مقاله کامل علم مواد

آزمونهاي مخرب
آزمون كشش
رفتار مواد در مقابل نيروهاي كششي
بررسي رفتار الاستيكي و بيشتر پلاستيكي مواد به كمك نمودار تنش – تغيير بعد نسبي انجام مي گيرد. براي به دست آوردن چنين نمودارهايي بيشتر از آزمايش كشش استفاده مي شود.
آزمايش كشش از معمولترين و ساده ترين آزمايشهاست كه به كمك آن نه فقط ميتوان درباره رفتار الاستيكي و پلاستيكي مواد مختلف پيشگويي كرد، بلكه ميتوان تعداد زيادي از خواص مكانيكي مواد از قبيل انعطاف پذيري ، مقاومت كششي، حد الاستيكي، مدو الاستيكي، حد تسليم و استحكام شكست كه براي كاربرد صنعتي مواد حائز اهميت هستند را تعيين كرد.
در اين آزمايش نمونه تهيه شده از جسم مورد نظر را روي يكي از انواع دستگاههاي آزمايش كشش تحت تاثير نيروي كشش، كه با سرعت يكنواختي تا موقع شكست يا پاره شدن نمونه بر ان وارد مي شود، قرار مي دهيم. (شكل 1)
نمونه هاي آزمايش كشش به شكلهاي استاندارد شده گرد و يا مسطح هستند. (شكلهاي 1-2 و 1-3)
نمونه ها بايد صاف و عاري از هرگونه شيار و يا زدگي باشند. طراحي نمونه هاي استاندارد شده بايد طوري باشد كه نمونه در موقع وارد آمدن نيرو
بر آن تحت تاثير نيروي تك محوري بوده و تنش محوري به صورت همگن و يكنواخت بر روي سطح مقطع توزيع شده و از به وجود آمدن تمركز تنش در محلهاي اتصال نمونه به دستگاه جلوگيري شود.
در هنگام آزمايش مقدار نيرو و تغيير طولهاي مربوط به آنها اندازه گيري و بر روي نموداري رسم مي شود. (شكل 1-4) در قسمت OA نمونه كاملاَ در حالت الاستيكي خالص است و بين افزايش نيرو و تغيير طول تناسب خطي برقرار است كه به كمك مدول الاستيكي و رابطه هوك تعيين مي شود. بدين جهت اين قسمت از منحني خط هوك هم ناميده مي شود و نقطه A انتهاي قسمت الاستيكي و نقطه شروع تغيير شكل پلاستيكي را نشان ميدهد.
در قسمت تغيير شكل پلاستيكي مقدار نيرو همواره به طور پيوسته افزايش مي يابد و در نقطه B به حداكثر خود مي رسد. از نقطه B به بعد در موضعي از نمونه، سطح مقطع شروع به باريك شدن مي كند در نتيجه نيرو هم كاهش مي يابد، تا نقطه C كه در آن نقطه نمونه مي شكند. نمودار تنش – تغيير طول نسبي (كرنش) مهندسي از نمودار نيرو – تغيير طول با تقسيم مقدار آن به ترتيب به سطح اوليه () و طول اوليه ( ) به دست آمده و كاملاَ مشابه آن است. مقدار حداكثر تنش در نمودار تنش – تغيير طول نسبي يا كرنش، يعني استحكام يا مقاومت كششي ناميده مي شود.
غير از مقاومت كششي كميت ديگري كه براي تغيير شكل پلاستيكي اهميت خاصي دارد حد الاسيكي و يا نقطه شروع تغيير شكل پلاستيكي يا به عاتي حد تسليم يا نقطه تسيم است. يافتن اين نقطه يعني تنشي كه به ازاي آن تغيير شكل پلاستيكي به آرامي شروع مي شود معمولاَ بسيار مشكل است . بدين جهت به جاي آن تنشي انتخاب مي شود كه به ازاي آن مقدار معيني تغيير شكل پلاستيكي مانند 01/0% =
و يا 2/0% = صورت گيرد آن را حد تسليم مهندسي ( ) مي نامند، شكل (1-4- ب)
قبل از اينكه به كميتهاي ديگري كه به كمك آزمايش كش به دست مي آوريم بپردازيم، لازم است علت ات تنش در نمودار تنش – تغيير طول نسبي مهندسي را بيان كنيم. بعد از شروع تغيير شكل پلاستيكي تا نقطه تنش ماكزيمم يعني تا رسيدن به استحكام كششي تغيير طول به صورت يكنواخت (اعم از الاستيكي و پلاستيكي) در تمامي طول نمونه انجام مي گيرد كه كاهش سطح مقطع يكنواختي را هم به همراه دارد.
بعد از رسيدن به تنش ماكزيمم در محلي از نمونه نازك شدن موضعي شروع مي شود و ادامه مي يابد، تا اينكه پس از گذشت لحظاتي منجربه شكست مي شود. بنابراين در طول مدت آزمايش كل تغيير طول نسبي ظاهر شده شامل:
1 – تغيير طول نسبي الاستيكي ( ).
2 – تغيير طول نسبي يكنواخت از نقطه شروع تغيير شكل پلاستيكي تا نقطه تنش ماكزيمم (يكنواخت ).
3 – تغيير طول نسبي يا كرنش غيريكنواخت با نازك شدن موضعي سطح مقطع (ايجاد گلويي) از نقطه حداكثر تنش تا شكست است:
غير يكنواخت + يكنواخت = كل
براي بررسي رفتار پلاستيكي مواد در صنعت شكل دادن از تغيير طول نسبي يكنواخت به عنوان يكي از مشخصه هاي فني كه داراي اهميت زيادي است استفاده مي شود.
كميت ديگري كه از آزمايش كشش به دست مي آيد، درصد كاهش نسبي سطح مقطع شكست است.

