تحقیق مقاله راهنمای آزمایشگاه خواص مکانیکی

مقدمه

هدف آزمایشگاه خواص مکانیکی آشنائی دانشجویان با انواع مهم و پرکاربرد تست های مکانیکی مورد استفاده در صنعت و کارهای پژوهشی می‌باشد. شاید مهمترین آزمایش در این میان برای دانشجویان گروه مهندسی مواد, آزمایش کشش ساده باشد که تغییر شکل الاستیک و پلاستیک را در شرایط ساده تک محوری بررسی می‌نماید و اطلاعات بسیار مهمی را در اختیار پژوهشگر قرار می‌دهد.  به کمک آزمایش ساده کشش علاوه بر به دست آوردن مشخصات الاستیک و پلاستیک ماده همچون تنش تسلیم, استحکام کششی, ازدیاد طول و ... , پدیده نقطه تسلیم, کارسختی, پدیده گلوئی شدن, پیرسختی, نحوه شکست و اثر ترخ کرنش بر خواص کششی فولادها مورد بررسی قرار می‌گیرد.

 آزمایش مهم دیگر که از نظر کاربرد در صنعت شاید رتبه اول را دارا باشد سختی‌سنجی است که ساده‌ترین و سریعترین تست جهت رسیدن به اطلاعات اولیه در خصوص خواص مکانیگی یک ماده است. آزمایش ضربه مقاومت ماده در مقابل تغییر شکل با سرعت کرنش بالا را بررسی می‌کند و به عبارتی مقاومت به ضربه که معیاری مقایسه‌ای برای چقرمگی شکست ماده می‌باشد را اندازه‌گیری می‌نماید. در آزمایش خستگی با یکی از روشهای ساده تست خستگی آشنا شده و منحنی S-N برای یک نمونه فولادی به روش تست دورانی خمشی به دست می‌آید. آزمایش خزش تغییر شکل در اثر گذشت زمان را بررسی کرده و منحنی e-t با توجه به دمای نسبتاً پایین فعال شدن مکانیزمهای خزش برای سرب رسم می‌شود.

گزارش تمام آزمایشات باید شامل موارد زیر بوده و حد اکثر دو هفته بعد از آزمایش تحویل گردد.

تئوری آزمایش به صورت مختصر شامل نکات مهم

شرح وسائل و تجهیزات مورد استفاده در آزمایش

شرح روش انجام آزمایش

اطلاعات و نتایج به دست آمده از هر آزمایش مطابق خواسته‌های آن آزمایش

خطاهای آزمایش

آزمایش  اول  -  کشش ساده (جلسات اول و دوم)

هدف: بررسی خواص کششی فلزات و آلیاژهای مختلف در آزمایش کشش ساده تک محوری و به دست آوردن منحنی تنش-کرنش.

وسایل کار : دستگاه کشش یونیورسال ، نمونه‌های استاندارد آزمایش کشش ( مطابق استانداردASTM-E8M  از جنس فولاد ساختمانی37 ST، مس ،آلومینیم, برنج زرد، کولیس و فیکسچرچوبی.

روش کار :

در بخش کاهش سطح مقطع یافته نمونه های آزمایش ، دو اثر به فاصله مشخص به عنوان طول سنج (gage length)  علامت بزنید. قطر میانگین این بخش از نمونه‌ها را با کولیس به دقت اندازه‌گیری کنید.

به کمک مسئول دستگاه، نمونه آزمایش را در فکها قرار داده و آن را محکم کنید.

آزمایش کشش را شروع کنید.

آزمایش را تا شکست نهایی ادامه داده و منحنی نیرو ازدیاد طول را به طور کامل به دست آورید.

پس از شکست نمونه، دو قسمت شکسته شده را درون فیکسچر چوبی قرار داده و آنها را به یکدیگر بچسانید.

طول نهایی سنجه، قطر میانگین بخش تغییر شکل یافته و قطر دهانه گلویی را به دقت اندازه گیری کنید.

خواسته‌ های آزمایش کشش

ابعاد اولیه نمونه‌ها را در جدولی قرار دهید.

منحنی تنش کرنش مهندسی را برای نمونه‌های آزمایش شده رسم نمایید.

منحنی تنش کرنش حقیقی را برای دو نمونه (یک نمونه فولادی و یک نمونه انتخابی دیگر) محاسبه و رسم نمایید.

