آزمون های مخرب
نوشته شده در تاریخ 1400/5/10 ساعت 10:29 بعد از ظهر
Image Not Loaded

چکيده:

مقاله حاضر به بررسي آزمون­ هاي مخرب متداول در صنعت از قبيل: آزمايش ­هاي کشش، فشار، خمش، پيچش، سختي سنجي و ضربه شارپي مي­ پردازد. همانطور که از نامش پيداست، آزمون­ هاي مخرب (Destructive Tests) شامل روش­هايي است که در آن جهت مشخص کردن مقدار خواص مکانيکي مواد از قبيل استحکام، چقرمگي شکست، سختي، تردي و نرمي نمونه دچار تخريب و شکست خواهد شد و ديگر قابل استفاده نخواهد بود. در اين مقاله پس از معرفي کامل هر آزمايش، مواد مورد آزمايش در آزمون مربطه و نيز استانداردهاي رايج در هر آزمون بسته به نوع کاربرد ارائه گرديده است. هدف از انجام اين آزمايش، شناخت کامل هر آزمايش، اهداف مورد نظر براي انجام آزمايش و آشنايي با استانداردهاي بين المللي از جمله ASTM مي­باشد.

 

مقدمه:

همانطور که از نامش پيداست، آزمون مخرب (Destructive Tests) شامل روش ­هايي است که در آن جهت مشخص کردن مقدار خواص مکانيکي مواد از قبيل استحکام، چقرمگي شکست و سختي، نمونه دچار تخريب و شکست خواهد شد.

 

مزاياي آزمون ­هاي مخرب :

 

آزمايش کشش:

آزمايش کشش که با نام آزمون تنش نيز شناخته مي شود، اساسي­ترين نوع آزمايش مکانيکي است که بر روي يک ماده انجام مي­ شود. آزمايش کشش را مي­ توان آزموني ساده، نسبتاً ارزان و کاملاً استاندارد دانست. با کشيدن نمونه آزمايشگاهي، شما خيلي سريع خواهيد فهميد که مواد در مقابل اعمال نيروهاي کششي، چه واکنشي از خود نشان مي ­دهند. همانطور که نمونه در حال کشيده شدن است، شما استحکام طولي آن را همراه با ميزان کشيدگي (تغيير طول نمونه) در خواهيد يافت.

 

 

همانطور که در شکل بالا مشخص است، ابعاد نمونه آزمايشگاهي شامل طول مشخصه و قطر نمونه بايد بر اساس استانداردهاي بين المللي انتخاب شوند. دليل اين امر، اعتبار سنجي و مقايسه نتايج با آزمايش هاي صورت گرفته (مرجع) است. ابعاد و شکل انتهايي دو سر نمونه، متناسب با استاندارد و فک دستگاه انتخاب خواهد شد. با شروع آزمايش و اعمال بار کششي، کاهش ميزان سطح مقطع در قسمت مياني نمونه آغاز مي­شود. با ادامه­ ي روند بارگذاري شاهد گلويي شدن در آن ناحيه و سپس شکستگي خواهيم بود. اما لازم به ذکر است که بدانيم، نمونه آماده شده براي انجام آزمون، بايد کاملا سالم و بدون هر گونه عيب و نقص در ساختار باشد. اين عيوب مي تواند شامل ترک، حفره يا سوراخ و ... باشد. وجود عيوب در ساختار نمونه باعث ايجاد تمرکز تنش در آن ناحيه خواهد شد و در نتيجه نمونه از ناحيه معيوب دچار شکستگي خواهد شد. گاهي اوقات براي اندازه گيري دقيق ميزان تغيير طول يا کرنش ايجاد شده در اثر اعمال بار کششي، بر روي سطح نمونه کرنش سنج نصب مي­ کنند.

دستگاه پس از پايان آزمايش، مقادير تنش تسليم، حد الاستيک، تنش حد نهايي (استحکام تسليم) و تغيير طول نهايي را به همراه نمودار نيرو بر حسب تغيير طول و يا نمودار تنش – کرنش، به عنوان خروجي آزمايش گزارش مي ­دهد.

