آزمون های کشش و سختی سنجی
آزمون‌های مکانیکی کشش و سختی‌سنجی
از بخش‌های مهم در ارزیابی خواص مواد و کنترل کیفیت قطعات فلزی و ریختگی هستند. در مجتمع فرتوت، بررسی خواص مکانیکی نمونه‌ها می‌تواند در کنار آنالیز مواد، بررسی‌های متالورژیکی و بازرسی‌های کیفی، برای ارزیابی وضعیت مواد و قطعات تولیدی مورد استفاده قرار گیرد. دو روش مهم در این زمینه، آزمون کشش (Tensile Test) و سختی‌سنجی (Hardness Testing) هستند. این دو آزمون اطلاعات متفاوتی درباره رفتار مکانیکی ماده ارائه می‌کنند و می‌توانند متناسب با نوع قطعه، جنس ماده و الزامات فنی مورد نیاز مورد استفاده قرار گیرند. در قطعات ریختگی، نتایج آزمون‌های مکانیکی می‌توانند در کنار سایر بررسی‌ها به ارزیابی کیفیت ماده، یکنواختی فرآیند تولید و انطباق خواص قطعه یا نمونه با الزامات تعیین‌شده کمک کنند.
آزمون کشش (Tensile Test)
آزمون کشش یکی از آزمون‌های مکانیکی برای بررسی رفتار ماده در برابر نیروی کششی است. در این آزمون، یک نمونه با ابعاد و شکل مشخص تحت نیروی کششی کنترل‌شده قرار می‌گیرد و رفتار آن تا زمان شکست مورد بررسی قرار می‌گیرد. با افزایش تدریجی نیروی اعمال‌شده، تغییرات ایجادشده در نمونه اندازه‌گیری می‌شود و بر اساس نتایج به‌دست‌آمده می‌توان برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های مکانیکی ماده را ارزیابی کرد./ASTM E8
پارامترهای قابل بررسی در آزمون کشش
بسته به نوع ماده، نمونه و استاندارد مورد استفاده، آزمون کشش می‌تواند اطلاعاتی مانند موارد زیر ارائه دهد:
استحکام کششی نهایی (Ultimate Tensile Strength)
حد تسلیم (Yield Strength)
درصد ازدیاد طول(Elongation)
رفتار ماده در برابر بارگذاری کششی نحوه شکست نمونه
این اطلاعات می‌توانند در ارزیابی رفتار مکانیکی مواد مورد استفاده در ساخت قطعات ریختگی و صنعتی مفید باشند.
کاربرد آزمون کشش در مجتمع فرتوت
با توجه به فعالیت مجتمع فرتوت در زمینه ریخته‌گری و تولید قطعات فلزی، آزمون کشش می‌تواند برای ارزیابی خواص مکانیکی نمونه‌های تهیه‌شده از مواد و قطعات تولیدی مورد استفاده قرار گیرد. این بررسی می‌تواند در ارتباط با قطعاتی مانند: بوش سیلندر فلایویل سرسیلندر منیفولد دود سایر قطعات ریختگی و فلزی تولیدی انجام شود؛ مشروط بر اینکه نوع ماده، هندسه قطعه و الزامات فنی، انجام آزمون را مناسب سازد. نکته مهم این است که آزمون کشش معمولاً روی نمونه استاندارد انجام می‌شود و به دلیل ماهیت مخرب آزمون، انجام آن مستقیماً روی قطعه نهایی به شرایط و هدف آزمون بستگی دارد. در نتیجه، نتایج آزمون کشش می‌توانند بیانگر خواص مکانیکی ماده یا ناحیه مورد نمونه‌برداری باشند و لزوماً به معنای ارزیابی تمام نقاط قطعه نیستند.
مبنای آزمون کشش
در آزمون کشش، نمونه بین فک‌های دستگاه قرار گرفته و تحت نیروی کششی قرار می‌گیرد. با افزایش نیرو، تغییر شکل نمونه ثبت می‌شود تا رفتار آن در برابر بارگذاری مشخص شود. در طول آزمون، رابطه میان نیروی اعمال‌شده و تغییر طول نمونه مورد بررسی قرار می‌گیرد. این اطلاعات امکان بررسی رفتار ماده از ابتدای بارگذاری تا رسیدن به مرحله شکست را فراهم می‌کند. نتیجه آزمون به عواملی مانند جنس ماده، ترکیب شیمیایی، ریزساختار، شرایط تولید، آماده‌سازی نمونه و روش اجرای آزمون وابسته است؛ بنابراین تفسیر نتایج باید با توجه به نوع ماده و استاندارد یا مشخصات فنی مربوط به قطعه انجام شود.