برای تمام نمونه‌ها تنش تسلیم، استحکام کششی، استحکام شکست (مهندسی و حقیقی) را به دست آورید.

برای تمام نمونه‌ها درصد ازدیاد طول، کرنش حقیقی کل، درصد کاهش سطح مقطع را به دست آورید.

با فرض s=ken و با استفاده از اطلاعات آزمایش، ضرائب k و n را برای دو نمونه (نمونه‌های استفاده شده در مورد 3) به دست آورید.

چقرمگی نمونه‌ها (مقدار کار انجام شده تا شکست) را محاسبه کرده با یکدیگر مقایسه کنید.

مدول الاستیسیته و برجهندگی نمونه‌ها را به دست آورده با یکدیگر مقایسه کنید.

موارد 4، 5، 6، 7  و 8 را در یک جدول گزارش نمایید.

به طور کلی در خصوص اختلاف خواص کششی فلزات آزمایشات شده و احیاناً اختلاف منحنی‌های به دست آمده با منحنی‌های گزارش شده در منابع اظهار نظر کنید.

آزمایش  دوم  -  پدیده پیرکرنش (Strain Aging) (جلسه چهارم)

هدف: بررسی پدیده نقطه تسلیم در فولاد ساختمانی کم کربن، حذف آن با انجام تغییر شکل مومسان و پدید آمدن دوباره آن پس از تابکاری و افزایش استحکام مربوطه.

وسایل کار: دستگاه کشش یونیورسال، نمونه‌های استاندارد کششی ( مطابق استانداردASTM E-8M  ) از جنس فولاد ساختمانی کم کربن ST37، کولیس و کوره تابکاری.

روش کار:

یک نمونه فولادی را مشابه آنچه در آزمایش کشش ذکر شد، تا شکست نهائی مورد آزمایش قرار دهید. منحنی کامل نیرو ازدیاد طول این نمونه را به عنوان شاهد حفظ کنید. (در آزمایش جلسه اول انجام شده است.)

یک نمونه فولادی را در میان فکهای دستگاه قرارداده و آزمایش کشش را شروع کنید. پس از پدیدار شدن پدیده نقطه تسلیم و تغییر شکل موسان کوچک، در نقطه تغییر شکل مومسان نیرو را حذف کنید. بلافاصله پس از حذف نیرو، دوباره نیروی کششی را اعمال کنید. به گونه ای که منحنی نیرو ازدیاد طول بقیه مسیر خود را طی کند. پس از بارگذاری دوباره و ایجاد تغییر شکل مختصر، بار دیگر نیرو را حذف کنید. با انتخاب دما و زمان تابکاری مناسب، نمونه فولادی مورد آزمایش را در کوره تابکاری کنید. دما و زمان تابکاری را به گونه ای انتخاب کنید که افزایش استحکام تسلیم لحظه‌ای در منحنی پس از بارگذاری دوباره قابل مشاهده باشد. نمونه تابکاری شده را دوباره تحت کشش قرار دهید به طوری که منحنی نیرو ازدیاد طول آن در ادامه منحنی ناقص قبل از تابکاری قرار بگیرد. آزمایش را تا شکست نهایی ادامه دهید.

یک نمونه فولادی دیگر را به روش مشابه ( بند 2 ) مورد آزمایش قراردهید، با این تفاوت که دمای تا بکاری بیشتر یا کمتر از دمای تابکاری مناسب انتخاب شده باشد. آزمایش را تا شکست نهایی ادامه دهید.

خواسته‌های آزمایش پیرکرنشی

1.       منحنی تنش- کرنش مهندسی را برای نمونه‌های آزمایش شده رسم کنید.

2.       مشخصات به دست آمده در آزمایشها را با هم مقایسه کنید. (تنش تسلیم بالائی و پائینی، کرنش منطقه تسلیم، مدول‌الاستیسیته، استحکام نهائی و ...)

3.       در خصوص مشاهدات خود و نتایج آزمایش بحث کنید.

آزمایش سوم  -  فشار ساده  (جلسه سوم)

هدف : بررسی خواص فلزات و آلیاژ های مختلف در فشار ساده تک محوری و به دست آوردن منحنی تنش- کرنش آنها.

وسایل کار: دستگاه آزمایش کشش یونیورسال، کولیس، نمونه‌های استوانه‌ای آزمایش فشار از جنس فولاد ساختمانی ST37، مس آلومینیم، برنج زرد و چدن خاکستری و گریس.