 آزمايش کشش معمولاً براي بدست آوردن خواص مکانيکي فلزات انجام مي­ شود. اين آزمايش به عنوان آزمايش اوليه و اصلي براي کنترل کيفيت يک ماده محسوب مي­ شود، به عبارت ديگر نتايج آزمون کشش، اساس پذيرش و يا عدم پذيرش قطعات و محصولات فلزي مورد استفاده در ساختمان سازي و صنعت است.

 

برخي استانداردهاي  ارائه شده براي آزمون کشش بدين شرح است:

 

آزمايش فشار:

در اين آزمون، رفتار ماده تحت بارگذاري فشاري مورد بررسي قرار مي­ گيرد، بدين صورت که، نمونه به آهستگي فشرده شده و تغيير شکل بوجود آمده در بارهاي مختلف به ترتيب ثبت خواهند شد. تنش و کرنش فشاري، به صورت نمودار تنش-کرنش محاسبه و ترسيم مي­ شود که براي تعيين حد الاستيک ­(حد ارتجاعي)، حد تناسب، نقطه تسليم، مقدار استحکام تسليم و بلاخص استحکام فشاري استفاده مي­ شود. براي به دست آوردن خواص مکانيکي فلزات مي­توان از آزمون فشار استفاده کرد، اما به دليل دشوار بودن اعمال بار محوري فشاري که منجر به تنش­ هاي غير يکنواخت شود، اين امر ترجيح داده نمي­ شود. از آزمايش فشار محوري براي اندازه­ گيري خواص شکست الاستيک (ارتجاعي) و فشاري در مواد تُرد (شکننده) يا موادي با قابليت انعطاف­ پذيري پايين نيز استفاده مي­شود. به عبارت ديگر اين آزمايش، اساس پذيرش و امتناع مواد شکننده غير فلزي و ساير مواد داراي مقاومت بسيار کم در کشش مانند بتن ، چوب ، سنگ تراشي و غيره است.

کتاب راهنماي (هندبوک) ASM ، جلد هشتم، بخش آزمايش­ مکانيکي و حالت ­هاي ارزيابي، اينگونه بيان مي ­کند که:

آزمايش فشار محوري، يک روش کاربردي براي سنجش رفتار جريان پلاستيک و نيز اندازه ­گيري محدوده ­ي شکست نرم در يک ماده بشمار مي­رود. سنجش رفتار جريان پلاستيک يک ماده، نيازمند شرايط آزمايشي بدون اصطکاک است. (فشار همگن و يکنواخت به دو سطح قاعده­ ي نمونه وارد مي­ شود.) اين در حاليست که اندازه­ گيري محدوده­ ي شکست نرم، از بشکه ­اي (استوانه ­اي) شکل بودن نمونه و نيز از شرايط تنش و کرنش کنترل­ شده در خط استوايي روي سطح بشکه ­اي نمونه در زماني که نمونه تحت فشار و اصطکاک است، استفاده مي­کند.

 در هر صورت براي جلوگيري از ايجاد حالت تغيير شکل کمانشي و برشي، نبايد از نمونه­ هايي با نسبت طول به قطر i = L/D زياد استفاده شود.  همانطور که در شکل زير مشخص است براي اطمينان از اعمال بار يکنواخت بر روي نمونه، در دو انتهاي نمونه تحت فشار، از بلوک­ هاي بارگذاري استفاده مي­ شود.

