میلادزیرک
28th October 2011, 11:16 AM
آزمایش 1 سختی سنجی:
تعریف سختی سنجی: سختی عبارت است از یک ماده در برابر خراش، سایش و یا نفوذ جسم خارجی و به عبارتی دیگر سختی عبارت است از مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل موم سان موضعی.
در مهندسی، سختی عمدتا به صورت مقاومت یک ماده در برابر فرورفتگی تعریف می شود.
فرورفتگی، فشار یک ساچمه گرد سخت یا نوک سخت روی ماده با یک نیروی مشخص می باشد، به گونه ای که یک گودی روی سطح ماده ایجاد شود.
بواسطه تغییر شکل پلاستیک ناحیه تحتانی فرورونده رخ می دهد. برخی خصوصیات ویژه فرورفتگی از قبیل اندازه و عمق به عنوان معیاری برای سختی در نظر گرفته می شود.
اصول دیگری نیز برای سختی استفاده می شود. برای مثال، تست سختی سنجی اسلروسکوپ، یک تست واجهش است که از چکش با نوک الماسی گرد استفاده می کند. این چکش از ارتفاع ثابت روی سطح از ماده که قرار است تست شود، می افتد عدد سختی متناسب با ارتفاعی است که چکش پس از برخورد با سطح جسم بالا می آید. این ارتفاع برای فلزات در یک ضریب به گونه ای ضرب می شود که فولاد ابزار کاملا سخت دارای یک مقدار 100 باشد. امروزه نوع اصلاح شده ی این تست برای پلیمرها بکار می رود.
در کانی شناسی، ضریب سختی موهس بکار می رود. عدد 10 به الماس که سخت ترین ماده شناخته شده است، تشخیص داده می شود عدد 1 به پودر تالک نرم اختصاص داده شده است و عدد 9.7 برای کاربید تنگستن استفاده می شود.
وقتی یک ماده در مقیاس موهس سنجیده می شود، سختی آن به وسیله ی خراش دادن دستی تعیین می گردد. بدین صورت که اگر دو ماده با هم مقایسه شود ماده ی سخت تر قادر به ایجاد خراش در سطح ماده ی نرم تر است و بالعکس آن ممکن نیست.
خیلی از فولاد سخت دارای سختی موهس عدد 7 می باشد و فولاد های با استحکام کمتر و سایر آلیاژ های مواد نسبتا سخت دارای عددی در محدوده ی 5-4 می باشد. عدد فلزات نرم ممکن است پایین باشد به طوری که تعیین سختی موهس آنها، مشکل است.
سختی سنجی از طریق نفوذ نسبت به سختی سنجی موهس ارجعیت دارد. چون نتایج بدست آمده مستقیم بوده و از تفسیر ورای کمتر تاثیر می پذیرد. مقدار متنوعی تست سختی فرورفتگی استاندارد وجود دارد. آنها از نظر هندسه فرو رونده، تعداد نیروی اعمال شده و ... متفاوت می باشد.
روش های متداول سختی سنجی: 1. روش برینل HB 2. روش ویکرز HV 3. روش راکول HR
= مخروط ---- استاندارد /عمق اثر
d_m= (d_1+ d_2)/2
روش نوع فرورونده اولیه اصلی جنس ماده مناسب
HRA مخروط الماس 10 60 برای موارد بسیار سخت- فولادهای آلیاژی و کربنی ولی نازک در قطعات سخت کاری و آبکاری
HRC مخروط الماس 10 150 فولادهای کربنی و آلیاژهای فولاد کربنی
HRB ساچمه فولادی
10 100 مس ، برنج، آلومینیوم،فولادهای کربن و آلیاژفلزات رنگین
HRE ساچمه فولادی
10 100 برای آلیاژهای آلومینیوم (آلومینیوم ،منیزیم،درجه بندی سیاه (مخروط)درجه بندی ساچمه(B)
توضیح آزمایش: آزمایش مرحله ی اول: سختی به روش HRC: در این روش ما رنده تراشکاری از جنس تندبر HSS بر روی فلکه ی دستگاه قرار می دهیم برای آزمایش، مخروط الماس در جای خود بسته و با آچار مخصوص محکم می کنیم. فلکه را چرخانده تا قطعه به مخروط الماس نزدیک شود تا وقتی فاصله ی بین آنها به کمتر از یک میلیمتر برسد پس شروع به چرخاندن فلکه می کنیم. فلکه را می چرخانیم تا فلکه 2.5 دور بزند. که معادل HRC 10 است. در اصل با چرخاندن یک دور عقربه دستگاه HRC 4 بر قطعه وارد می شود. عقربه را از 2.5 دور تا کمتر از یک درجه جلو می بریم سپس اهرم دستگاه را به آرامی آزاد می کنیم یعنی اهرم را به سمت چپ به آرامی می فشاریم و وقتی در راستای عمود قرار گرفت اهرم آزاد می کنیم و چند لحظه تحمل می کنیم تا عقربه سر جای اصلی قرار گیرد سپس نیروی اصلی را وارد می کنیم یعنی دکمه ی HRC 150 را فشار می دهیم سپس به آرامی اهرم را به پایین می آوریم به سمت راست در جای خود قرار می دهیم. حالا عدد سختی مرحله ی اول را که مشکی رنگ است می خوانیم و یادداشت می کنیم این آزمایش را تا 4 بار تکرار می کنیم و چهار مرحله را یادداشت کرده و عددی که در این چهار مرحله بیشتر تکرار شده عدد سختی ما هست.
آزمایش اول: جنس نمونه: رنده تراشکاری – به روش مخروط الماس با نیروی اولیه HRC با نیروی اولیه HRC 10 و نیروی اصلی HRC 150.
