مطالب و مطالعات متنوع

سختي سنج ديناميكي

آزمايش سختي بروش پلدي:

در بعضي مواقع قطعات مورد آزمايش را نمي‌توان حركت داد به علت بزرگي و سنگين و يا اينكه قطعه در محل نصب اتصال جدا شدني ندارد و ممكن است كه قطعه مورد آزمايش پاية چدني ريختگري شده يك ماشين باشد و يا غلطك سنگين يك نورد بزرگ و غيره در اين صورت براي اندازه‌گيري سختي از سختي سنج ضربه‌اي استفاده مي‌شود در اين سيستم يك ساچمه فولادي قرار دارد كه از دو طرف آزاد است واز ناحية وسط در يك محل مانند يك تكيه‌گاه گرفته شده است نيرو بوسيله يك سنبه روي سر يك قطعه مقايسه‌اي مي‌كوبد و از قطعه به ساچمه واز ساچمه به نمونه در نتيجه دو اثر يكي روي نمونة مقايسه‌اي و ديگري روي نمونه اصلي بجا مي‌ماند و با اندازه‌گيري قطر اين دو اثر و با مراجعه به جدول مخصوص مي‌توان سختي برنيل جسم مورد نظر را حساب كرد.

آزمايش سختي با پرش برگشت ساچمه

اين آزمايش با دو روش انجام مي‌شود در روش اول جسم سقوط كننده ساچمه است و ساچمه از يك ارتفاع معين روي جسم مورد آزمايش سقوط مي نمايد كه هر چه جسم سخت‌تر باشد ساچمه بالاتر مي‌پرد و ارتفاع بازگشت آن نيز بيشتر است در روش دوم يك چكش كوچك را روي جسم رها كرده و باز هم مقدار ارتفاع برگشت چكش از روي نشان دهنده اندازه از سختي مي‌باشد و معمولاٌ واحد اندازه‌گيري اين آزمايش شور مي‌باشد.

آزمايش كشش :     Tensile  Test

يكي از بهترين تستهاي مكانيكي آزمايش كشش مي‌باشد. اين آزمايش تعيين كنندة يك يا چند خاصيت مكانيكي مي‌باشد. نمونه بين دو فك پايين و بالائي ماشين كشش درگير نموده و تحت تأثير نيروي كششي قرار مي‌گيرد. مقدار اين نيرو بتدريج مي‌گردد تا نمونه تغيير طول داده و با قطع شدن ارتباط بين مولكولهاي فلز از يكديگر ( گسيختگي ) بتدريج  از هم گسيخته و سپس پاره گردد. در اين آزمايش سعي بر آن است كه مقطع عرضي ميله فقط تحت نيروي عمودي قرار گيرد و ساير عوامل از قبيل نيري برشي ممان خمشي و ممان پيچشي مقدار شان صفر باشد.

هدف آزمايش :

-         پس از اتمام آزمايش و گسيخته شدن فلز نمونه نتايج زير را ميتوان بدست آورد.

الف- منحني تنش تعيير طول نسبي ( - e s  (

ب-تنش تسليم                                                                                           Yiled Stress

ج-جدول الاستيسيته                                                                      Medulus of Elastisity

د-مقاومت كششي نهايي                                                                       Tensile strangth

ه-تنشهاي جاري                                                                                        Flow Stresse

و-درصد ازدياد طول                                                                       Elangation Percent

ذ-درصد كاهش سطح مقطع                                                  Redaction in Area Percent

شرايط كشش:

يك نمونه وقتي تحت كشش خالص قرار مي گيرد بايد داراي شرايط زير باشد :

الف- نمونه بايد در تمام طول مورد آزمايش وداراي مقطع ثابت و يكنواخت باشد.

ب- نمونه بايد در تمام طول از نظر ساختمان  داخلي و آلياژي  هموژن باشد.

