بسمه تعالی

نام آزمایش : آزمایش کشش

اعضای گروه :مرتضی کارگر ، محمد حسین صادقی نیا ، نیما ابراهیمی

استاد :

مهندس مرادی زاده

93پاییز دانشگاه شهرکرد

آزمایش کشش اطالعات اساسی مهمی در خصوص خواص مکانیکی فلزات و آلیاژها از آزمایش کش??ش ب??ه دس??ت می آی??د . در این آزم??ایش نمون??ه ای ک??ه ب??ا ان??دازه و ش??کل استاندارد تهیه می شود در دستگاه مخصوصی تحت نیروی کشش محوری ق??رار می گ??یرد ت??ا اینک??ه نمون??ه بش??کند . ن??یروی اعم??الی و مق??دار اف??زایش ط??ول در فواصل زمانی معین در طی آزمایش به وسیله دستگاه ثبت می گردد که بعدا ب??ا استفاده از فرمول های ذکر شده به تنش و کرنش تبدیل می شوند . داده ها ب??ه

کرنش مهندسی رسم می ش??ود . منح??نی ه??ای م??ذکور را–صورت منحنی تنش کرنش حقیقی تبدیل نمود . در زیر–می توان به نوعی دیگر به نام منحنی تنش

هر کدام از این منحنی ها توضیح داده می شوند .

کرنش مهندسی :–منحنی تنش شکل زیر ی??ک منح??نی ش??ماتیک فل??زاتی چ??ون مس ، الومی??نیوم ی??ا ف??والد ک??ه از آزمایش کش??ش ب??ه دس??ت آم??ده اس??ت رانش??ان می ده??د . در ابت??دا منح??نی ب??ه صورت خطی باال می رود و اگر نیرو برداشته شود نمونه دوباره به ح??الت اولی??ه

( .ب??ه این قس??مت از نم??ودار ، منطق??ه االس??تیکی ی??اAخود بر می گردد ) نقطه نیز نمونه تغییر فرم دارد ولیB تاAکشسان خطی می گویند . در فاصله نقطه

باالترین نیرویی را مشخص می کند که ماده در آن تغییرBخطی نیست . نقطه را حد االستیک می گوین??د ک??ه در زی??ر آنbفرم دائمی یا پالستیک ندارد . نقطه

تغییر فرم االستیک است و باالتر از آن تغییر ف??رم ب??ه ص??ورت پالس??تیک و دائمی ب??ه ن??ام ح??دAاست . چ??ون تع??یین این نقط??ه مش??کل اس??ت معم??وال از نقط??ه

تناسبی که محل نغییر نمودار از حالت خطی به منحنی است به عنوان م??رز بین ناحیه االستیکی و پالستیکی تغییر فرم استفاده می ش??ود . ب??االتر از این نقط??ه ، رابطه تنش و کرنش دیگر خطی نیست و تناسب مستقیم ندارد . ش??یب نم??ودار در منطقه االستیکی ، مدول االستیسیته یا مدول یانگ نامیده می شود . همچنین

در این ناحیه قانون االستیسیته خطی یا قانون هوک یعنی :Ee=

برقرار است . در ط??راحی مهندس??ی از اس??تحکام تس??لیم اس??تفاده می ش??ود . این اس??تحکام ،

ی??ا0.2تنشی است که در آن مقدار کمی تغییر فرم پالستیک معم??وال ب??ه ان??دازه به وجود می آید و بنام استحکام تس??لیم افس??ت مع??روف می باش??د . این0.002

می باشد . ODکرنش پالستیکی دائمی به اندازه ،Bهمان طور که مشاهده می شود با انجام تغییر فرم پالستیک پس از نقطه

ماده دچار کرنش سختی یا کار سختی می شود و در نتیجه استحکام آن افزایش تغییر فرم پالس??تیک یکن??واخت اس??ت و در تم??امی ط??ولBEمی یابد . در ناحیه

نمونه اتفاق می افتد و سطح مقطع لحظه به لحظه کوچکتر می شود ولی چونتاثیر کرنش سختی بیشتر است استحکام باالتر می رود .