عدد سختی مرحله اول: HRC 62 عدد سختی مرحله سوم: HRC 64 عدد سختی مرحله دوم: HRC 64 عدد سختی مرحله چهارم: HRC 64
آزمایش دوم: جنس نمونه: رنده تراشکاری – به روش مخروط الماس با نیروی اولیه HRA 10 و نیروی اصلی HRA 60
عدد سختی مرحله اول: HRA 84
عدد سختی مرحله دوم: HRA 85
عدد سختی مرحله سوم: HRA 85
عدد سختی مرحله چهارم: HRA 85
آزمایش سوم: جنس رنده تراشکاری – به روش ساچمه – با نیروی اولیه HRE 10 و نیروی اصلی HRE 100 این آزمایش هم مثل آزمایش قبلی است فقط فرق آن این است که به جای مخروط الماس، ساچمه می بندیم و موقع خواندن عدد سختی عقربه هر جا قرار گرفت عدد سختی قرمز رنگ را می خوانیم چون عدد قرمز رنگ برای روش ساچمه است و بقیه ی آزمایش مثل آزمایش قبلی است. عدد سختی مرحله ی اول: HRE 65
عدد سختی مرحله دوم: HRE 66 عدد سختی مرحله سوم: HRE 66
با مراجعه به جدول سختی سنجی متوجه می شوید که سختی HRC 64 معادل HRA 84 می باشد که این مطلب صحت انجام آزمایش ما را تایید می نماید ضمنا با مراجه به جدول می توانید عدد HRC 64 را بر مبنای سختی ویکرز نیز تطبیق دهیم که معادل HV 813 می باشد.
آزمایش 2 خزش:
خزش: عبارت است از تغییر شکل یک ماده بر اثر یک بار (ثابت – استاتیکی – به مرور زمان).
پدیده ی خزش پدیده ای است که می توان آن را بر روی مواد مختلف و جنس های متفاوت از جمله فلزات مشاهده نمود. اما برای دیدن و بررسی پدیده ی خزش بر روی به عنوان مثال: یک ماده ی فلزی مشاهده و بررسی نماییم دمای محیط که قطعه ی نمونه در آن قرار می گیرد در آن باید بتواند در حد یا نزدیک به نصف دمای ذوب ماده مورد نظر باشد. پس طبیعتا در دمای معمدلی محیط نمی توان آنچنان که دلخواه است بر روی مواد مختلف پدیده ی خزش را مشاهده نمود. به همین دلیل ما برای آزمایش، فلزی را انتخاب می کنیم مانند سرب که دمای ذوب آن در حد ممکن پیین باشد و اما با توجه به اینکه دستگاه آزمایش مورد نظر مجهز به سیستم گرم خانه نمی باشد ایجاد دمای حدود 140 درجه (نصف دمای ذوب) امکان پذیر نیست. و ما با ایجاد تنش بیشتر این مشکل را رفع نماییم و پدیده ی خزش را بر روی ماده ی سرب با دمای ذوب حدود 250درجه سانتی گراد مشاهده و بررسی نماییم.
توضیح آزمایش:
دستگاه مورد آزمایش اندیکاتور قطعه نمونه را در دستگاه اندیکاتور قرار داده و وزنه ها را در جای خود قرار می دهیم که N 126F= است که کرنومتر در دست قرار گرفته و با وارد کرده نیروی زمان را هم می گیریم و در دقایق مختلف عدد را از روی ساعت خوانده و یادداشت می کنیم سعی می کنیم زمان هایی که می گیریم خیلی با هم نزدیک باشد. زمان های را با اعداد روی ساعت در جدول یادداشت می کنیم و با قرار دادن هر کدام در فرمول را بدست می آوریم.
با اندازه گیری در زمان های مختلف ساعت اندازه گیر در بعضی جاها خیلی آهسته حرکت می کند و در بعضی جاها خیلی تند به طوری که نمی توان عدد آن را خواند و بالاخره به جای میرسد که قطعه دیگر نمی تواند فشار را تحمل کند و میشکند. که به این محدوده پارگی می گویند. قطعه ما در 4/4 دقیقه شکسته می شود.
تست خزش: متداولترین روش تست خزش اسن است که که بار محوری ثابت در جهت کششی یا فشاری به یک میله با استوانه از ماده مورد نظر اعمال کنیم. از آن جایی که قرار است بار به مدت طولانی ثابت نگه داشته شود، می توان از وزنه و یک اهرم استفاده کرد. کرنش خزشی با زمان اندازه گیری می شود و در صورتی که گسیختگی در حین تست رخ دهد، زمان آن ثابت می شود. تست ها روی یک ماده ی مشخص معمولا در تنش ها و دماهای مختلف انجام می گیرند.
مکنیزم فیزیکی خزش: مکانیزم فیزیکی منجربه خزش، به طور قابل توجهی برای انواع مختلف مواد متفاوت است. به علاوه، حتی برای یک ماده ی مشخص مکانیزم های مختلف در ترکیبات متفاوت تنش و دما عمل می کنند. حرکت اتم ها، حفره ها، نابجایی ها یا مولکول ها در داخل یک ماده جامد بصورت وابسته به زمان رخ می دهد و در دماهای بالاتر این امر سریعتر انجام می گیرد. این حرکت ها در توصیف رفتار خزش مهم هستند و درمقوله وسیعی از رفتار به نام نفوذ قرار می گیرند. خزش در دماهای بالا، از جمله در موتورهای توربین هواپیما، از اهمیت بالایی برخوردار است. کمانش نیز می تواند بصورت وابسته به زمان بواسطه تغییر شکل خزشی
رخ دهد. طراحی رشته تنگستن لامپ، نمونه ای از طراحی در ارتباط با تغییر شکل خزشی می
باشد.