ج-بار در امتداد محور عمود به مقطع عرضي  به ميله اثر كند وساير عوامل از قبيل پيچش و خمش  در آن صفر باشد تا تنش يكنواخت در طول ميله ايجاد گردد.

2-1 دياگرام كشش) اسمي وحقيقي(     Tensile Curve

با شروع آزمايش و ادامه آن تغيير طول نمونه نيز شروع گرديد. وازدياد پيدا مي كند كه هر گاه جدولي از نيرو  وتغيير طول هاي مربوطه تهيه نماييم و سپس تمام نيروها را بر سطح مقطع اوليه تقسيم نموده و تغيير طولها را بر طول موثر اوليه تقسيم كنيم بدين ترتيب  جدولي مركب از تنشهاي وارده و تغيير طولهاي نسبي مربوطه بدست مي‌آيد.

چون سطح مقطع نمونه در طول آزمايش كاهش يافته ودر عرض طول نمونه افزايش مي‌يابد لذا تنشها و تغيير طولهاي نسبي فوق را تنش اسمي وتغيير طول اسمي نامند .

براي بدست آوردن تنشها‌ي حقيقي بايد نيروي وارده را بر سطح مقطع لحظه‌اي آزمايش تقسيم نمود . همچنين با تقسيم تغيير طول  بر طول لحظه‌اي تغيير طول نسبي حقيقي  يا طبيعي را بدست آورد و بطوريكه كه ملاحظه مي شود  بدست آوردن تنشها وتغيير طولهاي نسبي حقيقي پر اشكال وخسته كننده  ودر بعضي مواقع غير ممكن است زيرا كه متوقف كردن آزمايش در هر لحظه و اندازه‌گيري ابعاد نمونه خالي از اشكال نيست .

از اين رو ميتوان با محاسبات ساده زير روابطي بدست آورد كه تبديل تنشها وتغيير طولهاي اسمي به حقيقتي باساني امكان پذير باشد.

هرگاه سطح مقطع اوليه A0  وسطح مقطع لحظه‌اي A  طول اوليهb0   وطول لحظه‌اي b و نيروي وارده را P بناميم خواهيم داشت .

نقش اسمي                                        (S= (P/A₀       No minal Stress 

تغيير طول نسبي اسمي                          e= (L- L₀)/ L₀       No minal Strain

تنش حقيقي                                               (s= (P/A       True Stress

تغيير طول نسبي حقيقي                         E= (L- L₀)/ L₀       No True Strain

چون تغييرات4 برابر است با طول تقسيم بر طول لحظه اي لذا ميتوان             :

de=dL/LÞe=ò_L^L dL/L = log_e (L/L₀)

e=Ln(L/L₀)

از اين رو به 4 تغيير طول نسبي لگاريتمي نيز مي گويند

طرز تبديل تغيير  طول نسبي اسمي به لگاريتمي :         

طبق تعريف                                                                   = (L/ L₀) - y e= (L- L₀)/ L₀

و يا                        = 1 –e Þ Ln(L/ L₀) = Ln ( 1 – e )  (L/ L₀)

e = Ln (L/ L₀) Þ Ln ( 1-e )

با بكار بردن رابطه فوق ميتوان به آساني با معلوم بودن e مقدار 4 را بدست آورد.

طرز تبديل تنشهاي حقيقي واسمي بيكديگر:

طبق تعريف داريم                   (s= (P/A                        (S= (P/A₀

با حذف p در روابطه فوق خواهيم داشت                S(s= (A/A₀

هر گاه از تغييرات ناچيز حجم در طول آزمايش كشش صرف نظر نماييم خواهيم داشت :

V = A₀L = A₀ L₀ ® A₀/A=L/L₀

هرگاه معادله اخير را در رابطه s وS قرار دهيم خواهيم داشت :

(s=S  (L/L₀

بنابراين با معلوم بودن تنش اسمي ومقدار تغيير طول ميتوان در لحظه تنش حقيقي را از رابطه فوق بدست آورد.