که استحکام نهایی نامیده می شود بیشترین استحکام وج??و دارد . ازEدر نقطه آن به بعد دیگر تغییر ف??رم پالس??تیک یکن??واخت نیس??ت و در ن??واحی ای از نمون??ه تغییر فرم بیشتر و کاهش سطح مقطع نیز بیشتر مشاهده می ش??ود ب??ه ط??وری که تاثیر این کاهش سطح مقط?ع از ت?اثیر ک?رنش س?ختی بیش?تر می گ?ردد و در نتیجه استحکام کاهش می یابد . این سیر نزولی ادامه می یابد تا اینکه نمون??ه ت??ا

، استحکام شکست می گویند . F بشکند . به استحکام در نقطه Fنقطه

رفتار مواد در برابر کشش : رفتار کلی مواد در برابر اعمال نیرو به دو گروه نرم و ت??رد تب??دیل می ش??ود این بستگی به قابلیت تغییر فرم پالستیک ماده دارد . شکل زیر منح??نی تنش ک??رنش ماده نرم و ترد را نشان می دهد گرچه ماده کامال ترد تقریبا در حد االستیک می شکند ولی فلز ترد مانند چدن سفید قدری تغییر فرم پالستیک از خود نش??ان می

دهد . داشتن قابلیت تغییر فرم پذیری یا داکتیلیتی ک??افی ب??رای م??واد ی??ک پ??ارامتر مهم است زیرا باعث می شود که تنش های موضعی در ماده توزیع شود . از ط??رفی تغییر فرم پالستیک باعث کور شدن ترک و جلوگیری از پیشروی ترک می شود . در ماده ترد حتی اگر تمرکز تنش ن??یز وج??ود نداش??ته باش??د چ??ون تنش تس??لیم و

نهایی عمال یکسان می باشند شکست به صورت ناگهانی اتفاق می افتد . عواملی چون کاهش دما ، اف??زایش س??رعت بارگ??ذاری ی??ا در مع??رض هی??دروژن قرار گرفتن و یا حضور شیار موجب تردی مواد نرم می ش??وند . بن??ابراین ت??ردی مشخصه مطلق یک فلز نیست و ع?واملی می توان?د م?اده ت?رد را ب?ه م?اده ن?رم

تبدیل نماید .

مشخصاتی که از آزمایش کشش به دست می آیند : تنش تسلیم : تعیین تنشی که در آن تغییر فرم پالستیک یا تسلیم شدن-1

اتفاق می افتد به دقت اندازه گیری ک??رنش بس??تگی دارد . اغلب م??واد دارای یک انتقال ت??دریجی از رفت??ار االس??تیک ب??ه پالس??تیک می باش??ند و نقطه ای که در آن دقیقا تغییر فرم پالستیک شروع می شود به سختی تعیین می گردد . روش های مختلفی برای تعیین ش??روع تس??لیم ش??دن

وجود دارد که در زیر به آن ها اشاره می شود : ( تعیین حد االستیک واقعی 1-1

ان?دازه6−10×2در این روش با دستگاه ه?ای دقی?ق ک?رنش ه?ایی در ح?د گیری می شود . این حد االستیک مقدار خیلی کمی دارد و در واقع تنها

%25حرکت چند ص??د نابج??ایی را نش??ان می ده??د . این تنش ح??دود درصد100 و 25تنش تسلیم قابل اندازه گیری ماده است . ناحیه بین

معروف استMicroyieldتنش تسلیم قابل اندازه گیری ، به نام ناحیه .

( حد تناسبی 1-2 بزرگترین تنشی است که مستقیما با کرنش متناسب است . این حد با

کرنش تعیین می شود .–مشاهده انحراف از خطی بودن منحنی تنش ( حد االستیکی 1-3

بزرگترین تنشی است که اگر م??اده در آن ب??اربرداری ش??ود ، هیچگون??ه تغییر فرم پالستیکی در آن باقی نمی مان??د . ی??ا بی??انی دیگ??ر بزرگ??ترین تنشی است که ماده تحم??ل می کن??د ب??دون اینک??ه ک??رنش پالس??تیکی و

دائمی قابل اندازه گیری در حین باربرداری از خود نشان دهد . معم??وال ح??د االس??تیکی بزرگ??تر از ح??د تناس??بی می باش??د . ب??رای تع??یین ح??د االستیکی باید چندین بار آزمایش بارگذاری و بار برداری را در اط??راف

حد االستیکی تخمینی انجام داد . ( تنش پروف یا افست 1-4

= (0.001e یا0.002 درصد )0.2 یا 0.1در این روش ، مقدار کرنش را مش??خص می کنن??د و س??پس از آن نقط??ه خطی ب??ه م??وازات بخش

کرنش رسم می کنند تا منح??نی را قط??ع نمای??د .–خطی منحنی تنش محل تقاطع ، استحکام تسلیم می باشد .

- استحکام نهایی یا کششی 2 مش??خص می ش??ود و از ازم??ایش ت??ک مح??وری ب??هUTSاین پ??ارامتر ب??ا

–دس??ت می آی??د . اس??تحکام کشش??ی در ح??داکثر مق??دار منح??نی تنش کرنش مهندسی به وجود می آید که حاص?ل تقس?یم ح?د اک?ثر ن??یرو ب??ه

/Pmaxسطح مقطع اولیه A0 = Suمی باشد . استحکام کشش??ی رابط??ه مستقیمی با سختی و استحکام خستگی سیکل باال دارد .

