Test de tracțiune
În știința materialelor , testul de tracțiune (sau testul de tracțiune uniaxial ) este un test de caracterizare a materialului care constă în supunerea unui specimen de dimensiune standard (descris de un standard UNI specific) unui material supus examinării unei sarcini F uniaxiale inițial zero care este crescută la o valoare maximă care determină ruperea materialului.
Testul de tracțiune este utilizat pentru a determina diferite caracteristici ale materialului examinat, inclusiv rezistența mecanică (Rm), modulul lui Young sau modulul de elasticitate (E), rezistența la randament unitar (YS), procentul de alungire (A%, „alungire”) ), procentul de îngustare (Z%, „reducerea suprafeței”). Este utilizat în principal pentru materiale metalice și polimeri.
Rezultate experimentale
Mașina utilizată pentru testul de tracțiune furnizează direct o curbă, numită curbă de tracțiune , în care fiecare punct are „alungirile unitare” (x) ca abscisă și valorile „sarcinilor unitare” sau tensiunilor (N0 sau σ0) ca ordonatul.
Această curbă este corectată pentru a ajunge la curba de elasticitate a materialului , utilizând două formule simple:
- o corecție a abscisei, cu care se deduce deformarea începând de la alungirea specimenului.
- o corecție a ordonatei, cu care se deduce tensiunea în zona cea mai stresată, pornind de la stresul global pe specimen.
Calculul tensiunii
Sarcina unitară σ0 este pur și simplu raportul dintre sarcină și aria inițială a specimenului:
cu
- F este sarcina aplicată;
- A 0 este aria inițială a secțiunii specimenului.
Pentru a obține valoarea reală a tensiunii mecanice , este, prin urmare, necesar să se ia în considerare variația secțiunii efective, care este redusă sub efectul sarcinii de tracțiune:
În câmpul elastic, tensiunea corespunde practic stresului (pentru oțeluri și multe alte metale efectul Poisson poate fi neglijat), în timp ce în câmpul plastic zona este redusă considerabil odată cu încărcarea și apare fenomenul de constricție plastică . Factorul de corecție a tensiunii corespunde inversului coeficientului de frecare:
.
Calculul deformării
Alungirea unitară x este în schimb egală cu: [1]
in care:
- L este lungimea finală a specimenului (variabilă) obținută din alungirea specimenului;
- L 0 este lungimea inițială a specimenului.
Și acest lucru trebuie corectat cu efectele de variație a zonei, pentru a ajunge la valoarea deformării . Deformarea este de fapt egală cu logaritmul raportului dintre lungimi:
Forma specimenului
În timp ce curba de elasticitate variază numai în funcție de material și nu depinde de forma eșantionului, eșantioanele de diferite forme duc la diferite curbe de întindere, deoarece este ușor de verificat experimental.
Din acest motiv și pentru a încerca să limiteze cât mai mult posibil erorile de aproximare în tranziția de la curba de tracțiune la curba de elasticitate, s-au făcut eforturi mari în trecut pentru a regla și standardiza forma exemplarelor. Eșantioanele standard pentru testul de tracțiune sunt acum cilindrice sau plate. În special, eșantioanele cu secțiune circulară sunt utilizate pentru materialele metalice, în timp ce eșantioanele cu secțiune dreptunghiulară sunt utilizate pentru materialele polimerice.
În orice caz, eșantioanele sunt prevăzute cu două capete care sunt utilizate pentru prinderea mașinii (numite „capete de eșantion”), astfel încât lungimea utilă a eșantionului (pe care se efectuează măsurătorile de deformare) este mai mică decât lungimea sa totală . Capetele specimenului pot fi „pătrate”, „filetate” sau „știft”. [2] Forma (numită "dublu T" sau "os de câine") și dimensiunile exemplarelor sunt standardizate pentru fiecare tip de material.
Geometria specimenului este proiectată în așa fel încât să se rupă în zona centrală a specimenului, deoarece nu există o forță uniaxială în apropierea fălcilor, dar intră și ele forțele aplicate de fălcile care fixează specimenul. . În zona centrală a specimenului, aria secțiunii este mai mică decât cea din zona mai largă, ceea ce permite obținerea unui efort mai mare în zona centrală cu aceeași forță aplicată și, prin urmare, obținerea pauzelor în acel punct.
Procedura de operare
Specimenul este fixat între două cleme în poziție verticală (astfel încât forța gravitațională să nu afecteze testul). Clemele prind specimenul în zona largă. O maxilară începe să se miște cu o viteză constantă, setată de computer; o stare de stres începe să apară în material și se generează o forță crescândă, opusă direcției transversalei mașinii. Mașina se oprește când specimenul se rupe sau când traversa s-a deplasat la o distanță prestabilită.
