چگونه می توان استحکام فولاد را اندازه گیری کرد

 

استحکام تسلیم یکی از ویژگی های مهم فولاد است که بر طراحی سازه و عملکرد ساختمان ها,‌ پل ها و سایر سازه ها تاثیر می گذارد.

سطح تنشی را که در آن یک ماده فولادی تحت بار شروع به تغییر شکل دائمی می کند اندازه گیری می کند. اما چگونه می توان مقاومت تسلیم یک طرح فولادی را به طور موثر و دقیق تعیین کرد؟

چگونه می توان استحکام فولاد را اندازه گیری کرد , هنگام انتخاب یک فلز برای یک پروژه خاص,‌ یکی از مهمترین ملاحظات به ویژه در مورد کاربردهای سازه ای – استحکام کششی و مقاومت ضربه ای است. دانستن اینکه این خواص مکانیکی چیست و چگونه می توان ارزیابی کرد برای انتخاب فلز مناسب برای پروژه شما ضروری است. (جهت مطالعه بیشتر به محاسبه بار تیرآهن مراجعه نمایید)

استحکام کششی چیست؟

استحکام کششی نهایی به عنوان مقاومت کششی نیز شناخته می شود. گاهی اوقات مقاومت کششی نهایی را می توان به صورت مخفف UTS , TS نوشت. همه اصطلاحات برای توصیف همان خاصیت استفاده می شوند که تنش کششی نهایی است که قبل از بین رفتن کامل ماده تجربه می شود. (جهت مطالعه بیشتر به انواع تیر در ساخت و ساز مراجعه فرمایید)

استحکام کششی مقداری است که نشان دهنده توانایی فلز در مقاومت در برابر تغییر شکل و شکست در هنگام اعمال بارهایی است که آن را از هم جدا می کند.( معروف به بارهای کششی) استحکام کششی معمولا از طریق واحدهای پوند بر اینچ مربع (PSI) و یا پاسکال (Pa) تعیین می شود.

سه نوع مختلف مقاومت کششی وجود دارد :

1. استحکام تسلیم کششی
2. استحکام کششی نهایی
3. استحکام کششی شکست

استحکام تسلیم قدرتی است که یک فلز قبل از شروع یه تغییر شکل پلاستیکی دارد. استحکام کششی نهایی حداکثر استحکام کششی یک فلز است و معمولا پس از شروع تغییر شکل پلاستیک پیدا می شود. استحکام کششی شکست, مقاومت فلز در نقطه شکست نهایی است. (جهت مطالعه بیشتر به خواص مکانیکی میلگردهای بافق مراجعه نمایید)

تست استحکام کششی

برای تست صحیح استحکام کششی یک ماده به یک دستگاه تست کششی نیاز است. این دستگاه از دو مجموعه فک, یک واحد کنترل و سیلندر تشکیل شده است که نیروی بار کششی را ایجاد می کند. (جهت مطالعه بیشتر به اهمیت کنترل کیفیت در تولید آهن مراجعه نمایید)

برای ایجاد آزمایش,‌ یک نمونه فلزی در فک ها قرار می گیرد. در بیشتر موارد فلز به گونه ای ماشینکاری می شود که در جایی که توسط فک ها بسته می شود, ضخیم تر از مرکز آن است.

این کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که شکستگی در فک ها رخ نمی دهد و نتیجه تمرکز استرس از فک ها نخواهد بود.

سیلندرها با استفاده از واحد کنترل فعال می شوند و یک یا هر دو مجموعه فک شروع به دور شدن از یکدیگر می کنند که فشار کششی بر فلز اعمال می کند. (جهت مطالعه بیشتر به علل شکستن میلگرد مراجعه نمایید)

هنگامی که ماده به نقطه شکست خود می رسد, داده هایی از واحد کنترل در مورد میزان نیرو استفاده می شود. نتایج آزمون کشش را می توان بر روی یک منحنی تنش- کرنش نمایش داد.

اندازه گیری استحکام فولاد, استحکام کششی یک ویژگی مکانیکی است که اغلب مستند شده است و زیرا بسیاری از فلزات در طول عمر مفید خود نیاز به بار کششی دارند.

برخی از مثال های عملی که در آن استحکام کششی مورد توجه قرار می گیرد عبارتند از: زنجیر برای بلند کردن یا بکسل کردن,‌ بست ها در هنگام سفت شدن,‌ یا فلزات ساختاری در آسمان خراش در حالی که باد نیرویی را به ساختمان وارد می کند.