∆L ∆Ĺ mm T min
∆L ∆Ĺmm T min
0.84 1.51 2.4 0.23 0.42 0.1
0.89 1.60 2.6 0.29 0.53 0.2
0.94 1.69 2.8 0.33 0.60 0.3
0.99 1.77 3 0.37 0.67 0.4
1.05 1.88 3.2 0.41 0.73 0.5
1.09 1.95 3.3 0.43 0.78 0.6
1.1 2.05 3.4 0.47 0.84 0.7
1.18 2.11 3.5 0.49 0.88 0.8
1.2 2.20 3.6 0.5 0.91 0.9
1.2 2.20 3.7 0.53 0.95 1
1.37 2.45 3.8 0.56 1.01 1.1
1.49 2.67 3.9 0.58 1.05 1.2
1.33 2.39 4 0.62 1.11 1.4
2 3.64 4.1 0.67 1.20 1.6
2.6 4.72 4.2 0.71 1.28 1.8
3.3 5.9 4.3 0.75 1.35 2
پارگی پارگی 4.4 0.79 0.42 2.2
∆Ĺ/80=∆L/45 → ∆L= 45/80 ∆Ĺ→45/80×0.42=0.23
آزمایش 3 پیچش:
هنگامی که بر یک قطعه مانند محور یا شافت یا قطعه ای نظیر اینها در حالتی که به یک سر قطعه مورد نظر نسبت به تکیه گاهی ثابت شده باشد به سر دیگر قطعه (سر آزاد) یک گشتاور پیچش معادل MT در جهت یا خلاف جهت عقربه های ساعت طوری وارد نماییم که امتداد بازوی گشتاور عمود بر محور طولی قطعه باشد چنانچه میزان یا مقدار این گشتاور در حد لازم و کافی باشد می تواند باعث جابجایی یا تغییر مکان سر آزاد قطعه نسبت به سر ثابت آن شود. که میطان این جابجایی را با زاویه پیچش نشان می دهیم در واقع آن چرا که ما تحت عنوان زاویه پیچش مشاهده می کنیم. حاصل جابجایی کل صفحات برشی فرضی در طول مقطع قطعه مورد نظر می باشد که ما آن را به صورت زاویه پیچش قطعه مشاهده می کنیم. میزان این جابجایی به عوامل مختلف مانند: 1. مقدار گشتاور وارده 2. جنس قطعه 3. طول قطعه 4. فرم سطح مقطع 5. ...
تست پیچش: انجام تست های پیچش ساده در میله های گرد تحت بارگذاری، بسیار آسان است. زاویه پیچیدن که متناسب با کرنش برشی است، معمولا با یک نرخ ثابت افزایش می یابد.
مقادیر استحکام شکست مانند تست های خمشی، تحت تاثیر وضعیت مشابهی قرار می گیرند، یعنی رفتار غیر خطی تنش – کرنش می تواند منجر به تنش هایی شود که بر پایه رفتار الاستیک خطی و دقیق محاسبه می شود.
آزمایش 4 خمش:
هدف آزمایش: بدست آوردن مقدار ضریب الاستیته (ضریب ارتجاعی) بصورت عملی با انجام آزمایش و مقایسه آن با عدد داده شده در جئول ضرایب ارتجاعی برای جنس های مختلف و تعیین درصد خطا.
تعریف خمش: هنگامی که بر یک قطعه در حالتی که برروی یک یا چند تکیه گاه قرار گرفته است نیر یا نیروهای عمود بر محور طولی تیر بر آن اعمال شود باعث انحراف این محور از راستای اولیه می گردد که به این مقدار انحراف خمش یا خیز گفته می شود.
چنانچه مقدار نیروهای وارده در حد مجاز و یا در محدوده ی ضریب الاستیته باشد پس از برداشتن نیروها محور تیر بر محور اولیه اش باز می گردد و اگر مقدار این نیروها بیش از حد مجاز باشد (فراتر از حد الاستیته) باعث تغییر شکل پلاستیک یا دائمی شکل می گردد.
آنچه را که ما در این آزمایش انجام خواهیم داد بارگذاریی تیر در محدوده ضریب الاستیه خواهد بود تا بتوان با اندازه گیری مقدار خیز به عدد ضریب الاستیته عملی رسید و آن را با مقدار تئوری این عدد مقایسه نموده و مقدار خمش یا خیز در یک تیر به عوامل مختلفی مانند: 1. طول تیر 2. جنس تیر 3. تعداد و نوع تکیه گاه و فاصله ی آنها از یک دیگر 4. تعداد، جهت و مقدار نیرو یا نیروهای وارده و فاصله ی آن تا تکیه گاه 5. فرم سطح مقطع تیر 6. ... بستگی دارد.
تست های خمش: (خمیدگی)
تست های خمشی روی میله های صافی (غیر ناچ دار) از ماده، به طور رایج مانند روش های تست استاندارد ASTM برای ماده فلزی تخت، بتن، سنگ طبیعی، چوب، پلاستیک، شیشه و سرامیک استفاده می شوند. به علاوه ، استاندارد دولتی ایالات متحده MIL – STD – 1942A حاوی یک روند تست خمش است که به طور گسترده ای برای سرامیک های مهندسی به کار گرفته می شود. تست های خمش که تست های خمیدگی نیز نامیده می شوند، مخصوصا برای ارزیابی استحکام های کششی مواد ترد، موادی که انجام تست کششی تک محوری ساده برای آنها به خاطر ترک برداشتن گیره شانمشکل می باشد، لازم است. (اغلب روش محکم گرفتن یک تکه شیشه در گیره های فک مانند، برای تست قطعات مسطح فلزات استفاده می شود.)
