تست کشش چیست؟
تست کشش یک نوع مهم از آزمایش های خواص مکانیکی است که توسط مهندسان و دانشمندان مواد در مراکز تحقیقات مهندسی مواد و آزمایشگاه هاي صنعتی در سراسر جهان انجام میشود. این آزمون مکانیکی که در برخی موارد تست تنسایل نامیده می شود به یک نمونه از ماده نیروی کششی اعمال می کند تا پاسخ ماده نسبت به تنش کششی را مشخص کند. این نوع آزمایش بینشی در مورد مقاومت کششی یک ماده ارائه میکند و طراحان محصول را قادر میسازد تا آگاهانه تصمیم بگیرند که مواد مختلف را براي کارکرد در محل و شرایط صحیح انتخاب و استفاده نمایند.
چرا تست کشش (تست تنسایل) انجام می شود؟
تست کشش یا آزمون مشخصه کششی مواد براي تولید کنندگان و محققان در تمامی صنا یع بسیار مهم است. براي اینکه یک ماده براي محصول خاص یا استفاده اي جدید انتخاب شود، محققان باید اطمینان حاصل کنند که ماده مذکور می تواند در برابر نیروهاي مکانیکی که یکی مهم ترین آن ها نیروي کششی است، در کاربرد نهایی با آن مواجه می شود، مقاومت کند. به عنوان مثال، لاستیک تایر باید به اندازه کاف ی الاستیک باشد تا ناهماهنگی ها را در سطوح جاده جذب کند، در حالی که نخ هاي بخیه جراح ی باید در عین ظرافت به اندازه کافی مقاومت کششی داشته باشند تا بافت زنده را در کنار هم نگه دارند. علاوه بر این، مواد و محصولات ممکن است براي مدت زمان کوتاه یا طولانی، از طریق استفاده دوره اي یا مداوم، در محدوده گسترده اي از شرایط دمایی و دیگر شرایط محیطی مختلف، در معرض انواع نیروهاي مکانیکی قرار گیرند. انتظار میرود لاستیکهاي خودرو تا چندین هزار کیلومتر در شرایط آب و هوایی مختلف و سرعت هاي متفاوت دوام بیاورند، همچنین نخ هاي بخیه جراحی ، اگرچه فقط یک بار استفاده میشوند، باید استحکام کششی ثابتی را براي مدت طولانی حفظ کنند تا بافت هاي بدن خود را بازسازي کرده و بهبود یابند.
علاوه بر اهم یت آزمون کششی براي فرآیند هاي طراحی، تحقیق و توسعه، تست کشش توسط بخش هاي تضمین کیفیت نیز استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی داراي ویژگی هاي کششی مورد نیاز است. این امر از نظر ایمنی محصول و کیفیت محصول بسیار مهم است، زیرا محصولات معیوب میتوانند براي مصرف کننده نهایی خطرناك باشند و همچنین میتوانند به تولیدکنندگان از جهت از دست دادن اعتبار آسیب وارد کند.
آشنایی با دستگاه تست کشش
تست هاي کشش بر روي ماشین هاي تست یونیورسال (Universal Tesing Machine) انجام می شود که به عنوان دستگاه هاي تست کشش نیز شناخته می شوند. این ماشینها از یک فریم اعمال نیرو که به صورت تک ستون و دو ستون مجهز به لودسل (Loadcell) براي اندازه گیري نیرو به همراه فک هاي کشش یا فیکسچر هاي کشش ، همچنین وسیله جانبی دیگري براي اندازه گیري میزان کشش طولی یا تغییر شکل عرضی نمونه به نام اکستنسومتر (Extensometer) و یک نرمافزار تست تشکیل می شوند که توانایی انجام انواع تست هاي کشش (Tensile) ، فشار (Compression)، خمش (Bending) ، پیلینگ (Pilling) ، مرحله اي (Step) و چرخه اي (Cyclic) مطابق با استاندارد هاي بین المللی را دارند . شرکت سانا اندیشه سازان مجد تولید کننده دستگاههاي تست کشش یونیورسال در گستره وسیعی از ظرفیتهاي نیرویی و ابعاد کارگیر به همراه لوازم جانبی و فک هاي متنوع براي آزمون هاي تخصصی خواص مکانیکی مواد می باشد.
آشنایی اولیه با نرم افزار تست کشش
کلیه سازندگان دستگاه هاي تست کشش یونیورسال براي انجام آزمون هاي مختلف و تحلیل نتایج آزمون ها یک نرم افزار تخصصی که رابط بین سخت افزار و کاربر دستگاه می باشد به همراه دستگاه خود ارائه می کنند که شرکت سانا اندیشه سازان مجد نرم افزار تخصصی دستگاه تست خواص مکانیکی را به طور جامع در قالب یک نرم افزار قدرتمند با نام Material View داراي بخش هاي مختلف تنظیمات اولیه تست ، انجام تست و آنالیز داده ها و … به صورت رایگان به همراه دستگاه هاي تست کشش خود در اختیار خریدار ان قرار می دهد.
