การทดสอบการดึงของโลหะ (tension testing of metallic...

การทดสอบการดึงของโลหะ

(tension testing of metallic materials)

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

1

หัวขอบรรยาย

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

2

• ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

• หลักการทดสอบการดึง

• วิธีการทดสอบการดึง

• ตัวอยางการทดสอบการดึง

• สรุปการทดสอบการดึง

ความเคนทางวิศวกรรม (engineering stress),

ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

3

S = PA

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

4

ความเครียดทางวิศวกรรม (engineering strain), e = L LoLo

=Lo

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

5

อัตราสวนปวซอง (Poisson’s ratio), = transverseaxial

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

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)

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

8

• ความสัมพันธระหวางความเคนทางวิศวกรรมกับความเครียดทาง

วิศวกรรม สามารถนำไปใชงานไดจริงเมื่อระบุระยะเกจเทานั้น

• ระยะเกจที่ใชอยางสากล ถูกกำหนดโดยมาตราฐาน ISO, ASTM,

DIN, JIS, มอก.

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

Metallic Materials

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

9

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

Y

U

b

E

10

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

E

ok

yield

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

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

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

12

= ความเคนคราก (yield stress) Y

U

b

= ความเคนดึงสูงสุด (ultimate-tensile stress)

= ความเคนแตกหัก (breaking stress)

13

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

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

หัวขอบรรยาย

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

14

• ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

• หลักการทดสอบการดึง

• วิธีการทดสอบการดึง

• ตัวอยางการทดสอบการดึง

• สรุปการทดสอบการดึง

หลักการทดสอบการดึงของโลหะ

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

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

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

16

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

เครื่องทดสอบการดึงของโลหะ

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

17

Instron 5969 Dual Column Tabletop with 50 kN load cell

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

18

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

load cell, specimen ends, etc.

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

19

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

ชิ้นทดสอบการดึง (tensile specimen)

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

20

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

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

21ASTM E 8M–04

Rectangular Tension Test Specimen

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

22

ASTM E 8M–04

Round Tension Test Specimen

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

23

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

หัวจับชิ้นทดสอบ (grip)

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

24

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

อุปกรณวัดความเครียด

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

25

อุปกรณวัดระยะ (extensometer)

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

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

26

อุปกรณวัดแรง (load cell)

Instron: static load cell

หัวขอบรรยาย

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

27

• ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

• หลักการทดสอบการดึง

• วิธีการทดสอบการดึง

• ตัวอยางการทดสอบการดึง

• สรุปการทดสอบการดึง

วิธีการทดสอบการดึง

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

28

• ทำการขยับ crosshead โดยไมมีชิ้นทดสอบ เพื่อทำใหอุณภูมิเครื่องเหมาะ

กับการใชงาน

• วัดและบันทึกขนาดตางๆ ของช้ินทดสอบ

• ทำเครื่องหมายแสดงระยะเกจ โดยใหระยะเกจสอดคลองกับมาตราฐาน

• ปรับการอานคาแรงของอุปกรณวัดแรงใหเปนศูนย

• จับชิ้นทดสอบดวยหัวจับ โดยแรงในแนวยาวของชิ้นทดสอบที่เกิดจากการ

จับ (preload) จะตองไมทำใหเกิดความเคนสูงกวา 10% yield strength

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

29

• กำหนดความเร็วในการทดสอบ ซึ่งอาจเปน

• อัตราการเปลี่ยนแปลงความเครียด: mm/mm/s

• อัตราการเปลี่ยนแปลงระยะ: mm/s

• อัตราการเปลี่ยนแปลงแรง: N/s

• ติดตั้งอุปกรณวัดระยะ และปรับการอานคาใหเปนศูนย

• ทำการทดสอบและบันทึกขอมูล ไดแก แรง ระยะการขยายตัว

วิธีการประมวลผลและวิเคาะหขอมูล

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

30

• คำนวณความเคนและความเครียด

• สรางความสัมพันธระหวาง

ความเคนและความเครียด โดยให

ความเคียดเปนแกนนอนและ

ความเคนเปนแกนตั้ง

• คำนวณ Young’s modulus

• คำนวณ Yield strength

0.2% offset

y

E

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

31

• คำนวณ U, b

U

b

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

32

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

100

• คำนวณ strain to fracture หรือ elongation

หัวขอบรรยาย

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

33

• ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

• หลักการทดสอบการดึง

• วิธีการทดสอบการดึง

• ตัวอยางการทดสอบการดึง

• สรุปการทดสอบการดึง

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

34

หัวขอบรรยาย

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

35

• ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด

• หลักการทดสอบการดึง

• วิธีการทดสอบการดึง

• ตัวอยางการทดสอบการดึง

• สรุปการทดสอบการดึง

สรุปการทดสอบการดึง

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

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

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

37

จบการบรรยาย