 

 

حالت هاي (مودهاي) تغيير شکل در آزمايش فشار:

  1. کمانشي : زماني رخ مي­دهد که   5 < i  است.
  2. برشي : زماني رخ مي­دهد که  2.5 < i   است.
  3. دو بشکه­ اي : زماني رخ مي­دهد که  2 < i   است و نيز در سطوح تماس اصطکاک وجود داشته باشد.
  4. بشکه ­اي : زماني رخ مي­دهد که  2 > i    است و نيز در سطوح تماس اصطکاک وجود داشته باشد.
  5. فشار همگن : زماني رخ مي­دهد که    2 >   i  است و نيز در سطوح تماس هيچ اصطکاکي وجود نداشته باشد.
  6. بي ثباتي فشار : به دليل نرم­­کاري شدن ماده

 

انواع مواد مورد آزمايش در فشار:

 

برخي استانداردهاي  ارائه شده براي آزمون فشار بدين شرح است:

 

آزمايش خمش:

آزمون خمش، به سنجش و بررسي رفتار موادي مي ­پردازد که به صورت يک تير ساده (نمونه آزمايشي) تحت بارگذاري خمشي قرار دارند. همچنين اين آزمايش را مي ­توان آزمون تير عرضي ناميد. (همانطور که مي­دانيم در آزمايش ­هاي کشش و فشار، اعمال بار در امتداد محور طولي نمونه انجام مي­ گيرد ولي در آزمون خمش، اعمال بار به صورت عمود بر محور طولي، و به صورت عرضي مي­باشد.) هدف از انجام آزمون خمش را مي­ توان بدست آوردن مدول خمشي، استحکام خمشي، نقطه تسليم و... دانست. نتايج خروجي از آزمايش در قالب يک نمودار تنش-کرنش رسم مي ­گردد. استحکام خمشي به عنوان حداکثر تنش، واقع در دورترين نقطه (نسبت به تار خنثي) بر روي سطح محدبي شکل نمونه (قسمتي از نمونه که تحت کشش قرار گرفته است) تعريف مي­شود.

براي محاسبه مدول خمشي مي­ توان از شيب منحني تنش-خيز (انحنا) استفاده نمود. اگر منحني فاقد ناحيه خطي باشد، يک خط به صورت برازش منحني براي تعيين شيب قرار مي­گيرد. هنگام آزمايش خمش، بار اعمالي بر نمونه باعث مي­شود قسمتي از نمونه تحت کشش قرار گيرد و به صورت محدب گونه شود و قسمت ديگر آن تحت فشار قرار ­بگيرد و به صورت مقعر شود. همچنين بار اعمالي باعث ايجاد يک ناحيه از تنش برشي در امتداد خط مياني (تار خنثي) مي­شود. جهت اطمينان حاصل از شکست (واماندگي) اوليه ناشي از تنش کششي يا فشاري، بايد تنش برشي به حداقل ميزان برسد.

 

انواع اتصالات آزمون خمشي متدوال به ترتيب عبارت­ انداز:

 

 

برخي استانداردهاي  ارائه شده براي آزمون خمش بدين شرح است:

 

 

آزمايش پيچش:

 

آزمايش پيچش، يکي از رايج­ترين آزمايش ­هاي موجود در علم مکانيک مواد محسوب مي­ شود که براي اندازه­ گيري ميزان تاب خوردگي (پيچش) يک ماده خاص قبل از ايجاد ترک­خوردگي (جوانه ­زني ترک) و شکست، استفاده مي­ شود. از ديگر کاربردهاي اين آزمون مي­ توان به اندازه­ گيري  استحکام هر ماده در برابر حداکثر نيروهاي پيچشي اشاره نمود. در آزمون پيچش، بار اعمالي به نمونه به صورت گشتاور پيچشي مي­ باشد. از ديگر دلايل انجام آزمايش پيچش مي ­توان به اندازه ­گيري و تعيين خصوصياتي از ماده مانند مدول الاستيسيته برشي ، استحکام پيچشي تسليم و مدول پارگي اشاره کرد. اما لازم به ذکر است که بدانيم آزمايش پيچش به گستردگي آزمايش کشش رايج و پذيرفتني نيست.

موادي که معمولاً در صنعت توليد استفاده مي­شوند از قبيل تيرها، بست­ ها و اتصالات فلزي، اغلب در معرض آزمايش پيچش قرار مي­گيرند تا مقاومت (استحکام) آن­ها تحت بار سنجيده شود.