نحوه انجام آزمایش تست کشش
توجه: براي انجام آزمایش کشش ، کاربر باید مراحل مختلف ی را انجام دهد تا از انجام تست مطابق با استاندارد مربوطه اطمینان حاصل شود. بسته به تعریف آزمون، این مراحل ممکن است تا حدي و یاکاملاً خودکار باشند، اگرچه مسئول یت درستی تنظیمات تست همیشه با کاربر است.
١- آماده سازي نمونه هاي تست کشش
هندسه نمونه تست بسته به ماده مورد آزمایش و روش آزمون یا استاندارد مورد استفاده بسیار متفاوت است. استاندارد هاي رایج مانند ASTM ، ISO و … ابعاد هندسی استاندارد شده اي را براي نمونه هاي مورد آزمون مواد مختلف ارائه کرده اند که به آنها اجازه می دهد تا به طور قابل اعتمادي بین دسته هاي مختلف و تولید کنندگان متفاوت مقایسه نتایج تست امکان پذیر شود.
نمونههاي کششیمعمولاً با هندسه دمبل شکل با مقاطع دایره یا مستطیل به روش هاي ماشین کاري یا قالب گیري و یا برشی آماده سازي میشوند، که دو طرف آن براي نگه داشتن نمونه تست توسط گیره دستگاه تست کشش طراحی شده و قسمت میانی نمونه که به عنوان طول گیج (Guage Length) تعریف می شود که می تواند براي نصب یک یا چند ابزار اندازه گیري طول و یا عرض نمونه (اکستنسومتر (Extensometer در انواع مکانیکی، ویدئویی و یا لیزري مورد استفاده قرار گیرد. ابعاد نمونه هاي تست به طور کامل توسط استاندارد هاي آزما یش مشخص شده است. لازم به ذکر است برخی از آزمون هاي تست کشش بر روي مواد با نمونه هاي دمبل شکل نشده به صورت استاندارد انجام می گردند.
قرار دادن نمونه در فک هاي تست کشش
بسته به ابعاد و بافت مواد و نوع تست، ممکن است براي قرار گرفتن صحیح نمونهها، انواع مختلف فک ها یا فیکسچر ها مورد نیاز باشد. این نگهدارنده ها در اشکال مختلف و طیف گسترده اي از ظرفیت هاي نیرو با روکش هاي لاستیکی، صاف، دندانه دار و انواع سطوح دیگر موجود هستند.
به منظور حصول اطمینان از نصب صحیح نمونه در دستگاه اپراتور می تواند از خط کش یا تراز یا انواع شابلون ها استفاده کند.
در برخی از فرایند هاي تست خواص مکانیکی مواد به منظور اعمال نیرو در جهت صحیح از تجهیزات اتوماتیک هم محور کننده ( Self Align) براي اتصال فک دستگاه کشش یا فیکسچر آن به دستگاه استفاده می شود.
قرار دادن کرنش سنج یا اکستنسومتر (Extensometer) بر روي نمونه کششی
کرنش یا استرین (Strain)، مقدار تغییر شکل یک نمونه تحت تنش است و کمیت مهمی براي بررسی خواص فیزیکی یا مکانیکی مواد در بیشتر استاندارد هاي تست است. براي اندازه گیري این کمیتمعمولاً از دستگاه هاي اندازه گیري کرنش که در برخی موارد این ابزار کشش سنج یا اکستنسومتر (Extensometer) نامیده می شوند، استفاده می گردد. این تجهیز در انواع مختلف گیره اي یا تماسی، ویدئویی و لیزري به صورت دیجیتال یا آنالوگ در دستگاه ها استفاده می شود که لازم است پس از قراردادن نمونه تست کشش در فک دستگاه، اکستنسومتر نیز نصب و در محل مناسب نمونه تنظیم گردد.
٢- تنظیمات دستگاه براي شروع فرایند تست کشش
پس از اینکه نمونه خود را به صورت صحیح مطابق با دستورالعمل ارائه شده توسط شرکت سازنده دستگاه و استاندارد آزمون در فک هاي تست کشش دستگاه قرار دادید و اکستنسومتر (Extensometer) خود را (در صورت لزوم) روي نمونه نصب و تنظیم کردید، زمان شروع آزمایش است. هنگام تنظ یم تست، روش تست مناسب را در نرم افزار دستگاه تست خود انتخاب کرده و پارامترهاي مربوط به روش تست، سرعت تست، ابعاد هندسی نمونه یا پارامتر هاي روش تشخیص پایان تست را وارد نمایید.