حال با در دست داشتن تنشها وتغيير طولهاي نسبي و اسمي وحقيقي ميتوان منحني كشش را روي دو محور مختصات e وs و يا4  و     رسم كرد در شكل منحني كشش اسمي وحقيقي را نشان مي دهد كه قسمت خط چين منحني حقيقي مي يابد.بطوريكه تا وقتيكه صفحات اتمي روي هم نلغزند و لغزشslip پيش نيايد تغيير طول نسبي در طول تغييرات الاستيك خطي مي باشند و بنابراين خط راستoy  ايجاد مي گردد.چون تغييرات طول در اين قسمت ناچيز است بنابراين تنشها وتغييرات طول نسبي حقيقي واسمي اختلاف زيادي با يكديگر ندارند و دو منحني در اين قسمت روي هم منطبق است.

هنگاميكه تغييرات برگشت ناپذير ويا پلاستيكي شروع شوند منحنيهاي حقيقي واسمي از يكديگر جدا مي شود و بطوريكه مشاهده مي شود هر چقدرe  و4 بيشتر شود اين جدايش زياد تر مي گردد.

2-1 مدول الاستيك Modulus of Elasticity    ( يا حد تناسب)

بطوريكه گفته شد قسمت اول منحني كشش يك خط راست مي باشد وتغييرات تنش نسبت به تغييرات طول نسبي خطي است اما براي بعضي مصالح مانند  چدن وبتن حد تناسب خطي نبوده و حتي براي تنش خيلي كم نيز اندكي انحنا دارد ولي در عمل معمول است كه خط مستقيم رسم نموده واز فرم منحني صرف نظر مي‌كنند واز روي اين منحني بود كه رابطه معروف هو‌ل نوشته شد ونشان داد كه ازدياد طول نسبي متناسب است با تنش حاصل در مقطع شناختن اين حد اهميت زيادي دارد چون تمام تئوري‌هايكه براي اجسام الاستيك نوشته شده است بمبناي اين تناسب مي باشد. توماس‌يانگ نشان داد كه نسبت بين تنش كشش وازدياد طول نسبي خطي است وشيب اين خط عبارتست از نسبت تنش به ازدياد طول نسبي است      e = s / e    كه آنرا مدول Young Modulus يانگ  s =  E e     كه همان مدول الاستيسيته مي باشد واحد اين مدول بر حسب واحد تنش مي باشد و چون اين مقدار ثابت همان تانژانت زاويه‌ ايست كه منحني كشش با محور تغيير طول نسبي مي سازد

  لذا بزرگ بودن اين مدول حاكي بر بزرگي زاويه ودر نتيجه تغييرات كمتر به عبارت ديگر فلزاتي كه مدول يانگ آنها بيشتر است سخت تر ومقاوم تر مي باشد.

3-1 تنش تسليم Yiels Stress

هرگاه تنش وارد به نمونه بحدي برسد كه صفحات اتمي روي يكديگر لغزيده وتغيير مكان دهند گوييم فلز تسليم شده  Yielding  تغييرات طول پلاستيكي( برگشت ناپذير )در نمونه شروع مي شود منحني كششي در اين لحظه از حالت خط راست خارج مي گردد ونسبت به تغييرات الاستيك براي تغيير طولها بيشتر احتياج به نيرو يا تنش كمتري است. اين نقطه را نقطه تسليم Yield Point            گويند. فلزاتي مانند فولاد نرم بعضي از آلياژهاي الومينيوم وغيره داراي نقطه تسليم  تسليم مشخص Yield Point Sharp مي باشند مانند  شكل         نقطه y  در

در بيشتر فلزات نقطه تسليم مشخص نبوده و براي تعيين آن بايد خط راست  قسمت الاستيك منحني رسم نموده و نقطه جدايش اين خط از منحني كشش را ميتوان نقطه تسليم ناميد شكل (b) نقطه y منحني كشش فلزاتي  مانند مس  و آلومينيوم شبيه منحني (b) مي باشد وتنش مربوطه به نقاط  y در منحني ( a) وy  در منحني ( b)  را تنش تسليم گويند اين تنش در مهندسي اهميت بسزائي دارد و محاسبات طراحي مكانيك و سازه با در نظر گرفتن كسر ضريب اطمينان از اين تنش استفاده مي شود نقطهB  در دياگرام كشش ماكزيمم حدي است كه اجسام در حالت الاستيك كار مي كند يعني اگر بار وارده را حذف كنيم ازدياد طول جسم نيز از بين مي رود.