نمونه ها اغلب دارای سطح مقطع مستطیلی هستند و می توانند به صورت خمش سه نقطه ای بارگذاری شوند.
در خمش توجه کنید که تنش در سراسر عمق تیر به این صورت تغییر می کند که ابتدا تسلیم در یک لایه سطحی نازک رخ می دهد. این امر منجر به این می شود که، بار در مقابل خم شدن )خیز) زیاد به شروع تسلیم حساس نباشد. همچنین، اگر منحنی تنش – کرنش خطی نباشد، مانند پس از تسلیم، تحلیل ساده خمش الاستیک معتبر نیست. از این رو، تست های خمشی برای مواد تردئ که دارای منحنی تنش – کرنش تقریبا خطی تا نقطه شکستند، معنی دارتر می باشند.
معمولا مدول الاستیک حاصل از خمش نسبتا به مقادیر حاصل از تست های کشش یا فشار همان ماده نزیک است. اما به چند دلیل ممکن است اختلافاتی نیز مشاهده شود: 1) تغییر شکل موضعی الاستیک و پلاستیک در تکیه گاه هاو یا نقاط اعمال بار ممکن است در مقایسه با خیز تیر کوچک نباشد. 2) در تیرهای نسبتا کوچک، ممکن است تغییر شکل های زیاد بواسطه تنش برشی رخ دهند که در تئوری ایده آل تیر استفاده شده، در نظر گرفته نشده است. 3) ممکن است مدول الاستیک متفاوتی در کشش و فشار داشته باشند، به گونه ای که یک مقدار حد وسط از تست خمش حاصل می شود.
عدد ساعت(1)
عدد ساعت(2)
I=〖TH〗^3/12
E_AB=(F×B×X)/(6Y_AB×I×L) (x^2+b^2-l^2)
مراحل انجام آزمایش :
1- ابتدا تسمه فولادی را بر روی تیکه گاه های دستگاه قرار می دهیم.
2-میله ای که وزنه ها بر روی آن قرار می گیرد را به روی تسمه فولادی (نمونه آزمایش)قرار می دهیم و آن را با فاصله های مورد نظر از تکیه گاهها از روی خط کش دستگاه تنظیم می کنیم.
3-حالا شروع به بارگذاری می کنیم و پس از هربار بارگذاری اعداد را از روی هر دو ساعت می بینیم و ثبت می کنیم.
4- در پایان ما می توانیم با اطلاعات به دست آمده و با استفاده از فرمولهای مربوطه ضریب ارتجاعی (E) میله مورد آزمایش را به دست آوردیم. خطا مجاز 010/0 تا 01/0
YBC YAB FN
0.09 0.06 mm 4 N
0.19 0.013 mm 8 N
0.27 0.215 mm 12 N
x1=100 x2=400 L=600
a=250
b=350
h h=5 YAB= 0/34
t = 30 YBC = 0/56
YBC YAB FN
0.360 0.225mm 5 N
0.740 0.460mm 10 N
1.015 0.690mm 15 N
آزمایش 5 ضربه - ضربه به روش شارپی:
تعریف ضربه: ضربه عبارت است از برخورد یک قطعه دارای انرژی جنبشی به میزان EJ در یک لحظه ی آنی به قطعه یا ماده ی مورد نظر ما که در صورت کفایت مقدار انرژی می تواند باعث تغییر شکل و شکستن ماده مورد نظر گردد.
تعریف 2: مقومت به ضربه: مقدار یا میزان مقاومتی که یک قطعه در برابر شکست بر اثر ضربه از خود نشان می دهد را مقاومت به ضربه ی آن ماده می گوییم. که بر حسب واحد سنجیده می شود.
تست های ناچ (ضربه): تست های ضربه به ناچ اطلاعاتی روی مقاومت ماده نسبت به شکست ناگهانی، در حضور یک افزاینده تیز تنش یا ترک فراهم می کنند. علاوه بر فراهم کردن اطلاعاتی که از هیچ تست مکانیکی ساده دیگری حاصل نمی شود، این تست ها سریع و ارزانند و اغلب برای اهداف مهندسی بکار می روند.
انواع تست:
تست های ضربه ای استاندارد متنوعی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. که در آنها تیرهای ناچ دار بوسیله ی یک پاندول نوسانی با یک جرم افتادنی می شکنند. متداولترین تست ها از این نوع، تست های چارپی و ایزود می باشند.
انرژی لازم برای شکست نمونه از یک فرو رونده تعیین می شود که مقدار بالا رفتن پاندول پس از ضربه را اندازه گیری می کند. مقاومت ضربه ای پلیمرها اغلب با استفاده از تست ایزود ارزیابی می شوند.
در تست های ضربه، انرژی حاصله بستگی داره به جزییات اندازه و هندسه نمونه از جمله شعاع نوک ناچ دارد. پیکره های تکیه گاهی و بارگذاری بکار رفته، از جمله سرعت و و جرم پاندول یا جرم تیر مهم هستند.
انرژی صرف شکست بدون در نظر گرفتن اصطکاک و غیره
E=25j انرژی صرف شکست = 25/80=0.31 j⁄〖mm〗^2
E_1- E_3=5jپ
آزمایش شارپی : ابتدا قطعه را به صورت افقی به طوری که شیار داخل قطعه با لبة برخورد چکش با قطعه موازی باشد.
عقربه را در حالت صفر قرار داده ،پاندول را رها کرده بعد از برخورد قطعه شکسته و عقربه به سمت بالا می رود و بازو درجه در حالت بدون اصطکاک پاندول را بالا برده بدون اینکه قطعه وجود داشته باشد آن را رها می کنیم.