اهمیت تنش کششی نهایی در چه موارد است؟

استحکام کششی یک ماده قابل توجه است زیرا نشان دهنده توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر تغییر شکل است. در کاربردهایی مانند پل های معلق و مهارهای ایمنی,‌ مواد مورد استفاده باید در برابر تغییر شکل مقاومت کنند. با تعیین تنش کششی نهایی یک ماده می توان مواد مناسب را برای یک طرح معین انتخاب کرد.

آزمایش کشش برای محاسبه مقاومت کششی نهایی می شود. ابتدا یک نمونه آزمایشی به شکل دمبل آماده می شود تا اطمینان حاصل شود که قطعه از وسط می شکند . سپس سطح مقطع نمونه اندازه گیری و ثبت می شود. پس از آن قطعه در دستگاه تست کشش بارگذاری می شود. دستگاه تا زمانی که قطعه آزمایشی از کار بیفتد بار وارد می کند. (جهت مطالعه به فولاد سبز مراجعه نمایید)

اکثر تسترهای کششی مدرن می توانند نیروی اعمال شده را ثبت کنند و پس از اتمام آزمایش از سطح مقطع برای نمایش خودکار مقاومت کششی استفاده کنند.

اگرنه نیرو و سطح مقطع را می توان در فرمول قرار داد:

قدرت= نیرو / مساحت

چه عواملی ممکن است بر تنش کششی نهایی یک ماده تاثیر بگذارد؟

بزرگترین متغییری که بر استحکام کششی یک ماده تاثیر می گذارد. دمای ماده در طول آزمایش است. با این حال سه عامل دیگر وجود دارد که بر استحکام کششی تاثیر می گذارد:

1. ساختار مولکولی
2. ترکیب مواد
3. خطاهای اندازه گیری

آیا اندازه و شکل یک نمونه ماده بر تنش کششی نهایی تاثیر دارد؟

خیر اندازه و شکل نمونه آزمایشی بر تنش کششی نهایی ماده تاثیری ندارد. اندازه نمونه مهم نیست زیرا سطح مقطع مورد استفاده در محاسبات مقاومت کششی تفاوت در اندازه را به حساب می آورد. استفاده از سطح مقطع در محاسبات استحکام کششی هرگونه تاثیری که شکل نمونه آزمایش بر نتیجه آزمایش داشته باشد را نفی می کند. (جهت مطالعه بیشتر به نحوه کاشت میلگرد در بتن مراجعه نمایید)

تنش کششی نهایی چه تفاوتی با مقاومت کششی دارد؟

تنش کششی نیرویی است که یک ماده در هر زمان معین در واحد سطح تجربه می کند؟

تنش کششی نیرویی است که یک ماده در هر زمان معین در واحد سطح تجربه می کند.

استحکام حدی است که در آن نیرو در واحد سطح به حداکثر می رسد و ماده از کار می افتد. هر دو تنش کششی و استحکام با استفاده از فرمول نیروی تقسیم بر مساحت محاسبه می شوند. با این حال استحکام کششی به طور خاص حد نیرو در واحد سطح قبل از شکست ماده است.

منحنی تنش- کرنش چگونه با مقاومت کششی نهایی ارتباط دارد؟

منحنی تنش – کرنش نمودار نیروی اعمال شده در برابر تغییر شکلی است که یک ماده در طول آزمایش کشش تجربه می کند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. نقطه ای که در آن منحنی در تنش کاهش می یابد. برای شناسایی استحکام کششی نهایی از منحنی تنش – کرنش استفاده می شود. (جهت مطالعه بیشتر به خواص مکانیکی میلگردهای بافق مراجعه نمایید)

منحنی کرنش تنش استحکام نهایی

4 ناحیه اصلی وجود دارد که منحنی تنش و کرنش را می توان به آنها تقسیم کرد:

1. حد متناسب
2. حد بازده
3. سخت شدن کرنش
4. لاغری

نمودار مقاومت فلزات

اکثر نمودارهای مقاومت فلزات حداقل و حداکثر باری را که فلز می تواند قبل از شکستن تحمل کند ذکر می کند. هنگام نگاه کردن به نمودارهای مقاومت فلز مهم است که بدانیم استحکام یک فلز نسبت به سایر فلزات و خواص خود ماده است.