سختی‌سنجی (Hardness Testing)
سختی‌سنجی یکی از روش‌های رایج برای ارزیابی خواص مکانیکی مواد فلزی است. در این روش، مقاومت سطح ماده در برابر ایجاد فرورفتگی تحت شرایط مشخص مورد بررسی قرار می‌گیرد. سختی‌سنجی به دلیل سرعت مناسب، امکان انجام روی قطعات مختلف و نیاز نداشتن به تخریب کامل قطعه، یکی از روش‌های کاربردی در کنترل کیفیت قطعات فلزی و ریختگی محسوب می‌شود. در مجتمع فرتوت، سختی‌سنجی می‌تواند برای بررسی قطعات و نمونه‌های فلزی مورد استفاده قرار گیرد و نتایج آن در کنار سایر آزمون‌ها و بررسی‌های متالورژیکی برای ارزیابی وضعیت قطعه مورد استفاده قرار گیرد.
روش‌های سختی‌سنجی مورد استفاده
انتخاب روش سختی‌سنجی به جنس ماده، ابعاد و هندسه قطعه، وضعیت سطح و محدوده سختی مورد انتظار بستگی دارد. از روش‌های مناسب برای قطعات فلزی مورد استفاده در فعالیت‌های فرتوت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
سختی‌سنجی برینل (Brinell)
در روش برینل، یک فرورونده تحت نیروی مشخص روی سطح قطعه اعمال می‌شود و پس از ایجاد اثر فرورفتگی، اندازه آن برای تعیین مقدار سختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش برای بسیاری از قطعات فلزی و به‌خصوص قطعات ریختگی با ساختار نسبتاً همگن، کاربرد مناسبی دارد و می‌تواند برای مقایسه سختی بخش‌های مختلف قطعه یا کنترل سختی نمونه‌ها مورد استفاده قرار گیرد./ASTM E10
سختی‌سنجی راکول (Rockwell)
در روش راکول، سختی بر اساس عمق نفوذ فرورونده تحت شرایط مشخص تعیین می‌شود. این روش امکان انجام سریع اندازه‌گیری را فراهم می‌کند و بسته به نوع ماده و مقیاس انتخاب‌شده، برای بررسی سختی برخی قطعات فلزی قابل استفاده است. انتخاب مقیاس مناسب در آزمون راکول اهمیت دارد و باید بر اساس جنس ماده، محدوده سختی و الزامات روش آزمون انجام شود./ASTM E18
لیب (Leeb):
با نماد LH این روش سختی‌سنجی بر اساس بازگشت ضربه است که برای قطعات بزرگ یا قطعاتی که در محل نصب هستند، کاربرد دارد./ASTM A956
کاربرد سختی‌سنجی در قطعات فرتوت
سختی‌سنجی می‌تواند در مراحل مختلف کنترل کیفیت قطعات ریختگی و ماشین‌کاری‌شده مورد استفاده قرار گیرد. برخی از کاربردهای آن عبارت‌اند از: بررسی سختی قطعات ریختگی پس از تولید مقایسه سختی نمونه‌ها یا قطعات مختلف بررسی یکنواختی نسبی سختی در نقاط موردنظر قطعه کنترل خواص مکانیکی مرتبط با فرآیند تولید بررسی تغییرات سختی در صورت انجام فرآیندهای حرارتی مقایسه نتایج با محدوده سختی تعیین‌شده در نقشه، استاندارد یا مشخصات فنی قطعه در قطعاتی مانند بوش سیلندر، فلایویل، سرسیلندر و منیفولد دود، انتخاب محل اندازه‌گیری اهمیت زیادی دارد؛ زیرا شرایط انجماد، ریزساختار و فرآیند تولید می‌تواند موجب تفاوت خواص در بخش‌های مختلف یک قطعه شود. بنابراین محل انجام اندازه‌گیری باید متناسب با هدف آزمون و شرایط قطعه انتخاب شود.
رابطه سختی‌سنجی و آزمون کشش
آزمون کشش و سختی‌سنجی هر دو برای بررسی خواص مکانیکی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما اطلاعات یکسانی ارائه نمی‌کنند. در آزمون کشش، رفتار نمونه در برابر نیروی کششی و پارامترهایی مانند استحکام کششی و ازدیاد طول بررسی می‌شود؛ در حالی که سختی‌سنجی مقاومت ماده در برابر فرورفتگی موضعی را ارزیابی می‌کند. در برخی مواد و شرایط مشخص، می‌توان از مقدار سختی برای تخمین برخی خواص مکانیکی استفاده کرد، اما چنین رابطه‌ای عمومی و یکسان برای تمام آلیاژها و قطعات وجود ندارد. به همین دلیل، در صورت وجود الزامات مشخص برای استحکام یا سایر خواص کششی، آزمون کشش باید به‌صورت مستقل انجام شود. استفاده همزمان از نتایج سختی‌سنجی و آزمون کشش، در صورت نیاز و مناسب بودن شرایط آزمون، می‌تواند اطلاعات کامل‌تری درباره وضعیت مکانیکی ماده در اختیار قرار دهد.