تعریف سختی سنجی: سختی عبارت است از یک ماده در برابر خراش، سایش و یا نفوذ جسم خارجی و به عبارتی دیگر سختی عبارت است از مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل موم سان موضعی.
در مهندسی، سختی عمدتا به صورت مقاومت یک ماده در برابر فرورفتگی تعریف می شود.
فرورفتگی، فشار یک ساچمه گرد سخت یا نوک سخت روی ماده با یک نیروی مشخص می باشد، به گونه ای که یک گودی روی سطح ماده ایجاد شود.
بواسطه تغییر شکل پلاستیک ناحیه تحتانی فرورونده رخ می دهد. برخی خصوصیات ویژه فرورفتگی از قبیل اندازه و عمق به عنوان معیاری برای سختی در نظر گرفته می شود.
اصول دیگری نیز برای سختی استفاده می شود. برای مثال، تست سختی سنجی اسلروسکوپ، یک تست واجهش است که از چکش با نوک الماسی گرد استفاده می کند. این چکش از ارتفاع ثابت روی سطح از ماده که قرار است تست شود، می افتد عدد سختی متناسب با ارتفاعی است که چکش پس از برخورد با سطح جسم بالا می آید. این ارتفاع برای فلزات در یک ضریب به گونه ای ضرب می شود که فولاد ابزار کاملا سخت دارای یک مقدار 100 باشد. امروزه نوع اصلاح شده ی این تست برای پلیمرها بکار می رود.
در کانی شناسی، ضریب سختی موهس بکار می رود. عدد 10 به الماس که سخت ترین ماده شناخته شده است، تشخیص داده می شود عدد 1 به پودر تالک نرم اختصاص داده شده است و عدد 9.7 برای کاربید تنگستن استفاده می شود.
وقتی یک ماده در مقیاس موهس سنجیده می شود، سختی آن به وسیله ی خراش دادن دستی تعیین می گردد. بدین صورت که اگر دو ماده با هم مقایسه شود ماده ی سخت تر قادر به ایجاد خراش در سطح ماده ی نرم تر است و بالعکس آن ممکن نیست.
خیلی از فولاد سخت دارای سختی موهس عدد 7 می باشد و فولاد های با استحکام کمتر و سایر آلیاژ های مواد نسبتا سخت دارای عددی در محدوده ی 5-4 می باشد. عدد فلزات نرم ممکن است پایین باشد به طوری که تعیین سختی موهس آنها، مشکل است.
سختی سنجی از طریق نفوذ نسبت به سختی سنجی موهس ارجعیت دارد. چون نتایج بدست آمده مستقیم بوده و از تفسیر ورای کمتر تاثیر می پذیرد. مقدار متنوعی تست سختی فرورفتگی استاندارد وجود دارد. آنها از نظر هندسه فرو رونده، تعداد نیروی اعمال شده و ... متفاوت می باشد.
روش های متداول سختی سنجی: 1. روش برینل HB 2. روش ویکرز HV 3. روش راکول HR
= مخروط ---- استاندارد /عمق اثر
d_m= (d_1+ d_2)/2
روش نوع فرورونده اولیه اصلی جنس ماده مناسب
HRA مخروط الماس 10 60 برای موارد بسیار سخت- فولادهای آلیاژی و کربنی ولی نازک در قطعات سخت کاری و آبکاری
HRC مخروط الماس 10 150 فولادهای کربنی و آلیاژهای فولاد کربنی
HRB ساچمه فولادی
10 100 مس ، برنج، آلومینیوم،فولادهای کربن و آلیاژفلزات رنگین
HRE ساچمه فولادی
10 100 برای آلیاژهای آلومینیوم (آلومینیوم ،منیزیم،درجه بندی سیاه (مخروط)درجه بندی ساچمه(B)
توضیح آزمایش: آزمایش مرحله ی اول: سختی به روش HRC: در این روش ما رنده تراشکاری از جنس تندبر HSS بر روی فلکه ی دستگاه قرار می دهیم برای آزمایش، مخروط الماس در جای خود بسته و با آچار مخصوص محکم می کنیم. فلکه را چرخانده تا قطعه به مخروط الماس نزدیک شود تا وقتی فاصله ی بین آنها به کمتر از یک میلیمتر برسد پس شروع به چرخاندن فلکه می کنیم. فلکه را می چرخانیم تا فلکه 2.5 دور بزند. که معادل HRC 10 است. در اصل با چرخاندن یک دور عقربه دستگاه HRC 4 بر قطعه وارد می شود. عقربه را از 2.5 دور تا کمتر از یک درجه جلو می بریم سپس اهرم دستگاه را به آرامی آزاد می کنیم یعنی اهرم را به سمت چپ به آرامی می فشاریم و وقتی در راستای عمود قرار گرفت اهرم آزاد می کنیم و چند لحظه تحمل می کنیم تا عقربه سر جای اصلی قرار گیرد سپس نیروی اصلی را وارد می کنیم یعنی دکمه ی HRC 150 را فشار می دهیم سپس به آرامی اهرم را به پایین می آوریم به سمت راست در جای خود قرار می دهیم. حالا عدد سختی مرحله ی اول را که مشکی رنگ است می خوانیم و یادداشت می کنیم این آزمایش را تا 4 بار تکرار می کنیم و چهار مرحله را یادداشت کرده و عددی که در این چهار مرحله بیشتر تکرار شده عدد سختی ما هست.
آزمایش اول: جنس نمونه: رنده تراشکاری – به روش مخروط الماس با نیروی اولیه HRC با نیروی اولیه HRC 10 و نیروی اصلی HRC 150.
