Çekme testi - Tensile testing

Bir lifli kompozit üzerinde çekme testi. Numune boyutu standart değil (Instron).

Gerilim testi olarak da bilinen çekme testi , bir numunenin arızalanıncaya kadar kontrollü bir gerilime tabi tutulduğu temel bir malzeme bilimi ve mühendisliği testidir . Bir çekme testi ile doğrudan ölçülen özellikler, nihai çekme mukavemeti , kopma mukavemeti , maksimum uzama ve alanda azalmadır. Bu ölçümlerden aşağıdaki özellikler de belirlenebilir: Young modülü , Poisson oranı , akma mukavemeti ve gerinim-sertleşme özellikleri. Tek eksenli çekme testi , izotropik malzemelerin mekanik özelliklerini elde etmek için en yaygın kullanılanıdır . Bazı malzemeler çift eksenli çekme testi kullanır . Bu test makineleri arasındaki temel fark, malzemelere yükün nasıl uygulandığıdır.

Çekme testinin amaçları

Çekme testinin çeşitli amaçları olabilir, örneğin:

Bir uygulama için bir malzeme veya öğe seçin
Bir malzemenin kullanımda nasıl performans göstereceğini tahmin edin: normal ve aşırı kuvvetler .
Bir spesifikasyon , düzenleme veya sözleşmenin gereksinimlerinin karşılanıp karşılanmadığını belirleyin veya doğrulayın
Yeni bir ürün geliştirme programının yolda olup olmadığına karar verin
Sergilemek kavram kanıtı
Önerilen bir patentin faydasını gösterin
Diğer bilimsel, mühendislik ve kalite güvence işlevleri için standart veriler sağlayın
Teknik iletişim için bir temel sağlayın
Birkaç seçeneğin karşılaştırılması için teknik bir araç sağlayın
Hukuki işlemlerde kanıt sağlamak

çekme numunesi

Alüminyum alaşımından yapılmış çekme numuneleri. Soldaki iki numunenin yuvarlak bir kesiti ve dişli omuzları vardır. Sağdaki ikisi, tırtıklı çenelerle kullanılmak üzere tasarlanmış düz numunelerdir.

Testten sonra bir alüminyum alaşımlı çekme numunesi. Kırıldı ve kırıldığı yüzey incelenebilir.

Test numunelerinin hazırlanması, testin amaçlarına ve geçerli test yöntemine veya spesifikasyonuna bağlıdır . Bir çekme numunesi genellikle standartlaştırılmış bir numune kesitidir. İki omuzu ve aralarında bir ölçü (bölüm) vardır. Omuzlar, kolayca kavranabilmeleri için büyüktür, oysa mastar bölümü daha küçük bir enine kesite sahiptir, böylece bu alanda deformasyon ve arıza meydana gelebilir.

Test numunesinin omuzları, test makinesindeki çeşitli çenelerle eşleşmek üzere çeşitli şekillerde üretilebilir (aşağıdaki resme bakın). Her sistemin avantajları ve dezavantajları vardır; örneğin tırtıklı çeneler için tasarlanmış omuzların üretimi kolay ve ucuzdur, ancak numunenin hizalanması teknisyenin becerisine bağlıdır. Öte yandan, sabitlenmiş bir kavrama iyi bir hizalama sağlar. Dişli omuzlar ve çeneler de iyi bir hizalama sağlar, ancak teknisyenin her bir omzu en az bir çap uzunluğu kadar kavramaya vidalamayı bilmesi gerekir, aksi takdirde dişler numune kırılmadan önce sıyrılabilir.

Büyük dökümlerde ve dövme parçalarda , test numunelerinin yapılabilmesi için dökümden çıkarılmak üzere tasarlanmış ekstra malzeme eklemek yaygındır. Bu numuneler, tüm iş parçasının tam temsili olmayabilir, çünkü tane yapısı baştan sona farklı olabilir. Daha küçük iş parçalarında veya dökümün kritik parçalarının test edilmesi gerektiğinde, test numunelerini yapmak için bir iş parçası feda edilebilir. İş parçaları için makinede gelen ham çubuk , deney numunesi çubuk kütüğü aynı parçadan yapılabilir.

Nanofiberlerden yapılmış elektrospun dokusuz kumaşlar gibi yumuşak ve gözenekli malzemeler için, numune genellikle makineye montajını kolaylaştırmak ve zarın hasar görmesini önlemek için bir kağıt çerçeve tarafından desteklenen bir numune şerididir.

Çekme numuneleri için çeşitli omuz stilleri. A'dan C'ye kadar olan tuşlar yuvarlak numuneler içindir, D ve E tuşları ise düz numuneler içindir. Anahtar:

A. A İplik
ile kullanım için dişli omuz B. Tırtıklı kulplarla kullanım için yuvarlak omuz
C. Bölünmüş yaka ile kullanım için bir dipçik omuz
D. Tırtıklı kulplarla kullanım için düz omuz

E. Sabitlenmiş bir tutuş için açık deliği olan düz bir omuz

Test numunesi isimlendirmesi

Bir test makinesinin tekrarlanabilirliği, mümkün olduğunca benzer olacak şekilde titizlikle yapılmış özel test numuneleri kullanılarak bulunabilir.

