آزمون کشش

آزمون کشش بر روی یک کامپوزیت. اندازه نمونه استاندارد نیست.
آزمون کشش ( تست کشش) یکی از آزمون‌های مخرب علم مواد است که در آن یک نمونه تحت اثر کشش تک محوری تا حد شکست مورد مطالعه قرار می‌گیرد. نتایج حاصل از آزمون به‌طور معمول برای انتخاب یک ماده به منظور کنترل کیفیت و پیش‌بینی اینکه چگونه یک ماده تحت انواع دیگری از نیروها واکنش نشان می‌دهد به کار می‌رود. خواصی که به‌طور مستقیم از طریق آزمون کشش اندازه‌گیری می‌شوند عبارتند از: مقاومت کششی نهایی، بیشترین افزایش طول و کمترین کاهش در مساحت نمونه. همچنین از این اندازه‌گیری‌ها خواص زیر نیز می‌تواند تعیین شود: مدول یانگ، نسبت پواسون، استحکام تسلیم و کرنش سختی ماده. آزمون کشش تک محوری برای تعیین خواص مواد همسانگرد به کار می‌رود و برای مواد ناهمسانگرد مانند کامپوزیتها از آزمون دو محوری استفاده می‌شود.
نمونه کششی
نمونه کششی، یک نمونه با سطح مقطع استاندارد است که دو بازو و یک گیج (مقطع) در میانه دارد. بازوها بزرگ بوده تا بتوانند به راحتی و به صورت محکم توسط گیره‌ها گرفته شوند، در حالیکه که بخش گیج سطح مقطع کمتری دارد به‌طوری‌که تغییر شکل و شکست در این ناحیه رخ می‌دهد.
بازوهای نمونه کششی می‌توانند به طرق مختلفی برای اتصال‌های متفاوت به دستگاه کشش ساخته شوند. هر سیستم مزایا و معایبی دارد. به عنوان مثال تولید بازوهای طراحی شده برای گیره‌های دندانه دار، ارزان و آسان است اما تراز نمونه به مهارت تکنیسین‌ها بستگی دارد. از سوی دیگر گیره‌های دارای پین، تراز خوبی را تضمین می‌کنند. بازوها و گیره‌های پیچ شده نیز دارای تراز خوبی هستند اما تکنیسین باید بداند که هر بازو می‌بایست به اندازه طولی حداقل یک قطر به داخل گیره‌ها پیچ شود وگرنه رزوه‌ها قبل از شکست نمونه ممکن است صاف و کنده شوند.
در ریخته گری‌ها و آهنگری‌های بزرگ، معمولا مقداری ماده اضافی در نظر گرفته می‌شود تا بتوان با جدا کردن بخش‌های اضافی از آن قطعه نمونه را تهیه کرد. این نمونه‌ها ممکن است دقیقا نشان دهنده‌ی تمام قطعه کار نباشند زیرا که ساختار بلور ممکن است در سراسر آن متفاوت باشد. در قطعه کارهای کوچک‌تر هنگامیکه قسمت‌های حیاتی از ریخته گری باید آزمایش شود، یک قطعه کار ممکن است برای ساختن نمونه‌های آزمون قربانی شود.
قابلیت تکرارپذیری یک ماشین آزمون می‌تواند با استفاده از نمونه‌های آزمایشی که با دقت بسیار زیاد ساخته شده‌اند مسیر شود.
یک نمونه استاندارد بسته به نوع آزمایش، به صورت گرد یا مربع در امتداد قسمت گیج است. هر دو انتهای نمونه باید طول و شرایط سطحی یکسانی را همانند وقتی که آن‌ها در طی آزمون به‌طور محکم گیره شده بودند دارا باشند. طول اولیه گیج (Lo) استاندارد شده‌است ( در بسیاری از کشورها) و بسته به اندازه قطر (Do) یا سطح مقطعی (Ao) تغییر می‌کند که هر کدام در برخی از کشورها به صورت زیر استفاده می‌شود:
نوع نمونه
ایالات متحده (ای‌اس‌تی‌ام)
بریتانیا
آلمان
تخت ( Lo / √Ao)
4.5
5.65
11.3
میله‌ای ( Lo / Do)
4.0
5.00
10.0
تجهیزات
دستگاه استاندارد یونیورسال یا همه منظوره
رایج‌ترین دستگاه تست مورد استفاده در آزمون کشش از نوع یونیورسال یا همه منظوره است. این نوع دستگاه دارای دو بلوکه ثابت است که یکی برای طول نمونه تنظیم می‌شود و دیگری برای اعمال نیرو ساخته شده‌است که در دو نوع هیدرولیکی و الکترومغناطیسی وجود دارند.