عدد سختی مرحله اول: HRC 62 عدد سختی مرحله سوم: HRC 64 عدد سختی مرحله دوم: HRC 64 عدد سختی مرحله چهارم: HRC 64
آزمایش دوم: جنس نمونه: رنده تراشکاری – به روش مخروط الماس با نیروی اولیه HRA 10 و نیروی اصلی HRA 60
عدد سختی مرحله اول: HRA 84
عدد سختی مرحله دوم: HRA 85
عدد سختی مرحله سوم: HRA 85
عدد سختی مرحله چهارم: HRA 85
آزمایش سوم: جنس رنده تراشکاری – به روش ساچمه – با نیروی اولیه HRE 10 و نیروی اصلی HRE 100 این آزمایش هم مثل آزمایش قبلی است فقط فرق آن این است که به جای مخروط الماس، ساچمه می بندیم و موقع خواندن عدد سختی عقربه هر جا قرار گرفت عدد سختی قرمز رنگ را می خوانیم چون عدد قرمز رنگ برای روش ساچمه است و بقیه ی آزمایش مثل آزمایش قبلی است. عدد سختی مرحله ی اول: HRE 65
عدد سختی مرحله دوم: HRE 66 عدد سختی مرحله سوم: HRE 66
با مراجعه به جدول سختی سنجی متوجه می شوید که سختی HRC 64 معادل HRA 84 می باشد که این مطلب صحت انجام آزمایش ما را تایید می نماید ضمنا با مراجه به جدول می توانید عدد HRC 64 را بر مبنای سختی ویکرز نیز تطبیق دهیم که معادل HV 813 می باشد.
آزمایش 2 خزش:
خزش: عبارت است از تغییر شکل یک ماده بر اثر یک بار (ثابت – استاتیکی – به مرور زمان).
پدیده ی خزش پدیده ای است که می توان آن را بر روی مواد مختلف و جنس های متفاوت از جمله فلزات مشاهده نمود. اما برای دیدن و بررسی پدیده ی خزش بر روی به عنوان مثال: یک ماده ی فلزی مشاهده و بررسی نماییم دمای محیط که قطعه ی نمونه در آن قرار می گیرد در آن باید بتواند در حد یا نزدیک به نصف دمای ذوب ماده مورد نظر باشد. پس طبیعتا در دمای معمدلی محیط نمی توان آنچنان که دلخواه است بر روی مواد مختلف پدیده ی خزش را مشاهده نمود. به همین دلیل ما برای آزمایش، فلزی را انتخاب می کنیم مانند سرب که دمای ذوب آن در حد ممکن پیین باشد و اما با توجه به اینکه دستگاه آزمایش مورد نظر مجهز به سیستم گرم خانه نمی باشد ایجاد دمای حدود 140 درجه (نصف دمای ذوب) امکان پذیر نیست. و ما با ایجاد تنش بیشتر این مشکل را رفع نماییم و پدیده ی خزش را بر روی ماده ی سرب با دمای ذوب حدود 250درجه سانتی گراد مشاهده و بررسی نماییم.
توضیح آزمایش:
دستگاه مورد آزمایش اندیکاتور قطعه نمونه را در دستگاه اندیکاتور قرار داده و وزنه ها را در جای خود قرار می دهیم که N 126F= است که کرنومتر در دست قرار گرفته و با وارد کرده نیروی زمان را هم می گیریم و در دقایق مختلف عدد را از روی ساعت خوانده و یادداشت می کنیم سعی می کنیم زمان هایی که می گیریم خیلی با هم نزدیک باشد. زمان های را با اعداد روی ساعت در جدول یادداشت می کنیم و با قرار دادن هر کدام در فرمول را بدست می آوریم.
با اندازه گیری در زمان های مختلف ساعت اندازه گیر در بعضی جاها خیلی آهسته حرکت می کند و در بعضی جاها خیلی تند به طوری که نمی توان عدد آن را خواند و بالاخره به جای میرسد که قطعه دیگر نمی تواند فشار را تحمل کند و میشکند. که به این محدوده پارگی می گویند. قطعه ما در 4/4 دقیقه شکسته می شود.
تست خزش: متداولترین روش تست خزش اسن است که که بار محوری ثابت در جهت کششی یا فشاری به یک میله با استوانه از ماده مورد نظر اعمال کنیم. از آن جایی که قرار است بار به مدت طولانی ثابت نگه داشته شود، می توان از وزنه و یک اهرم استفاده کرد. کرنش خزشی با زمان اندازه گیری می شود و در صورتی که گسیختگی در حین تست رخ دهد، زمان آن ثابت می شود. تست ها روی یک ماده ی مشخص معمولا در تنش ها و دماهای مختلف انجام می گیرند.
مکنیزم فیزیکی خزش: مکانیزم فیزیکی منجربه خزش، به طور قابل توجهی برای انواع مختلف مواد متفاوت است. به علاوه، حتی برای یک ماده ی مشخص مکانیزم های مختلف در ترکیبات متفاوت تنش و دما عمل می کنند. حرکت اتم ها، حفره ها، نابجایی ها یا مولکول ها در داخل یک ماده جامد بصورت وابسته به زمان رخ می دهد و در دماهای بالاتر این امر سریعتر انجام می گیرد. این حرکت ها در توصیف رفتار خزش مهم هستند و درمقوله وسیعی از رفتار به نام نفوذ قرار می گیرند. خزش در دماهای بالا، از جمله در موتورهای توربین هواپیما، از اهمیت بالایی برخوردار است. کمانش نیز می تواند بصورت وابسته به زمان بواسطه تغییر شکل خزشی
رخ دهد. طراحی رشته تنگستن لامپ، نمونه ای از طراحی در ارتباط با تغییر شکل خزشی می
باشد.