Kullanılan standarda bağlı olarak, ölçü uzunluğu boyunca yuvarlak veya kare bir kesitte standart bir numune hazırlanır. Numunelerin her iki ucu da yeterli uzunlukta ve test sırasında sıkıca kavranacak bir yüzey koşuluna sahip olmalıdır. İlk ölçü uzunluğu Lo standartlaştırılmıştır (birkaç ülkede) ve listelendiği gibi numunenin çapına (Do) veya kesit alanına (Ao) göre değişir.

Tip numune	Amerika Birleşik Devletleri(ASTM)	Britanya	Almanya
Sac ( Lo / √Ao)	4.5	5.65	11.3
Çubuk (Y/Yap)	4.0	5.00	10.0

Aşağıdaki tablolar, standart ASTM E8'e göre test numunesi boyutları ve toleranslarına ilişkin örnekler vermektedir .

Düz test numunesi
Tüm değerler inç cinsinden	Plaka tipi (1,5 inç genişliğinde)	Yaprak tipi (0,5 inç genişliğinde)	Alt boyutlu numune (0,25 inç genişliğinde)
Gösterge uzunluğu	8.00±0.01	2,00±0,005	1.000±0.003
Genişlik	1.5 +0.125–0.25	0,500±0,010	0,250±0,005
Kalınlık	0.188 ≤ T	0.005 ≤ T ≤ 0.75	0,005 ≤ T ≤ 0,25
Fileto yarıçapı (min.)	1	0.25	0.25
Toplam uzunluk (min.)	18	8	4
Azaltılmış bölümün uzunluğu (min.)	9	2.25	1.25
Kavrama bölümünün uzunluğu (min.)	3	2	1.25
Kavrama bölümünün genişliği (yaklaşık)	2	0.75	3 ⁄ 8

Yuvarlak test numunesi
Tüm değerler inç cinsinden	Nominal çapta standart numune:		Nominal çapta küçük numune:
Tüm değerler inç cinsinden	0,500	0.350	0.25	0.160	0.113
Gösterge uzunluğu	2,00±0,005	1.400±0.005	1.000±0.005	0,640±0,005	0,450±0,005
çap toleransı	±0.010	±0,007	±0,005	±0,003	±0,002
Fileto yarıçapı (min.)	3 ⁄ 8	0.25	5 ⁄ 16	5 ⁄ 32	3 ⁄ 32
Azaltılmış bölümün uzunluğu (min.)	2.5	1.75	1.25	0.75	5 ⁄ 8

ekipman

Evrensel bir test makinesi (Hegewald & Peschke)

Çekme testi çoğunlukla bir malzeme test laboratuvarında gerçekleştirilir. ASTM D638, en yaygın çekme testi protokolleri arasındadır. ASTM D638, nihai gerilme mukavemeti, akma mukavemeti, uzama ve Poisson oranı dahil olmak üzere plastiklerin gerilme özelliklerini ölçer.

Çekme testinde kullanılan en yaygın test makinesi evrensel test makinesidir . Bu tip makinelerde iki çaprazkafa bulunur ; biri numunenin uzunluğuna göre ayarlanır ve diğeri test numunesine gerilim uygulamak için tahrik edilir. İki tip vardır: hidrolikle çalışan ve elektromanyetik olarak çalışan makineler.

Elektromekanik makine, çaprazkafayı yukarı veya aşağı hareket ettirmek için bir elektrik motoru, dişli redüksiyon sistemi ve bir, iki veya dört vida kullanır. Motorun hızı değiştirilerek bir dizi çaprazkafa hızı elde edilebilir. Çaprazkafanın hızı ve buna bağlı olarak yük hızı, kapalı çevrim servo denetleyicideki bir mikroişlemci tarafından kontrol edilebilir. Bir hidrolik test makinesi, çaprazkafayı yukarı veya aşağı hareket ettirmek için tek veya çift etkili bir piston kullanır. Manuel olarak çalıştırılan test sistemleri de mevcuttur. Manuel konfigürasyonlar, operatörün yük oranını kontrol etmek için bir iğneli valfi ayarlamasını gerektirir. Genel bir karşılaştırma, elektromekanik makinenin çok çeşitli test hızlarına ve uzun çaprazkafa yer değiştirmelerine sahip olduğunu gösterirken, hidrolik makine yüksek kuvvetler oluşturmak için uygun maliyetli bir çözümdür.

Makine, test edilen test numunesi için uygun yeteneklere sahip olmalıdır. Dört ana parametre vardır: kuvvet kapasitesi, hız, kesinlik ve doğruluk . Kuvvet kapasitesi, makinenin numuneyi kırmak için yeterli kuvveti üretebilmesi gerektiği gerçeğini ifade eder. Makine, gerçek uygulamayı uygun şekilde taklit etmek için kuvveti hızlı veya yeterince yavaş uygulayabilmelidir. Son olarak, makine, mastar uzunluğunu ve uygulanan kuvvetleri doğru ve hassas bir şekilde ölçebilmelidir; örneğin, uzun uzamaları ölçmek için tasarlanmış büyük bir makine, kırılmadan önce kısa uzama yaşayan kırılgan bir malzemeyle çalışmayabilir.

