การทดสอบการดึงของโลหะ (tension testing of metallic...

การทดสอบการดึงของโลหะ

(tension testing of metallic materials)

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

1

หัวขอบรรยาย


2

• ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

• หลักการทดสอบการดึง

• วิธีการทดสอบการดึง

• ตัวอยางการทดสอบการดึง

• สรุปการทดสอบการดึง

ความเคนทางวิศวกรรม (engineering stress),

ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด


3

S = PA


4

ความเครียดทางวิศวกรรม (engineering strain), e = L LoLo

=Lo


5

อัตราสวนปวซอง (Poisson’s ratio), = transverseaxial


6

• ความเครียดทางวิศวกรรมขึ้นกับระยะเกจ (gage length, Lo) ดัง

ความเครียดที่แทจริง (true strain, )

• ความเคนที่แทจริง (true stress, )

= ln LLo

=1+ e

= S 1+ e( )

7

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความสัมพันธเชิงเสนระหวางความเคนกับความเครียด ซึ่งการ

เปลี่ยนแปลงขนาดของวัสดุจะกลับคืนสูสภาวะเดิมทันที เมื่อปลอยแรง

ที่มากระทำออก พฤติกรรมเชนนี้ถูกเรียกวาการเปลี่ยนแปลงขนาดแบบ-

อิลาสติก (elastic deformation) สามารถแสดงไดดวยกฎของฮุก

(Hooke’s law)

• E คือ โมดูลัสของยังส

(Young’s modulus) หรือ

โมดูลัสของอิลาสติกซิตี

(modulus of elasticity)


8

• ความสัมพันธระหวางความเคนทางวิศวกรรมกับความเครียดทาง

วิศวกรรม สามารถนำไปใชงานไดจริงเมื่อระบุระยะเกจเทานั้น

• ระยะเกจที่ใชอยางสากล ถูกกำหนดโดยมาตราฐาน ISO, ASTM,

DIN, JIS, มอก.

• ASTM E 8M–04: Standard Test Methods for Tension Testing of

Metallic Materials


9

Mechanical Testing and Evaluation, ASM Handbook, vol. 8, ASM International, 2000.

Y

U

b

E

10


E

ok

yield


11

• 135 to 480 MPa (20–70 ksi) for low-carbon steels

• 200 to 480 MPa (30–70 ksi) for aluminum alloys

• 1200 to 1650 MPa (175–240 ksi) for high-strength steels


12

= ความเคนคราก (yield stress) Y

U

b

= ความเคนดึงสูงสุด (ultimate-tensile stress)

= ความเคนแตกหัก (breaking stress)

13


C. Kanchanomai and W. Limtrakarn. Effect of residual stress on fatigue failure of carbonitrided low-carbon steel. Journal of Materials Engineering and Performance, 17(6):879–887, 2008.

• วัสดุเหนียวสามารถเปลี่ยนใหเปน

วัสดุเปราะไดดวยวิธีการทางเคมี

ทางกล และความรอน เชน

พฤติกรรมการเปลี่ยนแปลงขนาด

ของเหล็กกลาคารบอนต่ำกอน

กระบวนการชุบแข็งแบบคารโบไน-

ตรายดิ่งและหลังกระบวนการชุบแข็ง

แบบคารโบไนตรายดิ่ง



14






หลักการทดสอบการดึงของโลหะ


15

• เปนการศึกษาการตอบสนองของวัสดุทางวิศวกรรมที่มีตอแรงดึง

• แสดงผลดวยความสัมพันธระหวางความเคนทางวิศวกรรมกับ

ความเครียดทางวิศวกรรม

• ผลที่ไดขึ้นกับปจจัยหลากหลาย เชน เครื่องทดสอบ ชิ้นทดสอบ หัวจับ

อุปกรณวัด ระยะเกจ ภาระที่มากระทำ สภาพแวดลอม

• ดังนั้นการทดสอบแรงดึงตองทำโดยอางอิงมาตราฐานทางวิศวกรรม เชน

ASTM E 8M–04: Standard Test Methods for Tension Testing of

Metallic Materials


16


เครื่องทดสอบการดึงของโลหะ


17

Instron 5969 Dual Column Tabletop with 50 kN load cell


18

• K คือ ผลรวมของความแข็งตึง (stiffness) จาก grip, loading frame,

load cell, specimen ends, etc.


19


ชิ้นทดสอบการดึง (tensile specimen)


20



21ASTM E 8M–04

Rectangular Tension Test Specimen


22

ASTM E 8M–04

Round Tension Test Specimen


23


หัวจับชิ้นทดสอบ (grip)


24


อุปกรณวัดความเครียด


25

อุปกรณวัดระยะ (extensometer)



26

อุปกรณวัดแรง (load cell)

Instron: static load cell



27






วิธีการทดสอบการดึง


28

• ทำการขยับ crosshead โดยไมมีชิ้นทดสอบ เพื่อทำใหอุณภูมิเครื่องเหมาะ

กับการใชงาน

• วัดและบันทึกขนาดตางๆ ของช้ินทดสอบ

• ทำเครื่องหมายแสดงระยะเกจ โดยใหระยะเกจสอดคลองกับมาตราฐาน

• ปรับการอานคาแรงของอุปกรณวัดแรงใหเปนศูนย

• จับชิ้นทดสอบดวยหัวจับ โดยแรงในแนวยาวของชิ้นทดสอบที่เกิดจากการ

จับ (preload) จะตองไมทำใหเกิดความเคนสูงกวา 10% yield strength


29

• กำหนดความเร็วในการทดสอบ ซึ่งอาจเปน

• อัตราการเปลี่ยนแปลงความเครียด: mm/mm/s

• อัตราการเปลี่ยนแปลงระยะ: mm/s

• อัตราการเปลี่ยนแปลงแรง: N/s

• ติดตั้งอุปกรณวัดระยะ และปรับการอานคาใหเปนศูนย

• ทำการทดสอบและบันทึกขอมูล ไดแก แรง ระยะการขยายตัว

วิธีการประมวลผลและวิเคาะหขอมูล


30

• คำนวณความเคนและความเครียด

• สรางความสัมพันธระหวาง

ความเคนและความเครียด โดยให

ความเคียดเปนแกนนอนและ

ความเคนเปนแกนตั้ง

• คำนวณ Young’s modulus

• คำนวณ Yield strength

0.2% offset

y

E


31

• คำนวณ U, b

U

b


32

elongation (%) = final gage length - original gage lengthoriginal gage length

100

• คำนวณ strain to fracture หรือ elongation



33







34



35






สรุปการทดสอบการดึง


36

• เปนการศึกษาการตอบสนองของวัสดุทางวิศวกรรมที่มีตอแรงดึง

• แสดงผลดวยความสัมพันธระหวางความเคนทางวิศวกรรมกับ

ความเครียดทางวิศวกรรม

• ผลที่ไดขึ้นกับปจจัยหลากหลาย เชน เครื่องทดสอบ ชิ้นทดสอบ หัวจับ

อุปกรณวัด ระยะเกจ ภาระที่มากระทำ สภาพแวดลอม

• ดังนั้นการทดสอบแรงดึงตองทำโดยอางอิงมาตราฐานทางวิศวกรรม เชน

ASTM E 8M–04: Standard Test Methods for Tension Testing of

Metallic Materials


37

จบการบรรยาย

การทดสอบการดึงของโลหะ (tension testing of metallic...

Documents