X
تبلیغات
خواص مکانیکی - آزمايش ضربه
آزمايش پيچش- ضربه- خمش- خستگی- کشش- خزش- سختی-
 آزمايش ضربه

Impact  Test

 مقدمه :

هنگامي كه تنش خارجي بر يك جسم وارد مي شود ، آن جسم تغيير شكل مي دهد و يا بعبارت ديگر در آن كرنش به وجود مي آيد . اگر مقدار تنش بتدريج افزايش يابد ، در نهايت قطعه مي‌شكند . همه موارد به يك صورت نمي شكند و نوع شكست حاصله ممكن است نرم ويا ترد باشد.نوع شكست تا اندازه زيادي تابع طبيعت ماده و شرايط آن است ، ولي شكست تحت تاثير عوامل ديگري نيز قرار دارد كه از جمله نوع تنش ، آهنگ افزايش تنش ، دما و محيط است .

هدف از آزمايش ضربه :

براي تعيين تمايل ماده به داشتن رفتار ترد ، انواع مختلف آزمايش ضربه به كار برده مي شود . اين نوع آزمايش تفاوتهايي را بين مواد مشخص مي كند كه در آزمايش كشش قابل مشاهده نيستند .

كميت اصلي كه از آزمايش ضربه اندازه گيري مي شود ، انرژي جذب شده در شكست نمونه است . بعد از شكست ميله آزمايش ، اونگ به ارتفاعي بر مي گردد كه بين ارتفاع با ازدياد انرژي جذب شده در شكست كم مي شود . انرژي جذب شده در شكست كه معمولاً بر حسب گرم – متر (فوت – پوند ) توضيح داده مي شود ، مستقيماً توسط يك سنجه مدرج شده روي دستگاه آزمايش ضربه خوانده مي شود .

معيار ديگري كه از اين آزمايش به دست مي آيد ، تعيين نوع شكست از روي نوع سطح شكست است .

در نهايت هدف از انجام آزمايش ضربه بدست آوردن تافنس شكست يا چقرمگي جسم مي‌باشد‌. ضمناً اين آزمايش براي بررسي و كنترل در صحيح بودن عمليات حرارتي و همچنين براي تعيين حساسيت فولادها در مقابل تردي پير سختي و تردي حاصل از تمپر استفاده مي‌شود‌. 

ضمناً با انجام اين آزمايش در دماهاي مختلف مي توان دماي تبديل از ترد به نرم را كه بسيار مهم است تعيين كرد .

شكست ترد :

بهترين روش تشريح شكست ترد ، استفاده از تئوري گريفيث است . بر اساس اين تئوري معمولاً تركهاي بسياركوچكي درون ماده وجود دارد كه تنش لازم براي اشاعه آنها ، σc  از رابطه زير بدست مي آيد :

 σc = [2γE/ πc]                                    (براي حالت تنش صفحه اي )

σc = [2γE/π (1- v ) c ]1/2                      (براي حالت كرنش صفحه اي) 

كه در اينجا γ  انرژي واحد سطح ، E ضريب يانگ ماده ، C نصف طول ترك در جهت عمود بر محور تنش و V ضريب پواسون است .

هنگامي كه تنش وارده به سطح σc برسد ، تركهاي كوچك داخلي مي توانند پيشرفت كنند ، ولي با پيشرفت اندازه ترك مقدار C افزايش يافته ودر نتيجه σc كاهش مي يابد و ترك به طور ناگهاني پيشرفت مي كند . آهنگ پيشرفت چنين تركي در يك ماده ترد در حدود سرعت صوت است . اين حالت ترك در تمام مواد ترد صادق است .

شكست نرم :

شكست نرم در اثر تشكيل ، رشد و به هم پيوستن حفره هاي بسيار ريز در اطراف ذرات ناخالصي نظير اكسيدها و غيره معمولاً اتفاق مي افتد . اين شكست احتياج به لغزش يا تغيير شكل مومسان زيادي دارد و بنابراين انرژي جذ ب شده در حين شكست نسبتاً زياد است .

آهنگ اعمال تنش بر مقدار تغيير شكل مومسان و نوع شكست تاثير دارد . سيلان مومسان تا اندازه‌اي تابع زمان است .نوعي مقاومت اصطحكاك داخلي در مقابل حركت نابجاييها در داخل فلز ها وجود دارد و براي فائق آمدن نابجاييها بر اين مقاومتها و عبور از موانع پتانسيلي مانند ناخالصي ها ، اتمهاي حل شده و مرز دانه ها ، زمان لازم است .

هنگامي كه آهنگ اعمال تنش پايين باشد ، تغيير شكل مومسان به طور عادي صورت مي گيرد ولي با بالا رفتن آهنگ اعمال تنش در رسيدن به حد آهنگ لغزش ، سطح تنش لازم براي حركت دادن نابجاييها افزايش مي يابد . بعبارت ديگر آهنگ بارگذاري بالا موجب افزايش استحكام تسليم فلز مي شود .

اگرنرخ اعمال تنش بالا بسيار باشد  (مانند حالت بار گذاري ضربه اي ) ، ممكن است شكست بدون تغيير شكل مومسان قبلي ( شكست ترد ) اتفاق بيافتد .

پارامترهاي موثر بر منحني انرژي شكست  ( برحسب دما - ضربه ) :

يكي از پارامترهايي كه روي رفتار شكست قطعات تاثير مي گذارد ، هندسه قطعه و شرايط سطح آنهاست .تغيير ناگهاني مقطع و يا يك شكاف سطحي بعنوان يك نقطه تمركز تنش درون ماده عمل مي كند .

