یکی از مهمترین آزمون های مواد فلزی است. ماشین های تست کشش در انواع مختلف عرضه می شوند. بعضی از آن ها تنها برای انجام تست کشش طراحی شده اند، در حالی که بعضی دیگر از نوع یونیورسال هستند و برای تست کشش و فشار تک محوری و هم چنین خمش سه نقطه ای مناسب هستند. بعضی از این ماشین ها، کوچک و رومیزی هستند که نیروی حداکثر آن ها بین ۵۰۰ نیوتن تا ۲۰ کیلونیوتن تغییر می کند، در صورتی که در انتهای دیگر طیف این گونه ماشین ها، ماشین های بزرگ تا ظرفیت یک مگا نیوتن و حتی بیشتر وجود دارند. علی رغم اندازه و نوع کاربرد ماشین، یعنی ماشین های کوچک یا بزرگ و ماشین های مورد استفاده برای آزمون کشش، فشار یا خمش، لازم است تعدادی ویژگی مشخص در ماشین وجود داشته باشد. این ویژگی ها عبارتند از:
الف- سیستمی برای تنظیم محل و نگهداری نمونه آزمایش در وضعیت مطلوب
ب- مکانیزمی برای اعمال نیرو به نمونه آزمایش و تغییر نیرو با آهنگ کنترل شده
سیستمی برای اندازه گیری دقیق نیروی وارد شده
علاوه بر این، در بعضی از ماشین های آزمایش، سیستم هایی برای اندازه گیری و ثبت دقیق تغییرات ابعاد نمونه آزمایش گنجانده شده اند، ولی عموما این گونه اندازه گیری ها با استفاده از دستگاه های مجزا مانند ازدیاد طول سنج و پیچش سنج، که به نمونه آزمایش وصل می شوند، صورت می گیرد. سستم درونی ماشین آزمایش به منظور اعمال نیرو، ممکن است مکانیکی یا هیدرولیکی باشد. معمولا سیستم مکانیکی شامل یک یا چند پیچ متصل به سر نیرو دهنده است و پیچ توسط مهره ای چرخان حرکت می کند. در سیستم های هیدرولیکی نیرو توسط یک پیستون هیدرولیکی که درون سیلندری مملو از روغن حرکت می کند، اعمال می شود. در بسیاری از موارد ثابت نگه داشتن آهنگ کرنش اهمیت دارد. بیشتر ماشین ها مجهز به وسایلی برای کار در چند آهنگ کرنش معین هستند، ولی بعضی از آن ها می توانند آهنگ کرنش را به طور پیوسته بین دو حد بالا و پایین تغییر دهند. نتایج آزمایش های نمونه های فلزی تابع آهنگ کرنش آزمایش نیست ولی مواد پلیمری معمولا به آهنگ کرنش حساسند. برای این مواد آهنگ های کرنش در استاندارد های مربوطه تعیین شده اند.
مفهوم تنش و کرنش:
هنگامی که مواد مختلف در تحت بارگذاری قرار می گیرند، مفهومی به نام تنش و کرنش (Stress and Strain) معنا پیدا می کند. تنش (Stress) عبارت است از حاصل تقسیم نیرو بر واحد سطح و کرنش (Strain) نسبت تغییرات طول نمونه به طول اولیه آن است. نیروهای خارجی وارد بر جسم به دو نوع تقسیم می شوند: نیروهای سطحی و نیروهای مادی. نیروهای سطحی عبارتند از نیروهای توزیع شده در سطح جسم مانند فشار هیدرواستاتیکی یا فشار وارده از یک جسم بر جسم دیگر. نیروهای توزیع شده در حجم یک جسم مانند نیروهای جاذبه، نیروهای مغناطیسی، یا نیروهای ماند (برای یک جسم در حال حرکت)، نیروهای مادی گفته می شوند .دو نوع متداول از نیروهای مادی که در کارهای مهندسی به آن برخورد می شود، نیروهای گریز از مرکز به علت چرخ سریع و نیروهای بوجود آمده به علت تغییر دما در جسم ( تنش حرارتی ) هستند. با مقایسه تعریف تنش در یک نقطه، کرنش در یک نقطه عبارت است از نسبت تغییر شکل به طول سنجه، هنگامی که طول سنجه به سمت صفر میل کند،
انداره گیری نیروی وارد بر نمونه:
نیروی وارد بر نمونه را می توان به چند روش اندازه گرفت. قدیمی ترین روش که بسیار دقیق است از یک سیستم شامل یک اهرم مکانیکی با وزنه متحرک استفاده می کند. مهم ترین مشکل سیستم اهرمی این است که ماشین مربوطه حجیم بوده و فضای زیادی را اشغال می کند. این امر خصوصا در مورد ماشین های با ظرفیت بالاتر، بیشتر است. در بعضی انواع ماشین ها که بار به روش هیدرولیکی اعمال می شود، برای اندازه گیری نیروی وارد بر نمونه، از یک دستگاه هیدرولیکی استفاده می شود. در این روش، فشار فزاینده روغن در اثر ازدیاد نیروی وارد بر نمونه، پیستون درون یک استوانه کوچک فشار مدرج را، به اهرم آونگی وزنه دار فشار می دهد و آونگ را از وضعیت قائم دور می کند. هر چه نیرو و در نتیجه فشار روغن بیشتر شود، آونگ بیشتر از وضعیت قائم دور می شود. حرکت آونگ موجب چرخش یک عقربه روی صفحه مدرج می شود. این سیستم نیز قابلیت اندازه گیری دقیق دارد. سومین سیستم اندازه گیری نیرو با استفاده از تغییر شکل یک فنر است. از این اصل در ماشین آزمایش کشش رومیزی کوچک مدل مونسانتو استفاده می شود که در آن تغییر شکل الاستیک یک تیغه فولادی تحت بار، موجب حرکت پیستون در یک سیلندر محتوی جیوه می شود. در نتیجه، جیوه با فشار وارد لوله ی شیشه ای نصب شده در کنار یک خط کش مدرج می گردد. چهارمین روش ، اندازه گیری نیرو با استفاده از سلول نیرو است. سلول نیرو ممکن است یک ترانسدیوسر با یک قطعه مجهز به کرنش سنج برقی (قطعه ای از ماده که به دقت با کرنش سنج های حساس پر شده است) باشد. اعمال نیرو یک سیگنال برقی خروجی از سلول تولید می کند که پس از تقویت یا به صورت یک عدد نمایش داده می شود، و یا توسط یک رسام ثبت می شود.