استحکام یک فلز نیز می تواند تحت تاثیر عواملی مانند دما و رطوبت باشد. نمودارهای مقاومت فلزات منتشر شده معمولا برای مقایسه مقاومت فلزات مختلف استفاده می شود. (جهت مطالعه بیشتر به سه تولید کننده برتر فولاد ایران را بشناسیم مراجعه نمایید)

 

این نمودارها معمولا برای مقایسه مقاومت فلزات مختلف استفاده می شود.

این نمودارها معمولا در اندزه گیری استحکام متفاوت هستند. اما همه آنها به دنبال اندازه گیری استحکام کششی نهایی فلز هستند.

کاهش استرس به دلیل لاغری بودن مواد است. لاغری زمانی اتفاق می افتد که نیروی اعمال شده در آزمایش کشش ثابت باشد اما سطح مقطع کاهش یابد. (جهت خرید و بررسی به خواص مکانیکی میلگردهای بافق مراجعه نمایید)

استحکامی که یک فلز نشان می دهد به بار اعمال شده و نحوه اعمال بار بستگی دارد.

اندازه گیری استحکام به شما کمک می کند تا تعیین کنید کدام ماده فلزی برای کاربردهای خاص بهترین است.

در اینجا اندازه گیری های مختلف مقاومت فلز وجود دارد.

قدرت ضربه چیست؟

استحکام ضربه توانایی فلز برای جذب انرژی برخورد در حالی که در برابر ترک یا شکست مقاومت می کند. قدرت ضربه نیز به عنوان چقرمگی شناخته می شود و معمولا بر حسب فوت پوند یا ژول بر متر بیان می شود. (جهت مطالعه بیشتر به کربن زدایی فولاد مراجعه نمایید)

تست قدرت ضربه

روش های مختلفی برای تست قدرت ضربه وجود دارد. یکی از پرکاربردترین تست ها تست Charpy V – notch است. برای انجام تست Charpy V – notch یک نمونه فلزی به اندازه ای که توسط یک استاندارد تعریف شده است ماشینکاری می شود و دارای یک بریدگی دقیق در مرکز است. این به عنوان یک متمرکز کننده تنش هندسی عمل می کند. به طوری که مواد در محل مورد نظر در طول آزمایش شکسته می شوند. ضروری است که این بریدگی با دقت فوق العاده ماشین کاری شود زیرا برای بازیابی نتایج دقیق آزمایش بسیار مهم است.

(جهت مطالعه بیشتر به پل فلزی مراجعه نمایید)

سپس نمونه فلزی در یک تستر Charpy V-notch‌ بارگذاری می شود. تستر چارپی V-notch‌ از یک جاذب برای نمونه و یک آونگ با وزن مشخص در موقعیت افقی تشکیل شده است. در طول آزمایش,‌ آونگ آزاد می شود و انرژی جذب شده توسط فلز هنگام برخورد آونگ و تغییر شکل آن ثبت می شود. سپس مقدار انرژی جذب شده با مقادیر ابعادی فلز برای محاسبه مقاومت ضربه فلز استفاده می شود. این آزمایش اغلب در چندین دما مختلف انجام می شود زیرا دما می تواند تاثیر زیادی بر مقاومت ضربه فلز داشته باشد. یک آزمایش جایگزین برای تعیین چقرمگی, تست مقاومت ضربه ایزود است. (جهت مطالعه بیشتر به فرآیند آلومینایزینگ در فولاد مراجعه نمایید)

استحکام ضربه ای ویژگی مکانیکی مهمی است که باید دانست زیرا فلزات در بسیاری از کاربردها در معرض برخورد و ضربه قرار می گیرند.

حتی اگر برنامه ریزی نشده باشد. نمونه های روزمره از تنش های ضربه ای که بر فلزات اعمال می شود عبارتند از برخورد سرچکش با یک جسم, مهرزنی قالب و اسکنه

درک استحکام مواد به ویژه فلزات در بسیاری از کاربردهای مهندسی از اهمیت بالایی برخوردار است. استحکام کششی نقش مهمی در این ارزیابی دارد. (جهت خرید و بررسی به قیمت تیرآهن مراجعه نمایید)

 

جهت مطالعه بیشتر به ویکی پدیا مراجعه فرمایید.