∆L ∆Ĺ mm T min
∆L ∆Ĺmm T min
0.84 1.51 2.4 0.23 0.42 0.1
0.89 1.60 2.6 0.29 0.53 0.2
0.94 1.69 2.8 0.33 0.60 0.3
0.99 1.77 3 0.37 0.67 0.4
1.05 1.88 3.2 0.41 0.73 0.5
1.09 1.95 3.3 0.43 0.78 0.6
1.1 2.05 3.4 0.47 0.84 0.7
1.18 2.11 3.5 0.49 0.88 0.8
1.2 2.20 3.6 0.5 0.91 0.9
1.2 2.20 3.7 0.53 0.95 1
1.37 2.45 3.8 0.56 1.01 1.1
1.49 2.67 3.9 0.58 1.05 1.2
1.33 2.39 4 0.62 1.11 1.4
2 3.64 4.1 0.67 1.20 1.6
2.6 4.72 4.2 0.71 1.28 1.8
3.3 5.9 4.3 0.75 1.35 2
پارگی پارگی 4.4 0.79 0.42 2.2
∆Ĺ/80=∆L/45 → ∆L= 45/80 ∆Ĺ→45/80×0.42=0.23
آزمایش 3 پیچش:
هنگامی که بر یک قطعه مانند محور یا شافت یا قطعه ای نظیر اینها در حالتی که به یک سر قطعه مورد نظر نسبت به تکیه گاهی ثابت شده باشد به سر دیگر قطعه (سر آزاد) یک گشتاور پیچش معادل MT در جهت یا خلاف جهت عقربه های ساعت طوری وارد نماییم که امتداد بازوی گشتاور عمود بر محور طولی قطعه باشد چنانچه میزان یا مقدار این گشتاور در حد لازم و کافی باشد می تواند باعث جابجایی یا تغییر مکان سر آزاد قطعه نسبت به سر ثابت آن شود. که میطان این جابجایی را با زاویه پیچش نشان می دهیم در واقع آن چرا که ما تحت عنوان زاویه پیچش مشاهده می کنیم. حاصل جابجایی کل صفحات برشی فرضی در طول مقطع قطعه مورد نظر می باشد که ما آن را به صورت زاویه پیچش قطعه مشاهده می کنیم. میزان این جابجایی به عوامل مختلف مانند: 1. مقدار گشتاور وارده 2. جنس قطعه 3. طول قطعه 4. فرم سطح مقطع 5. ...
تست پیچش: انجام تست های پیچش ساده در میله های گرد تحت بارگذاری، بسیار آسان است. زاویه پیچیدن که متناسب با کرنش برشی است، معمولا با یک نرخ ثابت افزایش می یابد.
مقادیر استحکام شکست مانند تست های خمشی، تحت تاثیر وضعیت مشابهی قرار می گیرند، یعنی رفتار غیر خطی تنش – کرنش می تواند منجر به تنش هایی شود که بر پایه رفتار الاستیک خطی و دقیق محاسبه می شود.
آزمایش 4 خمش:
هدف آزمایش: بدست آوردن مقدار ضریب الاستیته (ضریب ارتجاعی) بصورت عملی با انجام آزمایش و مقایسه آن با عدد داده شده در جئول ضرایب ارتجاعی برای جنس های مختلف و تعیین درصد خطا.
تعریف خمش: هنگامی که بر یک قطعه در حالتی که برروی یک یا چند تکیه گاه قرار گرفته است نیر یا نیروهای عمود بر محور طولی تیر بر آن اعمال شود باعث انحراف این محور از راستای اولیه می گردد که به این مقدار انحراف خمش یا خیز گفته می شود.
چنانچه مقدار نیروهای وارده در حد مجاز و یا در محدوده ی ضریب الاستیته باشد پس از برداشتن نیروها محور تیر بر محور اولیه اش باز می گردد و اگر مقدار این نیروها بیش از حد مجاز باشد (فراتر از حد الاستیته) باعث تغییر شکل پلاستیک یا دائمی شکل می گردد.
آنچه را که ما در این آزمایش انجام خواهیم داد بارگذاریی تیر در محدوده ضریب الاستیه خواهد بود تا بتوان با اندازه گیری مقدار خیز به عدد ضریب الاستیته عملی رسید و آن را با مقدار تئوری این عدد مقایسه نموده و مقدار خمش یا خیز در یک تیر به عوامل مختلفی مانند: 1. طول تیر 2. جنس تیر 3. تعداد و نوع تکیه گاه و فاصله ی آنها از یک دیگر 4. تعداد، جهت و مقدار نیرو یا نیروهای وارده و فاصله ی آن تا تکیه گاه 5. فرم سطح مقطع تیر 6. ... بستگی دارد.
تست های خمش: (خمیدگی)
تست های خمشی روی میله های صافی (غیر ناچ دار) از ماده، به طور رایج مانند روش های تست استاندارد ASTM برای ماده فلزی تخت، بتن، سنگ طبیعی، چوب، پلاستیک، شیشه و سرامیک استفاده می شوند. به علاوه ، استاندارد دولتی ایالات متحده MIL – STD – 1942A حاوی یک روند تست خمش است که به طور گسترده ای برای سرامیک های مهندسی به کار گرفته می شود. تست های خمش که تست های خمیدگی نیز نامیده می شوند، مخصوصا برای ارزیابی استحکام های کششی مواد ترد، موادی که انجام تست کششی تک محوری ساده برای آنها به خاطر ترک برداشتن گیره شانمشکل می باشد، لازم است. (اغلب روش محکم گرفتن یک تکه شیشه در گیره های فک مانند، برای تست قطعات مسطح فلزات استفاده می شود.)