سه دسته طبقه بندي گسترده وجود دارد که تحت آن شرايط، آزمايش پيچش انجام مي­ گيرد. اين سه دسته عبارت­انداز:

 

 

در آزمون پيچش، ثبت و ضبط نتايج از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. براي ايجاد يک نمودار تنش-کرنش، از نمودار گشتاور پيچشي بر حسب زاويه پيچش استفاده مي­ کنيم. به عبارتي کرنش با زاويه پيچش، و تنش با گشتاور پيچشي متناسب است. جهت انجام اين کار با اعمال درجه­ ي پيچش به صورت مرحله به مرحله (هر مرحله يک چهارم درجه است) و با استفاده از دستگاه آزمايش پيچش، مقدار گشتاور پيچشي اندازه­ گيري مي­ شود. اين روند مي­ تواند تا حد مشخصي از گشتاور (براي مثال تا زماني که ماده بتواند گشتاور اعمالي را تحمل کند) و يا تا زماني که ماده به طور کامل از بين برود، ادامه ­يابد. پس از انجام آزمايش پيچش است که مواد فلزي به صورت انعطاف پذير (نرم) يا شکننده (ترد) دسته بندي مي­ شوند. فلزات شکل پذير (فلزات نرم) مانند فولاد يا آلومينيوم داراي حد ارتجاعي بالايي هستند و مي­ توانند کرنش زيادي را قبل از شکستن تحمل کنند. مواد شکننده (مواد ترد) مانند چدن و بتن داراي حد ارتجاعي پاييني هستند و قبل از گسيختگي به کرنش زيادي احتياج ندارند.

 

برخي استانداردهاي  ارائه شده براي آزمون پيچش بدين شرح است:

 

 

 

آزمايش سختي سنجي:

 

سختي، مقاومت ماده در برابر فرو رفتگي دائمي است. در ابتدا مهم است که بدانيم، آزمايش سختي يک آزمون مبتني بر تجربه است، بنابراين سختي جز خواص ماده محسوب نمي ­شود. دليل اين موضوع را مي­ توان وجود چندين روش جهت انجام آزمون سختي بيان نمود، بدين صورت که  مقدار سختي براي يک ماده در هر يک از اين آزمون ­ها، متفاوت خواهد بود. بنابراين، سختي به روش آزمون بستگي دارد و نتيجه هر آزمايشي داراي برچسبي است که روش آزمون را مشخص مي­ کند. آزمايش سختي، به نوعي براي توصيف مواد و تعيين مناسب بودن آن ها استفاده مي­ شود. تمام آزمايشات سختي شامل استفاده از يک فرو رفتگي خاص مي­باشد. انجام اين آزمايش با استفاده از اعمال يک نيروي فشاري خاص به جسم فرو رونده و در نهايت نفوذ جسم فرو رونده به درون سطح نمونه خواهد بود. لازم به ذکر است که به طور قابل توجهي، جنس جسم فرو رونده سخت­تر از نمونه آزمايشي است. با اندازه ­گيري مقدار عمق نفوذ و فرو رفتگي، مي­ توان مقدار سختي را تعيين نمود. هر يک از اين روش ­ها شامل استفاده از يک الماس  با شکلي خاص، کاربيد يا فولاد سخت شده است که با استفاده از يک روش آزمايش مشخص، با يک نيروي مشخص به مواد فشار داده مي شود.

 

 مزاياي آزمون سختي:

 

 

رايج ترين موارد استفاده از آزمايش سختي:

 

 

برخي از انواع روش هاي سختي سنجي:

 

 در اين روش، يک ساچمه فولادي نسبتا بزرگ، به قطر 10 ميلي متر با يک نيروي بزرگ بر روي سطح جسم فرو مي­ رود. بار به کار رفته براي مواد سخت از قبيل فولادها و چدن ها در حدود 3000 کيلوگرم و براي مواد نرم تر مانند آلومينيوم و مس 500 کيلوگرم است. براي مواد خيلي سخت، گلوله فولادي استاندارد به شدت تغيير شکل مي ­يابد، لذا يک گلوله از جنس کاربيد تنگستن استفاده مي ­شود. عدد سختي برينل، با نام HB شناخته مي­ شود.

