجام شده است، با ابعاد استاندارد از قسمت های انتخاب شده ممکن است استحکام و میزان چکش خواری تمام قطعه یا رفتار آن هنگام قرار گرفتن در محیط های مختلف را به طور کامل بیان نکند. اما آزمایش کشش به طور رضایت بخش و مفیدی مورد استفاده قرار می گیرد.

هزینه آزمون کشش

هزینه آزمون کشش بسته به اینکه نمونه مورد نظر چه ابعادی دارد و چه مقدار نیرو لازم است تا به آن اعمال شود، بستگی دارد. آماده سازی نمونه به دو صورت می تواند هزینه آزمون کشش را تحت تاثیر قرار دهد.

قطعه قرار گرفته تحت آزمون کشش

اگر نمونه برای قرار گرفتن در دستگاه نیاز به ماشین کاری داشته باشد، این خود به صورت جدا هزینه آزمون کشش را افزایش می دهد. از طرفی اگر آماده سازی نمونه به درستی و با دقت انجام نشود، نتایج آزمون کشش با دقت پایینی به دست می آیند و این تست نیاز به تکرار خواهد داشت. به همین دلیل اگر در آماده سازی نمونه دقت عمل و تمرین کافی نداشته باشید، باعث می شود هزینه آزمون کشش بیشتری متحمل شوید.