نمونه ها اغلب دارای سطح مقطع مستطیلی هستند و می توانند به صورت خمش سه نقطه ای بارگذاری شوند.
در خمش توجه کنید که تنش در سراسر عمق تیر به این صورت تغییر می کند که ابتدا تسلیم در یک لایه سطحی نازک رخ می دهد. این امر منجر به این می شود که، بار در مقابل خم شدن )خیز) زیاد به شروع تسلیم حساس نباشد. همچنین، اگر منحنی تنش – کرنش خطی نباشد، مانند پس از تسلیم، تحلیل ساده خمش الاستیک معتبر نیست. از این رو، تست های خمشی برای مواد تردئ که دارای منحنی تنش – کرنش تقریبا خطی تا نقطه شکستند، معنی دارتر می باشند.
معمولا مدول الاستیک حاصل از خمش نسبتا به مقادیر حاصل از تست های کشش یا فشار همان ماده نزیک است. اما به چند دلیل ممکن است اختلافاتی نیز مشاهده شود: 1) تغییر شکل موضعی الاستیک و پلاستیک در تکیه گاه هاو یا نقاط اعمال بار ممکن است در مقایسه با خیز تیر کوچک نباشد. 2) در تیرهای نسبتا کوچک، ممکن است تغییر شکل های زیاد بواسطه تنش برشی رخ دهند که در تئوری ایده آل تیر استفاده شده، در نظر گرفته نشده است. 3) ممکن است مدول الاستیک متفاوتی در کشش و فشار داشته باشند، به گونه ای که یک مقدار حد وسط از تست خمش حاصل می شود.
عدد ساعت(1)
عدد ساعت(2)
I=〖TH〗^3/12
E_AB=(F×B×X)/(6Y_AB×I×L) (x^2+b^2-l^2)
مراحل انجام آزمایش :
1- ابتدا تسمه فولادی را بر روی تیکه گاه های دستگاه قرار می دهیم.
2-میله ای که وزنه ها بر روی آن قرار می گیرد را به روی تسمه فولادی (نمونه آزمایش)قرار می دهیم و آن را با فاصله های مورد نظر از تکیه گاهها از روی خط کش دستگاه تنظیم می کنیم.
3-حالا شروع به بارگذاری می کنیم و پس از هربار بارگذاری اعداد را از روی هر دو ساعت می بینیم و ثبت می کنیم.
4- در پایان ما می توانیم با اطلاعات به دست آمده و با استفاده از فرمولهای مربوطه ضریب ارتجاعی (E) میله مورد آزمایش را به دست آوردیم. خطا مجاز 010/0 تا 01/0
YBC YAB FN
0.09 0.06 mm 4 N
0.19 0.013 mm 8 N
0.27 0.215 mm 12 N
x1=100 x2=400 L=600
a=250
b=350
h h=5 YAB= 0/34
t = 30 YBC = 0/56
YBC YAB FN
0.360 0.225mm 5 N
0.740 0.460mm 10 N
1.015 0.690mm 15 N
آزمایش 5 ضربه - ضربه به روش شارپی:
تعریف ضربه: ضربه عبارت است از برخورد یک قطعه دارای انرژی جنبشی به میزان EJ در یک لحظه ی آنی به قطعه یا ماده ی مورد نظر ما که در صورت کفایت مقدار انرژی می تواند باعث تغییر شکل و شکستن ماده مورد نظر گردد.
تعریف 2: مقومت به ضربه: مقدار یا میزان مقاومتی که یک قطعه در برابر شکست بر اثر ضربه از خود نشان می دهد را مقاومت به ضربه ی آن ماده می گوییم. که بر حسب واحد سنجیده می شود.
تست های ناچ (ضربه): تست های ضربه به ناچ اطلاعاتی روی مقاومت ماده نسبت به شکست ناگهانی، در حضور یک افزاینده تیز تنش یا ترک فراهم می کنند. علاوه بر فراهم کردن اطلاعاتی که از هیچ تست مکانیکی ساده دیگری حاصل نمی شود، این تست ها سریع و ارزانند و اغلب برای اهداف مهندسی بکار می روند.
انواع تست:
تست های ضربه ای استاندارد متنوعی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. که در آنها تیرهای ناچ دار بوسیله ی یک پاندول نوسانی با یک جرم افتادنی می شکنند. متداولترین تست ها از این نوع، تست های چارپی و ایزود می باشند.
انرژی لازم برای شکست نمونه از یک فرو رونده تعیین می شود که مقدار بالا رفتن پاندول پس از ضربه را اندازه گیری می کند. مقاومت ضربه ای پلیمرها اغلب با استفاده از تست ایزود ارزیابی می شوند.
در تست های ضربه، انرژی حاصله بستگی داره به جزییات اندازه و هندسه نمونه از جمله شعاع نوک ناچ دارد. پیکره های تکیه گاهی و بارگذاری بکار رفته، از جمله سرعت و و جرم پاندول یا جرم تیر مهم هستند.
انرژی صرف شکست بدون در نظر گرفتن اصطکاک و غیره
E=25j انرژی صرف شکست = 25/80=0.31 j⁄〖mm〗^2
E_1- E_3=5jپ
آزمایش شارپی : ابتدا قطعه را به صورت افقی به طوری که شیار داخل قطعه با لبة برخورد چکش با قطعه موازی باشد.
عقربه را در حالت صفر قرار داده ،پاندول را رها کرده بعد از برخورد قطعه شکسته و عقربه به سمت بالا می رود و بازو درجه در حالت بدون اصطکاک پاندول را بالا برده بدون اینکه قطعه وجود داشته باشد آن را رها می کنیم.