داکتیلیتی یا میزان قابلیت تغییر فرم پالستیک – 3تعیین مقدار داکتیلیتی به سه منظور انجام می گیرد :

. برای اینکه مش??خص ش??ود ی??ک فل??ز را ت??ا چ??ه ان??دازه می ت??وان در1 عملیات نورد یا اکستروژن تغی??یر ف??رم داد ب??دون اینک??ه دچ??ار شکس??ت

شود ) در شکل دادن فلزات ( . . برای اینکه ط??راح مطمئن ش??ود ک??ه م??اده ت??ا قب??ل از شکس??ت چ??ه2

مقدار قادر به تغییر فرم پالستیکی می باشد ) طراحی قطعه( . . برای اینکه کیفیت ماده از نظر حضور ناخالصی ی??ا ش??رایط تولی??د و3

شکل پذیری مشخص شود ) کنترل کیفی( . برای تعیین داکتیلیتی ، از دو پارامتر کرنش شکست یا درص??د اف??زایش طول و کاهش سطح مقطع استفاده می کنن??د . در ه??ر دو روش ، پس

ان??دازه گرفت??ه می ش??ود وAfاز شکست نمونه ، سطح مقطع نهایی همچنین دو قسمت شکسته شده کن??ار هم گذاش??تم می ش??ود و ط??ول

اندازه گیری می گردد . Lfنهایی

%ef=l f−l0l0×100

%q=A0−A fA0

×100

و هر دو مقدار به صورت درصد بیان می شوند .

eمقدار fبه طول اولیه نمونه بستگی دارد زیرا بخش قابل توجهی از تغییر فرم پالستیک در ناحیه گلویی شدن نمونه کششی اتفاق می افتد . هرچه طول اولی??ه نمونه کوچکتر باشد ، سهم بیشتری از اف??زایش ط??ول مرب??وط ب??ه ناحی??ه گل??ویی

eش??دن می باش??د و بن??ابراین مق??دار fبیش??تر خواهد بود . یا به عبارتی میزان افزایش طول در نمون??ه ه??ای کوت??اه ت??ر بیش??تر است . بنابراین هنگام اف??زایش درص??د اف??زایش ط??ول می بایس??ت ط??ول اولی??ه نمونه نیز ارائه بشود . ولی در مورد کاهش سطح مقطع نیازی ب??ه ارائ??ه ان??دازه

اولیه سطح مقطع نیست . مدول االستیسیته یا مدول یانگ – 4

شیب بخش خطی منحنی تنش کرنش مدول االستیسیته می باشد . این پ??ارامتر معیاری برای سفتی ماده است که همان مقاومت در برابر تغییر فرم می باشد . هرچه این مدول بیشتر باشد ک??رنش االس??تیکی در ی??ک در ی??ک تنش ث??ابت کم??تر است . مدول االستیسیته یکی از پارامتر های مهم در طراحی اس??ت زی??را ب??رای محاسبه میزان تغی??یر ف?رم االس?تیک م?واد مش??خص ش??دن این پ?ارامتر ض??روری

است . مدول االستیس?یته ناش??ی از نیروه?ای پیوس?تگی بین اتم ه?ای م??اده اس??ت و این نیروها نیز بدون تغییر طبیعت ماده تغییر زیادی نمی کنند . بن??ابراین م??دول یان??گ یکی از حساس ترین خواص مکانیکی به ساختار اتمی ماده است و تاثیر چندانی از تغییر ریز ساختار مت??الورژیکی م??اده نمی پ??ذیرد . این م??دول فق??ط ب??ه مق?دار جزئی تحت تاثیر افزودن عناصر آلیاژی ، عملیات حرارتی یا کار سرد می باشد . اما افزایش دما موجب کاهش شدید آن می شود زی?را ن?یرو ه?ای پیوس??تگی بین اتم های ماده کاهش می یابد . شکل زیر تغییرات مدول االستیسیته چند فل??ز را نسبت به دمای آزمایش نشان می دهد . معموالاین ضریب به صورت دقیق تری

با استفاده از اندازه گیری سرعت صوت در آلیاژ بدست می آید .