عوامل مؤثر بر نتیجه سختی‌سنجی
دقت نتیجه سختی‌سنجی به عوامل مختلفی وابسته است. برخی از مهم‌ترین موارد عبارت‌اند از: آماده‌سازی و وضعیت سطح قطعه زبری سطح ضخامت قطعه شکل و هندسه محل اندازه‌گیری انتخاب روش و مقیاس مناسب شرایط اعمال نیرو فاصله مناسب از لبه قطعه یا محل اندازه‌گیری دیگر یکنواختی و وضعیت ریزساختار ماده به همین دلیل، صرف ثبت یک عدد سختی بدون توجه به روش آزمون، محل اندازه‌گیری و شرایط انجام آن، نمی‌تواند اطلاعات کاملی درباره وضعیت قطعه ارائه دهد.
محدودیت‌های آزمون کشش و سختی‌سنجی
هر یک از آزمون‌های مکانیکی دارای محدودیت‌های خاص خود هستند.
محدودیت‌های آزمون کشش
آزمون کشش ماهیت مخرب دارد. نیازمند تهیه نمونه مناسب و استاندارد است. شکل و ابعاد نمونه بر نتیجه آزمون تأثیرگذار است. نتایج به جنس ماده، ریزساختار و شرایط تولید وابسته هستند. نتایج آزمون یک نمونه لزوماً نماینده تمام نقاط یک قطعه بزرگ نیست.
محدودیت‌های سختی‌سنجی
وضعیت سطح می‌تواند بر نتیجه تأثیر بگذارد. انتخاب روش و مقیاس نامناسب می‌تواند نتیجه غیرقابل اتکایی ایجاد کند. هندسه و ضخامت قطعه باید برای روش انتخاب‌شده مناسب باشد. سختی‌سنجی به‌تنهایی جایگزین آزمون کشش یا سایر آزمون‌های مکانیکی نیست. تفاوت‌های موضعی در ریزساختار ممکن است باعث تغییر مقدار سختی در نقاط مختلف قطعه شود.
تجهیزات و شرایط انجام آزمون
انتخاب تجهیزات و روش مناسب برای آزمون‌های مکانیکی به نوع ماده و مشخصات قطعه بستگی دارد. در سختی‌سنجی، نوع دستگاه، فرورونده، نیروی اعمال‌شده و مقیاس سختی باید متناسب با جنس و شرایط قطعه انتخاب شود. در آزمون کشش نیز دستگاه و تجهیزات مربوط به اعمال نیروی کششی و اندازه‌گیری تغییرات نمونه باید متناسب با نوع آزمون و الزامات استاندارد مورد استفاده باشند. همچنین آماده‌سازی صحیح نمونه، وضعیت سطح و رعایت شرایط تعیین‌شده برای روش آزمون، از عوامل مؤثر بر قابلیت اعتماد نتایج هستند.
خدمات آزمون‌های مکانیکی در مجتمع فرتوت
در مجتمع فرتوت، ارزیابی خواص مکانیکی مواد و قطعات می‌تواند به‌عنوان بخشی از فرآیند آزمایشگاه متالورژی و کنترل کیفیت انجام شود. نتایج آزمون‌های مکانیکی در کنار بررسی ترکیب شیمیایی، ریزساختار، کنترل ابعادی، بازرسی ظاهری و آزمون‌های غیرمخرب، امکان ارزیابی جامع‌تری از وضعیت قطعات را فراهم می‌کند. سختی‌سنجی برای بررسی سختی نمونه‌ها و قطعات فلزی و آزمون کشش برای ارزیابی رفتار مکانیکی نمونه‌های مناسب، با توجه به جنس، مشخصات و الزامات فنی قطعه مورد بررسی قرار می‌گیرند.
هدف از انجام این آزمون‌ها، کمک به کنترل کیفیت مواد و قطعات، بررسی انطباق با مشخصات فنی و شناسایی تغییرات احتمالی در خواص مکانیکی است. در صورت نیاز به بررسی خواص مکانیکی قطعات ریختگی و فلزی، می‌توانید برای دریافت مشاوره درباره روش مناسب آزمون و شرایط انجام آن با مجتمع فرتوت در ارتباط باشید.
1
آزمون‌های کشش (Tensile Tests):
تعیین مرزهای مقاومت و انعطاف‌پذیری
2
تست سختی(Hardness Testing):
سنجش دقیق مقاومت سطحی در برابر نفوذ و سایش