۳- شروع آزمون
بلافاصله پس از اعمال دستور شروع تست توسط اپراتور، دستگاه نیروي کششی را به نمونه شما مطابق با روش آزمایش مشخص شده اعمال می کند و داده ها را با فواصل زمانی منظم با سرعت نمونه برداري بالا ثبت می کند؛ در ادامه با توجه به روش تنظیم شده تشخیص پایان تست، مراحل اجرایی آزمون به پایان می رسد. پس از اتمام آزمایش می توان داده هاي ذخیره سازي شده را براي مطالعه، آنالیز و استخراج اطلاعات کلیدي استفاده کرد.
۴- تجزیه و تحلیل داده هاي تست
قرار دادن کرنش سنج یا اکستنسومتر (Extensometer) بر روي نمونه کششی
اندازه گیري مقاومت یک ماده یا محصول هنگام کشش به طراحان و سازندگان این امکان را می دهد تا مشخصات کاملی از خواص کششی آن ماده بدست آورند. یکی از نمودار هاي به دست آمده از اطلاعات ثبت شده ي تست کشش نمودار دو بعدي تنش-کرنش است که بیانگر وضعیت واکنش ماده در مقابل اعمال نیروي کششی می باشد. در حالی که استانداردهاي متفاوت نیاز به اندازه گیري خواص مکانیکی مختلف دارند، مهم ترین پارامتر هاي خواص مکانیکی
مورد توجه معمولاً شامل میزان تنش و کرنش در نقطه تسلیم (Yield point)، نقطه استحکام کششی نهایی (Peak point , UTS)و نقطه شکست (Break point)و همچنین مدول الاستیک (Elasic Module) می باشند.
تشریح پارامتر هاي نتایج تست کشش
استحکام کششی نهایی (Peak Point, UTS)
یکی از مهمترین ویژگی هایی که می توانیم در مورد یک ماده تعیین کنیم، مقاومت کشش ی نهایی (Peak Point) است که به اختصار((UTS نیز گفته می شود. این حداکثر تنشی است که یک نمونه در طول آزمون تست کشش تحمل می کند. نقطه UTS ممکن است با استحکام نمونه در نقطه شکست (Break Point) برابر باشد یا در برخی از مواد رسیدن به نقطه شکست بعد از نقطه UTS با کاهش مقاومت ماده به صورت تدریجی اتفاق بیافتد. شکنندگی ماده با خاصیت انعطاف پذیري آن ارتباط مستقیم دارد و گاه ی اوقات ممکن است یک ماده هنگام آزمایش در دماي آزمایشگاه انعطاف پذیر باشد، اما زمانی که تست کشش در چمبر دماي پایین انجام می شود رفتار آن شکننده تر شود.
مدول الاستیک (Elasic Module)
مدول الاستیسیته معیاري از خاصی ت الاستیکی ماده است که شامل ناحیه خطی اول منحنی تنش -کرنش است ، نیروي اعمال شده و میزان ازدیاد طول ماده در این محدوده به صورت خطی می باشد و از قانون هوك پیروي می کند که در آن نسبت تنش به کرنش ثابت می باشد و اگر در این محدوده نیروي کششی از روي نمونه تست برداشته شود ماده دقیقا به همان ابعاد قبل از اعمال نیروي کششی بر می گردد. به این تناسب مدول الاستیک (Elasic Module) گفته می شود.
“فرمول ها”
نقطه تسلیم یا نقطه Yield در نمودار تنش-کرنش مواد
در نمودار تنش-کرنش پس از نقطه ي حد الاستیک مرحله دیگري از تغییر شکل ماده رخ می دهد. که در این مرحله با برداشته شدن نیروي کششی از روي ماده در حال کشش ماده به شکل اولیه باز نمیگردد و تغییر شکل دائمی در مواد رخ می دهد. نقطه شروع این تغییر شکل که همان نقطه شروع واکنش پلاستیکی در اعمال نیروي کششی می باشد نقطه تسلیم یا Yield گفته می شود.
خط افست Yield چیست؟
در نمودار تنش-کرنش برخی از م واد (مانند فلزات و پلاستیک) تغییر شکل ماده از مرحله الاستیک به مرحله پلاستیک تدریجی و با یک انحنا مشاهده می شود در این موارد تعیین یک نقطه ي مشخص جهت شناسایی نقطه Yield امکان پذیر نمی باشد. براي حل این مشکل با ترسیم یک خط Offset داده شده (معمولا ٢.٠ درصد از کرنش) به موازات ناحیه ي اول نمودار تنش-کرنش (ناحیه الاستیک) و ادامه دادن آن تا عبور از خ ط نمودار، نقطه تقاطع نمودار با خط Offset را به عنوان نقطه تسلیم یا Yield در نظر می گیریم که در نرم افزار هاي کنترل دستگاه هاي تست کشش پیشرفته مانند Material View این امکان به صورت اتوماتیک در دسترس کاربر قرار می گیرد.
