1

บทท 6 การทดสอบแรงดง

Tension Test

1302 423

Industrial Materials Testing

Dr. Sukangkana Lee

2

บทน า

การทดสอบแรงดง มวตถประสงค เพอวดคณสมบตความตานทานของวสดตอแรงดง

เปนประโยชนในการออกแบบ และการเลอกใชวสดใหเหมาะสมกบลกษณะการใชงาน

ในการทดสอบจะเปนการใชแรงดงทเพมขนอยางสม าเสมอดงชนงานใหยดออกและขาดในทสด

โดยปกตแลวมกจะทดสอบกบวสดทเหนยวมากกวาเปราะ

3

วธการทดสอบ

1. กลงแตงชนทดสอบ (specimen) จากชนงานตวอยาง (sample) ใหไดขนาดตามมาตรฐานทใชอางอง เชน มอก., JIS เปนตน

2. ท าความสะอาดชนทดสอบ (specimen) ใชกระดาษทรายลบชนทดสอบ ถาผวมสนม เพอปองกนการเลอน ของชนงานจากหวจบขณะท าการดง

3. ตรวจสอบความเรยบ ตรง ของชนทดสอบ โดยจะตองไมโกงงอ

4. ท าการวดและบนทกคาขนาดและมตของชนทดสอบ

5. ท าการดงดวยเครองดง (Tensile machine) ซงเมอดงเสรจสน (ชนงานขาดจากกนเปนสองสวน)

6. วาดกราฟและค านวณคาตางๆ ทเราตองการ

4

การวเคราะหขอมล

Engineering stress

True stress

5

ชวงการเปลยนรปแบบยดหยน (Elastic deformation)

ระยะยดตว AB จะ แปรผนตรง กบแรงทมาดง เปนเสนตรง เรยกวา Proportional limit

ความชนของเสนตรงนจะเรยกวา Young’s Modulus of Elasticity

เมอวสดยดตวอกเลกนอยจะถงจด C ซงเปนจดทเรมทจะมการแปรรปแบบถาวร หรอ จดครากบน (Upper Yield Point)

โดยวสดทไดรบแรงดงในชวง AC เมอท าการหยดดง ความยาวของชนงานจะหดกลบไปยงความยาวเรมแรกของวสดนน

6

ชวงการเปลยนรปแบบถาวร (Plastic deformation)

ส าหรบเหลกกลาคารบอนเมอท าการแปรรปตอจาก จด C ชนงานจะสามารถยดตวออกไปได (เรยกการเกด Plastic flow) ดวยความเคนทลดลงและคงทในชวงสนๆท จด D ซงเปน จดครากลาง (Lower Yield point)

คาความเคนทจด D นเรยกวา ความตานทานแรงดงทจดคราก (Yield strength) หรอ ความเคนคราก (Yield Stress)

7

การเกดของจดครากบนและลางนจะเปนคณสมบตเฉพาะของเหลกกลาคารบอนต า

เมอเหลกกลาคารบอนต า ไดรบแรงถง จดครากบน จะเกดการเสยรปทไมสม าเสมอตลอดความยาวพกด แต จะกระจายสม าเสมอตลอดความยาวพกดเมอถง จดครากลาง

จนกระทงมความเครยดถาวรสม าเสมอตลอดความยาวพกด ซงเรยกวาเกด the Lüders strain หลงจากนนชนทดสอบจะมพฤตกรรมภายใตแรงกระท า คอ แขงแรงขนเมอความเครยดเพมขน (strain-hardening) เหมอนกบวสดอนทไมมจดคราก

8

ส าหรบโลหะทไมปรากฏจดครากทชดเจนใหเหน เชน เหลกกลาคารบอนหลงจากผานการรดปรบผว (Skin pass rolling) และทผานการอบออน และโลหะทไมใชเหลก เปนตน

ดงนน การค านวณคาความตานทานแรงดงทจดคราก จะใชวธการลากเสนขนานกบชวงทกราฟเปนเสนตรง (Proportional limit) เรยกวา Offset method

เชน วดทระยะหาง 0.2% ของ Gauge length ไปตดกบเสนกราฟทไดจากการดง

9

คาความเคนทจด Y เรยกวา

ความเคนพสจน (Proof stress) ท 0.2%

10

ชนทดสอบ

ลกษณะภาคตดขวางมไดหลายลกษณะ เ ชน วงกลม, สเหลยมจตรส หรอ สเหลยมผนผา

ชนทดสอบจะไดจากการสม

ชนงานอาจจะตดมาจากผลตภณฑโดยตรง หรอตองผานการกลงแตงเพอใหไดขนาด ซงใหเปนไปตามมาตรฐาน มอก 244 เลม 4-2525

11

Lt

Lc

Lo

p

r

Lu

Su

So

Gauge length

12

การเตรยมชนงานทผดพลาด

13

14

การยดชนทดสอบ ตองใหแรงดงทดสอบอยในแนวแกนของชนทดสอบ

ตองไมท าใหเกดการแกวง หรอเกดการดดโคงระหวางทท าการทดสอบ

รบรางของบรเวณจะจบยดสามารถท าไดหลายแบบ เชน แบบเรยบ, เปนบา, เกลยว, รส าหรบสลก เปนตน