- قابلیت ارتجاعی 5 قابلیت ارتجاعی کار انجام شده برای کشیدن یک میله تا حد کشسانی می باش??د . همچنین می توان گفت توان??ایی م??اده ب??رای ج??ذب ان??رژی وق??تی ک??ه ب??ه ط??ور االستیکی تغییر فرم می دهد و سپس در حالت باربرداری ب??اعث برگش??ت م??اده به ح?الت اولی??ه می ش??ود را ق??ابلیت ارتج?اعی می گوین??د . ق?ابلیت ارتج??اعی ب??ا پارامتری به نام مدول ارتجاعی اندازه گیری می ش?ود ک?ه ان?رژی کرنش?ی ) در واحد حجم ( الزم برای تحت ت??اثیر تنش ق??رار دادن م??اده از تنش ص??فر ت??ا تنش تسلیم می باشد . برای یک آزمایش کشش تک محوری ، انرژی کرنشی در واحد

حجم عبارتست از :

U R=S y e y2

=Sy S y2E

=S y2

2E=e y2

2E

Sy تنش تسلیم و e yکرنش در نقطه تسلیم می باشد . این ان??رژی ب??رای ح??الت تنش سه بعدی به صورت زیر بیان می شود :

UR = 12(xԐx+ yԐy+ zԐz+τxyɣxy + τxzɣxz + τyzɣyz)

کرنش برشی است .γکه در آن با قرار دادن معادالت هوک در حالت سه بعدی در معادله باال ، انرژی کرنشی یا

مدول ارتجاعی به صورت زیر بدست می آید :

UR = 12E ( x2 + y

2 + z2) - VE (xy + yz +xz ) + 12G (τxy

2+ τyz2 +τxz

2 )

از روابط باال مشخص می شود که اگر ماده ای الزم داریم که نمی خواهیم تغییر فرم پالستیک بدهد ، مانند ماده ای برای ساخت فنر های مکانیکی ، باید ماده ای را انتخاب کنیم که تنش تسلیم باال و مدول االستیسیته پایین داشته باشد . ی??ا ب??ه

عبارتی مدول ارتجاعی باال داشته باشد .

- چقرمگی 6 چقرمگی یک ماده ، میزان توانایی جذب انرژی ماده تا مرحله شکست می باشد . توانایی یک ماده به مقاومت در برابر تنش ه??ایی ب??االتر از تنش تس??لیم و ع??دم ایجاد ترک در قطعاتی نظیر چرخ دنده ه??ا ، زنج??یر ه??ا و قالب ه??ا اهمیت زی??ادی دارد . یکی از راه هایی که می توان با آن چقرمگی را تعریف کرد این است ک??ه

کرنش فرض نمود . این مس??احت نش??ان–آن را برابر با سطح زیر منحنی تنش دهنده مقدار کار در واحد حجم می باشد ک??ه می توان??د روی م??اده اعم??ال ش??ود بدون اینکه باعث شکست ماده گردد . بنابراین هرچه این مساحت بیش??تر باش??د چقرمگی ماده نیز بیشتر است . مشاهده می شود که چقرمگی پارامتری اس??ت

که هم به استحکام و هم به داتیلیتی ماده بستگی دارد . ک??رنش–روابط ریاضی تقریبی متعددی برای محاسبه مساحت زیر منحنی تنش ک??رنش–پیشنهاد شده است ، مساحت زیر منحنی مواد نرم ، ک??ه منح??نی تنش

آنها مشابه فوالد های ساختمانی است ، از روابط تقریبی زیر بدست می آید :UT ≈ Su e f

UT ≈S y+Su2

e f

برای مواد ترد منحنی تنش کرنش مشابه یک سهمی در نظر گرفت??ه می ش??ود ومساحت زیر آن از روابط تقریبی زیر بدست می آید :

UT ≈23Su e f

الزم به ذکر است که همه این روابط تقریبی هستند . از طرفی ، منحنی های مهندسی رفتار واقعی را در محدوده پالستیکی بیان نمی کنند زیرا براساس سطح مقطع اولیه

نمونه محاسبه شده اند :

شرح آزمایش : ابتدا نمونه م??ورد نظ??ر را انتخ??اب ک??رده و ابع??اد آن را ان??دازه گ??یری می ک??نیم . سپس بوسیله دس??تگاه کش??ش نمون??ه را تحت کش??ش ق??رار می دهیم . در حین آزمایش کشش ، ب?دلیل متص??ل ب?ودن دس?تگاه کش?ش ب?ه رایان?ه ، نم?ودار تنش کرنش در لحظه ترسیم می شود . پس از شکست نمونه نیز ابعاد آن را دوب??اره

اندازه گیری کرده و محاسبات الزم را انجام می دهیم .

محاسبات :

- تنش تسلیم1

مدول یانگ– 2

استحکام کششی نهایی– 3

تنش شکست– 4

مدول ارتجاعی– 5

چقرمگی– 6

درصد ازدیاد طول– 7

درصد کاهش سطح مقطع– 8