اولین تستی که قرار است آن را به طور اختصاصی بررسی کنیم تست کشش است. در مطلب انواع تست پلیمر ها اشاره کردیم که یکی از مهم ترین و قابل استناد ترین تست ها تست کشش است. با فیلامنت 1001 همراه باشید تا با تست کشش آشنا شوید.
تست کشش چیست؟
تست کشش که با عنوان آزمایش تنش نیز شناخته می شود، اساسی ترین نوع آزمون مکانیکی است که می توان روی یک ماده انجام داد. به زبان ساده در این تست با کشیدن ماده توسط فک های دستگاه کشش، می توان واکنش آن را در برابر نیروهای اعمالی تعیین نمود. مشخصا هنگامی که ماده کشیده می شود، می توان به استحکام کششی (UTS) و ازدیاد طول (EL) آن ماده دست یافت.
در مراحل اولیه آزمون ارتباط بین بار وارد شده و ازدیاد طول نمونه، به صورت خطی است. اگر نمونه ای در این ناحیه خطی تحت بار قرار گیرد، با برداشتن بار دقیقا به همان شرایط قبل از بارگذاری بازمی گردد. این ناحیه، به ناحیه الاستیک معروف است.
پس از این ناحیه، با افزایش بیشتر نیرو ماده وارد ناحیه‌ی تغییر شکل پلاستیک می شود.
در این ناحیه با برداشتن نیرو، ماده به شرایط قبل از اعمال نیرو باز نخواهد گشت. نقطه ای که در آن تغییر شکل از حالت الاستیک وارد پلاستیک می شود به «حد الاستیک، حد تناسب یا نقطه تسلیم» معروف است.
تست کشش معمولا تا شکست قطعه ادامه می یابد تا نمودار نیرو-جابجایی و بعد از آن تنش-کرنش به شکل کامل به دست آید.
روش نمونه سازي:
بر حسب ضخامت نمونه ها، می توان از یکی از 5 شکل دمبل شرح داده شده در زیر استفاده کرد.
پلاستیکهای سخت و نیمه سخت:
نوع دمبل l براي شیتهاي با ضخامت 7 میلی متر و کمتر استفاده می شود.
دمبل ll، زمانی استفاده می شود که نمونه های نوع l در جریان آزمون کشش در قسمت نواري شکل خود پاره نشوند.
دمبل lll براي شيتهاي با ضخامت بالاتر از 7 میلی متر و کمتر از 14 میلی متر استفاده می شود.
پلاستیکهای غیر سخت:
دمبل lV براي نمونه هاي با ضخامت 4 میلی متر یا کمتر استفاده می شود.
دمبل III براي نمونه هاي با ضخامت بالاتر از 7 میلی متر و کمتر از 14 میلی متر استفاده می شود.
نوع l نیز براي کامپوزیتهای تقویت شده نیز استفاده می شود.
تحلیل نتایج تست کشش
بعد از قرار دادن نمونه در دستگاه، نیروی کششی به نمونه اعمال می شود تا زمانی که شکست رخ دهد. نیروی لازم برای ایجاد ازدیاد طول گزارش می شود و منحنی نیرو-ازدیاد طول، ترسیم می شود. با انجام محاسبات لازم، به شرح ذیل، منحنی تنش-کرنش مهندسی از این منحنی اولیه استخراج می شود.
در این رابطه، Ϭ تنش مهندسی است که حاصل تقسیم نیرو بر سطح مقطع اولیه است و e کرنش مهندسی است و حاصل تقسیم ازدیاد طول بر طول اولیه گیج است. تنش و کرنش مهندسی مستقل از هندسه و شکل قطعه هستند. در شکل زیر یک نمونه از منحنی تنش-کرنش مهندسی، برای مواد نرم یا داکتیل مشاهده می شود.
منطقه کشسان یا الاستیک: بخش خطی منحنی، از ابتدا تا نقطه تسلیم (yielding point) که تغییر شکل به صورت الاستیک است، منطقه الاستیک نامیده می شود. در این منطقه تنش و کرنش رابطه خطی دارند و قانون هوک به شرح ذیل برقرار است:
ثابت E در رابطه فوق، مدول الاستیک یا مدول یانگ نامیده می شود و برای هر ماده ای مقدار معینی دارد.
منطقه مومسان یا پلاستیک
این منطقه بعد از نقطه تسلیم شروع می شود. نقطه تسلیم آغاز شروع تغییر شکل مومسان نمونه است. تغییر شکل مومسان به صورت ثابت تا نقطه اوج منحنی یا همان استحکام کششی، ادامه دارد. در استحکام کششی حداکثر، فرایند گلویی شدن نمونه، شروع می شود.تنش کششی حداکثر از رابطه زیر بدست می آید:
از آنجا که محاسبه استحکام کششی ساده است و یک پارامتر کاملا تکثیر پذیر است، لذا پارامتر مفیدی برای تعیین ویژگی های مواد و کنترل کیفی محصول است. روابط تجربی ارزشمندی بین استحکام کششی و خواصی مانند سختی و استحام خستگی وجود دارد که اغلب مفید هستند. برای مواد ترد و شکننده نیز، استحکام کششی یک معیار معتبر در طراحی محسوب می شود.
استحکام تسلیم
فرایند تسلیم شدن، شروع اولین تغییر شکل مومسان نمونه است و سطح تنشی که این تسلیم در آن آغاز می شود، استحکام تسلیم نامیده می شود که یک پارامتر مهم در طراحی است.
برای بیشتر مواد، یک انتقال تدریجی از رفتار الاستیک به رفتار پلاستیک مشاهده می شود، لذا تعیین نقطه ای که این انتقال صورت می گیرد مشکل است.
معیارهای مختلفی برای تعیین نقطه تسلیم استفاده می شوند که به عواملی مثل دقت اندازه گیری کرنش و استفاده مفهومی از داده ها، بستگی دارند. روش کرنش آفست (۲% offset strain) یک روش مرسوم برای اندازه گیری استحکام تسلیم است. برای تعیین آن از نقطه ۰٫۲% روی محور افقی، خطی موازی ناحیه خطی نمودار رسم شده و محل تقاطع این خط با منحنی تنش-کرنش، به عنوان نقطه تسلیم تعیین می شود. نمودار زیر یک نمونه از این روش را نشان می دهد.
از تست کشش می‌توان مشخصات زیر را بدست آورد:
مدول الاستیک
تنش تسلیم
ازدیاد طول (الانگیشن- elongation)
تنش نهایی
مساحت زیر نمودار (معیاری از چقرمگی)
ضریب سخت شوندگی
مشاهده و بررسی باندهای لودر
سخن نهایی
در این مطلب از سایت فیلامنت 1001 در مورد تست کشش صحبت کردیم. در ادامه مطالب سعی می کنیم که انواع دیگر تست بر روی پلیمر ها را توضیح دهیم.(البته فقط تست هایی که مورد نیاز فیلامنت هاست را شرح می دهیم.)
با یاری جستن از سایت ایران مواد
چه خیال است که دیوانه و شیدا نشویم؟
بوی مشکیم، محال است که رسوا نشویم
عشق ما را پی کاری به جهان آورده است
ادب این است که مشغول تماشا نشویم
صائب تبریزی