تست کشش فلزات :
نتایج حاصل از تست کشش برای طراحان و مهندسان حائز اهمیت فراوان است. در بسیاری از موارد لازم نیست یک قطعه فلزی بشکند تا از کار افتاده تلقی شود؛ چرا که تغییر شکل پلاستیک و کمانش هم نوعی از کار افتادگی هستند و در نتیجه ، اطلاع از سطح تنشی که در آن تسلیم پلاستیک آغاز می شود، بسیار مهم است. بعضی فلزات و مشخصا فولاد، نقطه تسلیم کاملا مشخص دارند، ولی در بیشتر فلزات تبدیل رفتار از حالت الاستیک به پلاستیک به آرامی صورت می گیرد. تعیین دقیق حد الاستیک ممکن است دشوار باشد و به جای آن تنش تسلیم قرار دادی (Proof stress) تعیین می شود.
نمونه تست کشش:
نمونه های فلزی مورد استفاده در آزمون استاندارد کشش طوری شکل دهی می شوند که شکست، در قسمت مورد نظر طول آن ها یعنی در طول گیج، صورت پذیرد و استانداردهای کاملا مشخصی برای ابعاد آن ها تعیین شده است. در بعضی موارد، ممکن است نمونه های بسیار کوچک به کار روند، ولی این اندازه های کوچک در استانداردهای آزمایش گزارش نمی شوند و نتیجه آزمایش های این نمونه های کوچک ممکن است واقعا بیانگر خواص توده ماده نباشد. برای رسیدن به نتایجی که کاملا بیانگر خواص ماده باشد، باید کوشش کرد که بارگذاری روی نمونه از نوع محوری خالص باشد. نیرو از طریق گیره نمونه آزمایش، از ماشین آزمایش به ماده منتقل می شود. گیره های نمونه آزمایش انواع متفاوت دارند؛ ساده ترین آن ها گیره گوه ای شکل است. گوه ها دارای لقمه هایی با سطح مضرس هستند تا در نمونه فرو رفته و آن را محکم نگه دارند. گیره های گوه ای برای گرفتن هر دو نوع نمونه آزمایش : تخت و گرد، مناسب هستند. یک امتیاز گیره های گوه ای این است که هیچ گونه آماده سازی برای انتهای نمونه های آزمایش لازم نیست، تنها هنگام نصب نمونه های تخت دقت در هم راستا کردن آن ها ضروری است. گیره های گوه ای برای مواد خیلی سخت مناسب نیستند زیرا ممکن است هنگام اعمال نیرو قطعه در گیره بلغزد. برای پرهیز از این مشکل، از گیره های نوع پین دار برای نمونه های تخت استفاده می کنند؛ در حالی که برای نمونه های گرد، یا دو سر آن را رزوه کرده و در گیره پیچ می کنند، و یا با پیشانی آن را در گیره نگه می دارند. نمونه های پیشانی دار به فراوانی نمونه های دو سر رزوه به کار نمی روند زیرا باید از قطعه کلفت تر شروع کرده و آن را با ماشین کاری تراشید که در نتیجه هزینه تولید زیاد می شود. انواع نمونه های مورد استفاده در تست کشش و نحوه قرار گیری آن ها در دستگاه آزمون کشش، در تصاویر زیر نمایش داده شده اند.
دستگاه تست کشش نرم و سخت به چه معنا است؟
دستگاه تست کشش سخت، دستگاه آزمایش صلب با ثابت فنر بزرگ است. دستگاه های مکانیکی دارای حرکت پیچی، دستگاه های سخت هستند در صورتی که دستگاه های آزمایش با حرکت هیدرولیکی، دستگاه نرم هستند.
تست کشش فلرات چرا مهم است:
نتایج تست کشش برای طراحان و مهندسان حائز اهمیت فراوان است. در بسیاری از موارد لازم نیست یک قطعه فلزی بشکند تا از کار افتاده تلقی شود؛ چرا که تغییر شکل پلاستیک و کمانش هم نوعی از کار افتادگی هستند و در نتیجه ، اطلاع از سطح تنشی که در آن تسلیم پلاستیک آغاز می شود، بسیار مهم است. بعضی فلزات و مشخصا فولاد، نقطه تسلیم کاملا مشخص دارند، ولی در بیشتر فلزات تبدیل رفتار از حالت الاستیک به پلاستیک به آرامی صورت می گیرد. تعیین دقیق حد الاستیک ممکن است دشوار باشد و به جای آن تنش تسلیم قرار دادی (Proof stress) تعیین می شود.