مقدمه
خواص مکانیکی مواد نشان می دهد که یک ماده در برابر نیرو، تنش، ضربه و تغییر شکل چگونه رفتار می کند. بنابراین در صنایع پلیمر، لاستیک، فلزات و قطعات خودرویی، اندازه گیری دقیق این خواص اهمیت بسیار بالایی دارد.
به عبارت دیگر، بدون انجام آزمون های مکانیکی استاندارد، پیش بینی عملکرد واقعی قطعه در شرایط کاری امکان پذیر نخواهد بود. از این رو انتخاب روش آزمون مناسب، نقش تعیین کننده ای در جلوگیری از شکست محصول ایفا می کند.
علاوه بر این، نتایج آزمون های مکانیکی مبنای تصمیم گیری مهندسی، کنترل کیفیت و تاییدیه مشتریان صنعتی است. در نتیجه هر چه آزمون دقیق تر و استانداردتر انجام شود، ریسک تولید قطعه معیوب کاهش می یابد.
آزمون کشش | کامل ترین روش ارزیابی رفتار ماده
آزمون کشش یکی از رایج ترین و بنیادی ترین روش های اندازه گیری خواص مکانیکی مواد است. در این آزمون، نمونه تحت نیروی کششی کنترل شده قرار می گیرد تا رفتار آن تا نقطه شکست بررسی شود.
در واقع این آزمون اطلاعات بسیار کاملی از جمله استحکام کششی، مدول الاستیسیته و درصد ازدیاد طول ارائه می دهد.
استانداردهای رایج
ASTM D638
ISO 527
ASTM E8
مزایا آزمون کشش
ارائه منحنی تنش کرنش کامل
امکان تحلیل رفتار الاستیک و پلاستیک
مناسب برای طیف گسترده ای از مواد
معایب آزمون کشش
نیاز به آماده سازی دقیق نمونه
حساسیت بالا به سرعت بارگذاری
زمان بر بودن نسبت به برخی آزمون های ساده تر
با این حال، به دلیل جامع بودن اطلاعات، آزمون کشش همچنان مرجع اصلی ارزیابی مکانیکی در بسیاری از صنایع محسوب می شود.
آزمون فشار | مناسب برای مواد باربر و الاستومرها
آزمون فشار برای بررسی رفتار مواد در برابر نیروهای فشاری انجام می شود. به همین دلیل این آزمون در قطعات لاستیکی، فوم ها و اجزای باربر کاربرد گسترده ای دارد.
در مقابل آزمون کشش، در این روش نمونه تحت نیروی فشاری قرار می گیرد و تغییر شکل آن اندازه گیری می شود.
مزایا آزمون فشار
مناسب برای مواد شکننده
شبیه سازی شرایط واقعی بسیاری از کاربردها
کاربردی در ارزیابی فوم و الاستومر
معایب آزمون فشار
احتمال کمانش در نمونه های بلند
دشواری در هم راستا سازی دقیق نمونه
بنابراین اجرای صحیح این آزمون نیازمند دقت بالا در آماده سازی و تنظیم دستگاه است.
آزمون خمش | تحلیل رفتار تنش ترکیبی
آزمون خمش که معمولا به روش سه نقطه ای انجام می شود، برای تعیین استحکام خمشی و مدول خمشی کاربرد دارد. در این روش نمونه همزمان تحت تنش کششی و فشاری قرار می گیرد.
از این رو این آزمون می تواند رفتار واقعی بسیاری از قطعات پلیمری و کامپوزیتی را بهتر شبیه سازی کند.
استانداردهای رایج
ASTM D790
ISO 178
مزایا آزمون خمش
ساده و سریع
مناسب برای قطعات سخت و نیمه سخت
نیاز به نمونه سازی پیچیده ندارد
معایب آزمون خمش
توزیع غیر یکنواخت تنش در سطح مقطع
تاثیر فاصله تکیه گاه ها بر نتیجه
در نتیجه برای مقایسه نتایج، رعایت دقیق شرایط استاندارد ضروری است.
آزمون ضربه | ارزیابی چقرمگی و مقاومت در برابر شکست ناگهانی
آزمون ضربه میزان مقاومت ماده در برابر شکست ناگهانی را اندازه گیری می کند. به طور مثال در صنایع خودرویی، این آزمون برای قطعات ایمنی اهمیت بسیار زیادی دارد.
روش های متداول شامل Izod و Charpy است که هر کدام شرایط نمونه سازی خاص خود را دارند.
مزایا آزمون ضربه
تعیین رفتار ترد یا چقرمه
مناسب برای تحلیل شکست ناگهانی
سرعت اجرای بالا
معایب آزمون ضربه
حساسیت بالا به ابعاد و شیار نمونه
تکرارپذیری کمتر نسبت به آزمون کشش
با این وجود، این آزمون یکی از مهم ترین شاخص های ایمنی مواد محسوب می شود.
آزمون سختی | سریع ترین روش کنترل کیفیت
آزمون سختی میزان مقاومت سطح ماده در برابر نفوذ را اندازه گیری می کند. همچنین این آزمون یکی از سریع ترین و کم هزینه ترین روش های کنترل کیفیت در خط تولید است.
روش های رایج شامل Shore برای لاستیک و پلیمر و Rockwell و Brinell برای فلزات است.
مزایا آزمون سختی
سرعت بالا
هزینه پایین
مناسب برای پایش مداوم تولید
معایب آزمون سختی
ارائه اطلاعات محدود به سطح ماده
عدم نمایش رفتار کلی تا نقطه شکست
به همین دلیل آزمون سختی معمولا به عنوان مکمل سایر آزمون های مکانیکی استفاده می شود.
مقایسه کلی روش های آزمون مکانیکی
به طور کلی، هیچ آزمونی به تنهایی نمی تواند تمام رفتار مکانیکی ماده را توصیف کند. در عوض ترکیب چند روش، تصویر کامل تری از عملکرد واقعی ماده ارائه می دهد.
برای مثال آزمون کشش اطلاعات جامع ارائه می دهد، در حالی که آزمون ضربه رفتار شکست ناگهانی را مشخص می کند. علاوه بر این، آزمون سختی برای کنترل سریع کیفیت بسیار کاربردی است.
چگونه بهترین روش آزمون مکانیکی را انتخاب کنیم؟
انتخاب روش مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد. از جمله نوع ماده، شرایط کاری قطعه، الزامات مشتری و سطح ایمنی مورد نیاز.
در نهایت، بهترین رویکرد آن است که آزمون ها بر اساس کاربرد واقعی قطعه انتخاب شوند. در غیر این صورت، نتایج ممکن است تصویر دقیقی از عملکرد محصول ارائه ندهد.
جمع بندی
به طور کلی، اندازه گیری خواص مکانیکی مواد پایه اصلی طراحی مهندسی و کنترل کیفیت صنعتی است. بنابراین انتخاب روش آزمون مناسب تاثیر مستقیم بر دوام، ایمنی و عملکرد محصول دارد.
در نتیجه استفاده از تجهیزات کالیبره، رعایت استانداردهای بین المللی و اجرای آزمون توسط متخصصان آموزش دیده، تضمین کننده نتایج قابل اعتماد خواهد بود.
در نهایت می توان گفت که شناخت مزایا و معایب هر روش آزمون، مسیر تصمیم گیری مهندسی را شفاف تر و حرفه ای تر می کند.