Test numunesinin test makinesinde hizalanması kritik öneme sahiptir, çünkü numune bir açıda veya bir tarafa kaydırılmış olarak yanlış hizalanırsa, makine numune üzerinde bir bükme kuvveti uygulayacaktır . Bu, özellikle kırılgan malzemeler için kötüdür , çünkü sonuçları önemli ölçüde çarpıtacaktır. Bu durum , kulplar ve test makinesi arasında küresel yuvalar veya U-mafsallar kullanılarak en aza indirilebilir . Gerilim-gerinim eğrisinin başlangıç kısmı eğriyse ve doğrusal değilse, bu, numunenin test makinesinde yanlış hizalandığını gösterir.

Gerinim ölçümleri en yaygın olarak bir ekstansometre ile ölçülür , ancak gerinim ölçerler de sıklıkla küçük test numunelerinde veya Poisson oranı ölçülürken kullanılır. Daha yeni test makineleri, bir veri toplama cihazına (genellikle bir bilgisayara) bağlı elektronik sensörlerden ve verileri manipüle etmek ve çıktı almak için yazılımdan oluşan dijital zaman, kuvvet ve uzama ölçüm sistemlerine sahiptir. Ancak analog makineler, bugün de kullanılmaya devam ederek ASTM, NIST ve ASM metal çekme testi doğruluk gereksinimlerini karşılamaya ve aşmaya devam ediyor.

süreç

Kırılma sonrası alüminyum çekme testi örnekleri

"Kap-koni" karakteristik arıza modelinin "fincan" tarafı

Bazı kısımlar "bardak" şeklini ve bazıları "koni" şeklini gösterir.

Test işlemi, test örneğinin test makinesine yerleştirilmesini ve kırılana kadar yavaşça uzatılmasını içerir. Bu işlem sırasında , mastar bölümünün uzaması , uygulanan kuvvete karşı kaydedilir. Veriler, test örneğinin geometrisine özgü olmayacak şekilde manipüle edilir. Uzama ölçümü hesaplamak için kullanılan teknik suşu , ε , aşağıdaki denklem kullanılarak,:

\varepsilon ={\frac {\Delta L}{L_{0}}}={\frac {L-L_{0}}{L_{0}}}

burada Δ L ölçü uzunluğundaki değişiklik, L ₀ başlangıç ölçü uzunluğu ve L son uzunluktur. Kuvvet ölçümü, aşağıdaki denklem kullanılarak mühendislik stresi σ'yı hesaplamak için kullanılır:

\sigma ={\frac {F_{n}}{A}}

burada F çekme kuvveti ve A numunenin nominal kesitidir. Makine bu hesaplamaları kuvvet arttıkça yapar, böylece veri noktaları bir gerilim-gerinim eğrisi halinde çizilebilir .

Elektrospun nano lifli membranlar gibi gözenekli ve yumuşak malzemelerle uğraşırken, yukarıdaki stres formülünün uygulanması sorunludur. Membran kalınlığı, aslında, ölçümü sırasında uygulanan basınca bağlıdır ve bu da değişken kalınlık değerlerine yol açar. Sonuç olarak, elde edilen gerilme-gerinim eğrileri yüksek değişkenlik gösterir. Bu durumda, güvenilir çekme sonuçları elde etmek için enine kesit alanı (A) yerine numune kütlesine göre yükün normalleştirilmesi önerilir.

standartlar

metaller

ASTM E8/E8M-13: "Metalik Malzemelerin Gerilim Testi için Standart Test Yöntemleri" (2013)
ISO 6892-1: "Metalik malzemeler. Çekme testi. Ortam sıcaklığında test yöntemi" (2009)
ISO 6892-2: "Metalik malzemeler. Çekme testi. Yüksek sıcaklıkta test yöntemi" (2011)
JIS Z2241 Metalik malzemeler için çekme testi yöntemi
MPIF Test Standardı 10: "Toz Metalurjisi (PM) Malzemelerinin Çekme Özellikleri için Yöntem" Metalik Malzemelerin Gerilim Testi için Standart Test Yöntemleri" (2015)

kompozitler

ASTM D 3039/D 3039M: "Polimer Matrisli Kompozit Malzemelerin Çekme Özellikleri için Standart Test Yöntemi"

Esnek malzemeler

ASTM D638 Plastiklerin Çekme Özellikleri için Standart Test Yöntemi
ASTM D828 Sabit uzama oranı aparatı kullanılarak kağıt ve kartonun gerilme özellikleri için standart test yöntemi
ASTM D882 İnce plastik kaplamanın çekme özellikleri için standart test yöntemi
ISO 37 kauçuk, vulkanize veya termoplastik - çekme gerilimi-gerilme özelliklerinin belirlenmesi

Languages

In other projects