با كاهش شعاع انحناي راكورد در محل تغيير مقطع و يا كاهش شعاع انحناي بن شكاف ، ضريب تمركز تنش افزايش مي يابد اگر چه حساسيت همه مواد به ترك يكسان نيست ، اما وجود اين گونه مراكز تمركز تنش شديد ، احتمال شكست ترد قطعه را در شرايط بارگذاري ضربه اي به ميزان چشمگيري افزايش مي دهد.موادي كه عموماً ترد هستند ، معمولاً به وجود ترك و تغييرات شديد سطح مقطع شديداً حساس هستند .

در مقابل فلزهاي نرم حساسيت كمي به شكاف دارند زيرا امكان سيلان مومسان در حوالي محل تمركز تنش وجود داردكه موجب بزرگ شدن شعاع انحناي بن شكاف و درنتيجه كاهش تمركز تنش مي شود .

ناخالصي ها ، دانه هاي با شكل تيز و تخلخل نيز بعنوان نقاط تمركز تنش درون ماده عمل كرده و احتمال شكست ترد را افزايش مي دهند .تغيير دما بر رفتار ماده تاثير مي گذارد . در فلزات هر گونه افزايش دما باعث فعالتر شدن نابجاييها ودر نتيجه كاهش استحكام تسليم است . با افزايش دما تغيير رفتار از حالت ترد به نرم به وجود مي آيد .

بعضي از عناصر آلياژي موجود در فولاد مي توانند بر دماي تبديل از رفتار نرم به ترد اثر بگذارد  منگنز و نيكل دماي تبديل را پايين مي آورد ، ملي كربن ، ازت و فسفر آن را افزيش مي‌دهند‌.

روشهاي مختلف انجام آزمايش ضربه ( ايزود و شارپي ) :

آزمونهاي ضربه نمونه شيارداربه مقياس وسيعي در صنعت به عنوان معيار پذيرش مواد مورد استفاده قرار مي گيرد .اين آزمونها نسبتاً ساده سريع و آسان است .

اساس آزمون بر اين اساس است كه نمونه آزمايش ، باشيار ماشينكاري شده ، را دراثر ضربه يك چكش سريع شكسته و مقدار انرژي جذب شده در عمل شكست را اندازه گيري مي كنند.

كابرد عمده ديگر آزمون ضربه نمونه شياردار تعيين موفقيت يا عدم موفقيت عمليات حرارتي است . انواع آزمون ضربه به قرار زير است :

الف ) آزمون ضربه نمونه شياردار به روش ايزود :  

ماشين ايزود از يك آونگ سنگين نصب شده در يك قاب محكم تشكيل شده است . آونگ كه جرمش 60پوند است از ارتفاع 2 فوتي شروع به حركت مي كند .سرعت آونگ در پايين ترين نقطه نوسان در حدود  3.5 در ثانيه است كه در اين زمان به نمونه برخورد مي‌كند . پس از برخورد بالاترين ارتفاع آونگ يادداشت مي شود ودرنتيجه انرژي جذب شده توسط نمونه قابل محاسبه است .

ب ) آزمون ضربه نمونه شياردار شارپي :

تفاوت عمده ميان روشهاي آزمون شارپي و ايزود در اين است كه در آزمون شارپي نمونه آزمايش به حالت تكيه گاه ساده مستقر است و ضربه در وسط دهانه تير درست پشت محل شيار وارد مي شود ( مانند شكل زير ) . در يك ماشين آزمون شارپي استاندارد ، انرژي آونگ در پايين ترين نقطه حركتش 320ژول است ،البته ماشين هاي شارپي كوچكتر هم ساخته مي‌شوند . سرعت آونگ يك ماشين شارپي استاندارد 320 ژولي ، در پايين نقطه حركتش، بطور قابل ملاحظه اي بيشتراز سرعت برخورد آونگ ماشين ايزود استاندارد و در حدود 5.3متر بر ثانيه است .نمونه هاي آزمون شارپي را مي توان با شيار vشكل ويا u شكل تهيه نمود.

تئوري كامل ( اثبات قوانين حاكم بر آزمايش ) :

نمونه هاي استاندارد كه در اين آزمايش بكار گرفته مي شود داراي طول 55mm و عرض 10mm و ارتفاع 10 mm مي باشد . نمونه استاندارد در جلوي خود داراي يك شيار است كه به صورت شكل V در آن تراشكاري شده است .

تافنس يا انرژي شكست حاصل از اين آزمايش از فرمل زير بدست مي آيد :

α k = G L (Cos α – Cosα0 )/ S0                                               

G =وزن پاندول بر حسب كيلو گرم L                         = طول پاندول بر حسب سانتي متر

Cos α =زاويه ثانويه Cosα0                                                                  = زاويه اوليه

S0 =سطح مقطع شكست

شرح دستگاه و روش انجام آزمايش :

دستگاه آزمايش ازنوع دستگاه شارپي مي باشد . نمونه بصورت افقي در دستگاه قرار داده مي‌شود و پاندول از پشت به آن ضربه وارد مي كند و به علت وجود شيار قطعه بصورت ترد شكسته و ميزان بالا آمدن پاندول نشان دهنده مقدار انرژي جذب شده توسط قطعه مي باشد .

 ارائه نتايج بدست آمده :

الف ) قطعه فولادي :

α = 95 

α0 = 155

G =13.76 Kg           

L =62.5 CM

S0 =120 mm2

                          α k= 13.75*625(Cos95- Cos 155)/120 = 87.178

ب ) قطعه آلومينيومي :

α = 120 

α0 = 155

G =13.76 Kg           

L =62.5 CM

S0 =80 mm2

                          α k= 13.75*625(Cos120- Cos 155)/80 = 139.79

+ نوشته شده در  ساعت 10:57  توسط jacob |