Pe aparat există o celulă de încărcare care măsoară instant cu instant forța aplicată specimenului pe care se aplică și un manometru , care măsoară alungirea. Datorită manometrului și a celulei de sarcină, valorile de solicitare și de solicitare sunt obținute la intervale de timp constante, obținându-se astfel o diagramă de solicitare-solicitare.
Analiza curbei de tracțiune
În timpul testului de tracțiune, specimenul parcurge următoarele faze: [3]
- comportament elastic , deformare complet reversibilă care nu duce la deteriorarea permanentă sau deformare, care este împărțit în alte două sub-părți, care pot fi prezente sub diferite forme în funcție de material:
- Elastic liniar; deformările care apar în această fază sunt reversibile, deci dacă în această fază sarcina este readusă la zero nu există deformări reziduale ale specimenului, adică se restabilește lungimea sa inițială; în această fază alungirile sunt direct proporționale cu sarcinile (deci în diagrama tensiune-deformare este reprezentată printr-o secțiune dreaptă) și raportul este egal cu o constantă care se numește modulul lui Young ; în această secțiune legea lui Hooke este valabilă
- Elasticitate neliniară & limită elastică; materialul atinge alungirea elastică maximă printr-o alungire neproporțională
- Continuând testul, se produce comportamentul sau cedarea elasto-plastică, acesta corespunde unei scăderi a rezistenței materialului datorită formării „microfisurilor” în interiorul materialului, de fapt la sfârșitul fisurii materialul suferă o alungire, dar dacă se repetă testul aplicând o forță mai mică, materialul va avea un comportament elastic, altfel cedarea va continua până la atingerea comportamentului plastic.
- comportament plastic ; în această fază, deformările sunt atât elastice (reversibile), cât și plastice (permanente), ceea ce înseamnă că prin reducerea la zero a sarcinii în această fază există deformări reziduale asociate cu contribuția deformării plastice, astfel încât specimenul va avea o lungime mai mare decât la începutul testului această porțiune a curbei poate fi împărțită în două părți:
- Plastic până la „sarcina de rupere” (adică efortul maxim pe care îl poate suporta specimenul), unde există o deformare pe întregul specimen și atingerea sarcinii maxime suportabile.
- Strict , continuând testul, există o deformare localizată într-o secțiune specifică, astfel încât o mică parte a specimenului scade rapid aria secțiunii sale și caracterizează partea descendentă a diagramei tensiune-deformare;
- după gât ai ruptura specimenului, în „punctul de rupere”, care nu trebuie confundat cu „rezistența la tracțiune” anterioară.
Calculul gâtului
Volumul specimenului rămâne neschimbat, de unde și volumul inițial este același cu cel final :
fiind volumul a specimenului dat de produsul secțiunii pentru lungime , adică:
Deci secțiunea finală va fi dată de:
unde lungimea finală L f este egală cu suma lungimii inițiale L 0 și alungirea ΔL , adică:
prin urmare, înlocuind în expresia anterioară:
deci observați volumul epruvetei, lungimea inițială a epruvetei (care se măsoară înainte de testul de tracțiune) și alungirea (care se măsoară la sfârșitul testului de tracțiune) este posibil să se determine aria finală a secțiunea (adică s-a produs deformare).
Curba de elasticitate
Curba elasticității arată în abscisă „deformarea” și în ordonată „tensiunea”.
Tulpina ε r este egală cu logaritmul alungirii specimenului:
- ε = ln (x)
Tensiunea reală σ este egală cu raportul dintre forța aplicată F și zona rezistentă efectivă a specimenului A (F) (care scade odată cu creșterea sarcinii):
- σ r = F / A
Spre deosebire de curbele de tracțiune experimentale, în curba de elasticitate a materialului tensiunea crește întotdeauna odată cu deformarea, până la eșec.
Notă
Bibliografie
- ( EN ) Joseph R. Davis, Testare la tracțiune , ediția a II-a, ASM International, 2004, ISBN 0-87170-806-X .
Elemente conexe
Alte proiecte
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre testarea la tracțiune
linkuri externe
- Testul de tracțiune ( PDF ), pe bomet.fci.unibo.it . Adus la 5 aprilie 2011 (arhivat din original la 31 ianuarie 2012) .
- Comportamentul mecanic al materialelor ( PDF ), pe ing.unitn.it .
- Video: Test de tracțiune , pe youtube.com .
Controlul autorității | GND ( DE ) 4068092-7 |
---|