 

 

روش ويکرز بر پايه اصول مشابه کلي آزمون برينل مي­باشد. تفاوت عمده بين روش ويکرز و برينل درشکل فرو رونده است. در روش ويکرز فرو رونده يک نوک الماسي به شکل هرم و سطح مقطع مربعي دارد. زاويه بين وجه هاي هرم 136 درجه است.  عدد سختي ويکرز، با نام HV شناخته مي­شود.  

 

 

در روش راکول از يک نوک الماسي با يک کره فولادي به عنوان فرو رونده استفاده مي­ شود. نوک الماس به نام فرو رونده بِرال، يک مخروط با زاويه 120 درجه است که داراي انتهاي کروي مي­ باشد. روش راکول از اين جهت با ساير روش هاي سختي سنجي متفاوت است که به جاي اندازه فرو رفتگي، عمق فرو رفتگي را اندازه گيري مي­ کند. در اين روش ابتدا به منظور اندازه گيري عمق فرو رفتگي يک نيروي کوچک اوليه به نام بار جزيي با مقدار حدود 10 کيلوگرم به وضعيت مرجع اعمال مي ­شود. سپس بار اصلي اعمال مي­شود و در نهايت فرو رفتگي اضافي در اثر بار اصلي اندازه گيري مي­ شود.

 

 

 

آزمايش ضربه شارپي:

آزمايش ضربه شارپي، که به آن آزمايش شارپي ناچ دار v شکل نيز مي­ گويند، يک آزمايش استاندارد با نرخ کرنش بالا است که ميزان انرژي جذب شده توسط يک ماده را هنگام شکستگي تعيين مي­ کند. اين انرژي جذب شده، درجه مقاومت يک ماده است و به عنوان ابزاري براي مطالعه تغيير شکل پذيري-شکننده وابسته به دما عمل مي کند. بنابراين براي پي­ بردن به قابليت جذب انرژي فلزات در دماهاي مختلف از آزمايش ضربه استفاده مي­ شود. هرچه انرژي لازم براي شکستن فلز زيادتر باشد، فلز نرم­ تر يا به عبارت ديگر داراي چقرمگي بالاتري است. همچنين هرچه انرژي لازم کمتر باشد، فلز شکننده تر يا يه اصطلاح تردتر خواهد بود. اساس کار دستگاه ضربه بر اين است که چکشي با وزن معلوم، از يک ارتفاع مشخص به صورت پاندولي به نمونه آزمايشي اصابت مي­ کند و بعد از شکستن نمونه تا يک ارتفاع ديگر بالا مي ­رود. آزمايش ضربه به سه روش شارپي، ايزود و کششي انجام مي­ شود. روش­ هاي شارپي و ايزود تنها از نظر نحوه قرار گرفتن نمونه ها بر روي تکيه ­گاه و محل ضربه باهم تفاوت دارند ولي روش کششي از نظر ماهيت ضربه با بقيه متفاوت است.

 

مهمترين عوامل موثر در ميزان انرژي شکست عبارت­انداز:  

2 عامل اول به استانداردهاي بين المللي موجود بستگي دارد. عامل درجه حرارت پارامتر مهمي است چون فلزات در درجه حرارت بالا، نرم هستند. به عبارت ديگر بيش تر فلزات در درجه حرارت هاي پايين، ترد و شکننده بوده و با ازدياد درجه حرارت، قابليت انعطاف پذيري آن­ ها افزايش مي ­يابد. از اين آزمايش علاوه بر تعيين تردي و نرمي فلز در يک دماي خاص، مي توان درجه حرارت تبديل را نيز تعيين نمود. درجه حرارت تبديل درجه  حرارتي است که در آن فلز از حالت تردي به حالت نرمي مي­ گرايد.

 

برخي استانداردهاي  ارائه شده براي آزمون ضربه بدين شرح است:

 

اشتراک گذاری مطلب
تست