در اين رابطه درصد كاهش نسبي سطح مقطع در باريكترين محل نمونه شكست شده است. كميت مهمي بوده و براي تعيين شكل پذيري يا انعطاف پذيري يك ماده به كار مي رود و برخلاف تغيير طول نسبي متعلق به ناحيه گلويي تا شكست، درصد كاهش نسبي سطح مقطع به طول نمونه بستگي ندارد. با توجه به انواع شكستها. (شكل 1-5) ملاحظه مي شود كه در اجسام
كاملا” ترد درصد كاهش نسبي سطح مقطع به سمت صفر ميل مي كند، (شكل 1-5 الف)
آزمايش فشار :
رفتار مواد در مقابل نيروهاي فشاري :
آزمايش فشار معمولا” براي بررسي كيفيت مواد ترد مانند چدن، آلياژهاي ترد و همچنين مواد غيرفلزي ديگي كه در شرايط كاري بيشتر تحت تاثير نيروهاي فشاري قرار خواهد گفت، مثل تكيه گاههاي فلزي يا آلياژهاي ياتاقاني، مواد سراميكي، بتن و همچنين براي بررسي رفتار مواد فلزي كه در عمليات شكل دهي تحت تنشهاي فشاري قرار مي گيرند، به كار مي رود.
در آزمايش فشار نمونه استوانه اي شكل توپر را در قسمت مركزي فكها يا صفحه هاي فشاري دستگاه آزمايش قرار داده و از دو طرف تحت تاثير نيروي فشاري قرار مي دهند. تجربه نشان مي دهد كه :
الف – مدول الاستيكي مواد تحت تاثير تنشهاي كششي و فشاري برابر است.
ب – در مواد نرم (شكل پذير) نتايج به دست آمده از آزمايش كشش و فشار تقريباَ برابر است. اين گونه مواد تحت تاثير نيروهاي فشاري معمولاَ بدون اينكه بشكنند به هم فشرده خواهند شد. بعد از اينكه تغيير
شكل به مقدار ماكزيمم خود رسيد، تركهاي طولي در نتيجه تنشهاي كششي و يا تركهاي حدود 45 درجه اي در اثر تنشهاي برشي در لايه سطح خارجي ايجاد مي شود.
ج – در مواد ترد نتايج حاصله از آزمايش كشش و فشار، تفاوت قابل توجهي نشان مي دهد. براي مثال در چدن خاكستري اثر شيار در لايه هاي گرافيتي برخلاف آزمايش كشش بي تاثير است. ولي چوب به علت ساختار اليافي خود از اين جهت مستثني است.
د – نتايج حاصله از آزمايش فشار توسط عواملي مانند نوع پراخت كاري سطح قاعده نمونه و نوع روغنكاري تغيير خواهد كرد.
كميتهايي كه از آزمايش فشار به دست مي آيد و مشابه كميتهاي قابل اندازه گيري به وسيله آزمايش كشش است، عبارتند از:
1 – حد تسليم يا تنش سيلان كه در مواد نرم همان تنشي است كه به ازاي آن تغيير شكل پلاستيكي شروع مي شود. ( )
هرگاه اين حد در نمودار به دست آمده به طور كاملاَ واضحي مشخص نباشد به جاي آن تنشي را كه به ازاي آن 2/0% تغيير شكل نسبي بر جاي ماندني داريم، يعني را تعيين مي كنيم.
2 – استحكام فشاري، تنشي است كه به ازاي آن اولين نشانه از ترك يا شكست روي سطح نمونه ظاهر مي شود .
اما برخلاف آزمايش كشش از آغاز تغيير شكل تا لحظه شكست نيرو افزايش مي يابد. زيرا به استحكام فشاري حقيقي را ميتوان با استفاده از رابطه زير تعيين كرد:

3 – فشردگي نسبي شكست يا به عبارتي كاهش نسبي ارتفاع تا شكست.
مقدار فشردگي نسبي شكست صنعتي و حقيقي به صورت زير محاسبه مي شود:
صنعتي
حقيقي
4 – افزايش نسبي سطح مقطع شكست
افزايش نسبي سطح مقطع شكست، بزرگترين مقدار تغيير شكل پلاستيكي (برآمدگي سطح جانبي) در زمان ظاهر گشتن اولين ترك است.

در شكل (1-6) رفتار مواد نرم و ترد تحت تنشهاي كششي و فشاري براي مقايسه با يكديگر نشان داده شده است.
تاثير عوامل موثر بر روي نتايج آزمايش:

فایل : 44 صفحه

فرمت : Word