در اغلب مصالح آنرا چنين تعيين مي كنند پس از

حذف بار دياگرام نقشه موازي با حالت

بار گذاريست خط B  k )) اگر نمونه را دوباره

تحت اثر نيرو قرار دهيم دياگرام معمولا خط را

طي مي كند تا اينكه به محلي مي رشد كه تنش آن اندكي كمتر از تنش ماكزيمم در حالت بارگذاري اوليه است در اين لحظه منحني مسير بارگذاري اوليه را طي خواهد كرد (در شكل بالا) همانطوريكه ملاحظه مي گردد حد تناسب براي بارگذاري دوم بزرگتر از بارگذاري اول است اين پديده را  Strain Hardening   و يا Work Hardening    نامند وقتيكه تنش از حد الاستيك گذشت ملاحظه مي گردد پس از حذف بار قسمتي ازدياد طول در نمونه باقي مي ماند مثل o k كه آنرا تغيير شكل پلاستيك يا ازدياد طول پس ماند off set    نامند.

تغيير شكل پلاستيكي كه مستقل از مدت زمان بارگذاري باشدslip  لغزش ناميده مي شود.

4-1-تنشهاي جاري                Flow Stresses 

تنش جاري عبارتست از تنشي كه لازم است تا نمونه را به اندازه معين تغيير طول دائمي دهد و حدش محلي است كه اگر ازدياد طول نسبي باز هم زياد شود مقدار تنش نيز دوباره بالا رود اين عبارت اخير معرف آنست كه ما داراي يك برامدگي ( زانو ) روي دياگرام كشش خواهيم بود.

نقطه جاري شدن                      مي توان بدون كمك اندازه‌گيري ازدياد طول نسبي پيدا كرد ولي متاسفانه تعداد كمي از مصالح داراي نقطه جاري شدن هستند. همانطوريكه دياگرام تنش و ازدياد طول نسبي  (شكل e ) براي مصالح مختلفي نشان داده شده كه اين                                                                        

براي مصالحي كه نمي توان نقطه جاري شدن را تعيين كرد ميتوان مقاومت جاري شدن را كه مجاور نقطه جاري شدن است پيدا كرد بدين ترتيب كه 0مقدار%2/0 از اضافه  طول را تعيين كرده واز اينجا خطي به موازات خط مماس بر منحني از مراكز مختصات رسم مي‌نمائيم وهر كجا اين موازي با خط مماس بر  منحني كشش را قطع كند آن نقطه حد جاري شدن را نشان مي دهد و اين تنش به    2/0 s  و در بعضي مواقع    1/0 s يا بيشتر را حساب مي كنند.مثلا نقش جاري يك درصد با 20 % درصد كهن حدود 2650 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع وتنش جاري 3 درصد آن حدود 3200 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع مي باشد ونقش جاري 3 درصد آن حدود 3600 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع مي‌باشد. از تنشهاي جاري در شكل دادن فلزات كه فلز بطور دائمي تغيير شكل مي بايد استفاده زيادي مي نمايند.

و در شكل زير مثالهاي ديگري براي مصالحي كه نقطه جاري شدن در آنها مشخص مي باشد. آمده است كه در آن منحني ها به ترتيب.

1-مس الكتروليت             Cupper

2-مس خالص                   Cupper

3-برنز                            Bronze

4-مس كشيده شده ( از حديده گذش