15

อปกรณจบยดตองมความแขงแรงเพยงพอตอแรงกระท า สวนมากมลกษณะเปนลม (Wedge grips) แตจะไมเหมาะส าหรบชนงานทเปนโลหะเปราะเพราะจะท าใหแตกได

16

ตวอยางการจบยดชนงาน

Spherical bearing มไวเพอปองกน______________

17

18

19

ขอสงเกต และ ควรระวง

1. Elongation

วดไดจากการน าชนงานหลงจากชนงานขาดจากกนแลว มาตอใหสนททสด ในแนวเสนตรง แลวท าการวด

ซงอาจจะมขอผดพลาดของสญลกษณไมชดเจน และ human error ซงอาจจะแกไขไดโดยการใชเครองวดการยด (Extensometer) จะมลกษณะเปนไมโครมเตอร หรอนาฬกาวด

20

ถาต าแหนงทขาดไมอยในชวง gauge length ตองท าใหม เปอรเซนตการยด จะไมเทากนตลอดความยาว เมอเกด

คอคอด

% Elongation ของชนงาน = 31.25% แตถาพจารณาตลอดความยาวGauge length จะพบวา มคาตงแต 20-78% และ บรเวณคอคอด(5) ม% สงสด

1 2 3 4 5 6 7 8

21

2. ขนาดของชนงาน ทวไปจะก าหนด ความยาวพกด Lo=5.65So

0.5 หรอ Lo=5d เปน ชนทดสอบไดสดสวน

ถาคาสดสวน L/d ต ากวาน จะมผลตอคา %ความยด และการลดลงของพนทหนาตด

ถาคา L/d =0 จะท าใหมลกษณะเหมอนรอยบาก และท าใหเปน บรเวณรวมของความเคน (stress concentration) จะท าใหคาความแขงแรงเพมขน แตความเหนยวลดลงมาก

22 L=3d L=2d L=d L=0.5d L=0d

Length:Diameter ratio (a) Effect of Ductility

(b) Effect on stress-strain

23

3. ลกษณะการแตกของชนงาน

(a) Flat and Granular; Cast iron (b) Cup Cone, Silky; Mild Steel, Al (c) Partial cup-cone; Mild steel (d) Star fracture; Cold-worked or Heat-treated materials (e) Irregular; Wrought alloy (f) Cup Cone, Silky; Flat specimen

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

24

4. การเยองศนยของชนทดสอบ อาจเกดจากการจบชนงานไมด หรอวาง grip ไมด จะท าให

stress กระจายไมทวหนาตด หรอกระจายไมสม าเสมอ เกดแรงดงไมเทากนตลอดชวงความยาวพกด (gauge length)

สงผลใหพกดของกราฟ โดยเฉพาะชวง Proportional limit นอยกวาความเปนจรง

จะมผลกระทบกบคา strength ของชนงานทเปราะ และในการทดลองทตองการหาคา Elasticity ของวสด

25

5. ความเรวทดสอบ ถาอตราการดงเรวเกนไป จะท าใหเ พมความแขงแรงดง แตคาการยดลดลง

จะมผลกระทบมากกบคา strength ของโลหะทมจดหลอมเหลวต า เชน ตะกว สงกะส พลาสตก เปนตน

ความสมพนธ ระหวางการเปลยนแปลงของแรงดง หรอ การยด จะเปนแบบ logarithm กบ ความเรว

26

เชน ในการทดสอบชนงานมาตรฐานของเหลกกลา ถาเราเพมความเรวการดง เปน 8 เทาคอ จาก 1.25 เปน 10 mm/min จะท าใหความเคนจดครากเพมขน 4%, ความเคนดง เพมขน 2% และ Elongation ลดลง 5%

ชนงานหลอ ไมมรบผลกระทบจากการเปลยนแปลงความเรวมากนก

27

6. อณหภมการทดสอบ 6.1 อณหภมต า • วสดทใชงานทอณภมต า เชน ชนสวนตเยน, ชนสวนบรรจสารเคม หรอชนสวนเครองจกรทใชในสภาพภมอากาศอณหภมต า

• เราทราบดแลววา ductility ลดลง เมอ T ต าลง • สวนใหญมกจะไดคา tensile strength สงขน ถา T ต าลง • แต คา Yield strength มกจะเปลยนแปลงไมเปนไปตามสดสวนเดยวกนกบคา tensile strength

28

6.2 อณหภมสง ชนสวนทตองใชงานทอณหภมสง เชน ชนสวนเครองจกร

เครองบน ดงนนการทดสอบท อณหภมสง ตองค านงถง

1. การลดลงของ strength เมอ T สงขน 2. อตราการเกด Creep 3. ผลกระทบของ strain rate (พจารณาจาก ความเรวดง) 4. ผลกระทบของการเปลยนแปลงของโครงสรางจลภาค และ

โลหะวทยา

29

การทดสอบ Tensile test

ศกษา วธการทดสอบ มอก. 244 เลม 4-2525 ออกแบบใบบนทกผลการทดลอง เตรยมชนงาน 1. อลมเนยม 12.5 mm, กลมละ 1 ชน 2. เหลกเพลาขาว 12.5 mm , กลมละ 1 ชน 3. ทองเหลอง 12.5 mm, กลมละ 1 ชน