دستگاه باید قابلیت‌های مناسب را برای نمونه در حال آزمایش داشته باشد. 3 پارامتر اصلیوجود دارد: ظرفیت فشار، سرعت و دقت. ظرفیت فشار به این حقیقت اشاره دارد که دستگاه باید قادر به تولید نیروی کافی برای شکست نمونه باشد. این نیرو باید به اندازه کافی سریع یا آرام باشد تا بتواند شرایط حقیقی را شبیه سازی کند. برای مثال یک دستگاه بزرگ که برای اندازه‌گیری کشش‌های طویل طراحی شده ممکن است با یک ماده‌ی شکننده که کشش‌های کوتاه قبل از شکستن را تجربه کرده کار نکند.
تنظیم نمونه تست یک موضوع مهم به‌شمار می‌رود. چرا که اگر نمونه به‌طور نادرست تنیظیم شده باشد یعنی تحت زاویه باشد یا افست بسته شده باشد باعث می‌شود که دستگاه یک نیروی اضافی خمشی نیز به آن وارد کند. این مخصوصا برای مواد شکننده بد است زیرا که به‌طور زیادی در نتایج باعث بروز خطا می‌شود. این وضعیت می‌تواند با استفاده از نشیمنگاه‌های کروی یا مفصل‌های همه کاره بین گیره‌ها و ماشین تست به حداقل برسد. این تنظیم نادرست هنگامی نمایان می‌شود که در حین اجرای آزمون، قسمت خطی منحنی تنش- کرنش به صورت منحنی باشد نه خطی.
اندازه‌گیری کرنش معمولا با یک کشش سنج انجام می‌شود اما کرنش سنج اغلب در آزمون نمونه‌های کوچک یا هنگامیکه نسبت پواسون مشخص باشد نیز استفاده می‌شود. دستگاه‌های جدیدتر زمان و نیرو سنج دیجیتال و سیستم‌های اندازه‌گیری کشش که شامل سنسورهای الکترونیکی متصل شده به دستگاه جمع‌آوری داده ( اغلب کامیپوتر) و نرم افزار که برای ویرایش و خروجی داده است را دارا می‌باشند.
روند آزمون
فرایند آزمون شامل قرار دادن نمونه تست داخل دستگاه و اعمال کشش به آن تا زمان گسیختگی است. در طی استفاده از کشش، کشیدگی قسمت گیج با توجه به نیروی اعمال شده، ثبت می‌شود. اطلاعات به دست آمده مربوط به شکل هندسی مخصوصی از نمونه نیست. اندازه‌گیری کشش برای اندازه‌گیری کرنش مهندسی ، با استفاده از رابطه زیر انجام می‌شود:
L تغییر طول گیج است و Lo طول اولیه و L طول نهایی آن است.
اندازه‌گیری نیرو برای محاسبه‌ی تنش مهندسی با استفاده از رابطه زیر انجام می‌شود:
که در آن F نیرو و A سطح مقطع قسمت گیج است. دستگاه این محاسبات را همگام با افزایش نیرو انجام می‌دهد، طوری‌که نقاط داده‌ها می‌تواند با نمودار تنش – کرنش نمایش داده شود.
استانداردها
فلزات
ASTM E8- روش آزمون استاندارد برای تشت کشش مواد فلزی
ISO 6892- تست کشش مصالح فلزی در دمای محیط
JIS Z2241- روش آزمون کشش برای مواد فلزی
مواد انعطاف پذیر
ASTM D828- روش آزمون استاندارد برای خواص کششی کاغذ و مقوا استفاده شده در دستگاه با نرخ کشیدگی ثابت
ASTM D882- روش آزمون استاندارد کشش برای ورقه‌های نازک پلاستیکی
ISO 37- روش آزمون برای لاستیک، جوش زده شده توسط ترموپلاستیک – تعیین خواص کششی تنش- کرنش