Thử nghiệm độ bền kéo

Thử nghiệm độ bền kéo thử nghiệm các vật liệu như thép về độ bền kéo cuối cùng của chúng. Các mẫu vật thử nghiệm độ bền kéo được tiêu chuẩn hóa cho phép rút ra kết luận về tính chất và hành vi kéo của các vật liệu tương ứng.

Các thử nghiệm độ bền kéo được tiêu chuẩn hóa, các phương pháp thử nghiệm bán tĩnh trong đó các thông số vật liệu nhất định được đo. Chúng là những phương pháp thử nghiệm phá hủy, bởi vì các mẫu vật được thử nghiệm thường được nạp vượt quá ứng suất chảy. Thử nghiệm vật liệu được thực hiện bằng máy thử nghiệm độ bền kéo và máy thử nghiệm đa năng. Các thiết bị hiển thị các chuyển vị một chiều trong đường cong ứng suất-biến dạng và đường cong chuyển vị-lực. Các thông số được xác định cung cấp thông tin về các tính chất và hành vi kéo của vật liệu thử nghiệm. Máy thử nghiệm nào được sử dụng phụ thuộc vào các yêu cầu tương ứng. Máy có phạm vi từ hệ thống mặt bàn (3 kN) đến hệ thống 50 kN được trang bị trục chính kép đến máy thử độ bền kéo có công suất tải cao từ 300 kN đến 2000 kN.

Các tiêu chuẩn áp dụng cho máy thử độ bền kéo là tiêu chuẩn chung DIN 51222, DIN EN ISO 6892-1 và DIN EN ISO 7500-1 đối với vật liệu kim loại và ISO 5893 đối với nhựa và cao su. DIN 50125 chỉ định những yêu cầu nào áp dụng cho các vật liệu của mẫu vật thử nghiệm độ bền kéo. Về biến dạng hỏng hóc, đối với một số vật liệu, chiều dài đo được sử dụng, còn đối với các vật liệu khác, hệ số tỷ lệ được sử dụng. Mục đích của quy trình thử nghiệm là tìm hiểu, ví dụ, vật liệu có thể chịu tải trọng bao nhiêu mà không bị biến dạng dẻo và vật liệu bị phá hủy với mức lực nào. Hơn nữa, người ta cũng xác định các đặc tính và hành vi biến dạng của bọt cứng, bọt đàn hồi mềm, cao su và vật liệu tổng hợp gia cố sợi.

Mặt cắt ngang của mẫu vật được sử dụng phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu được chọn. Nếu thép có khối lượng lớn, một mẫu vật có tiết diện tròn được tạo ra từ vật liệu rắn. Đối với thử nghiệm vật liệu của kim loại tấm, cần có mẫu vật thử độ bền kéo phẳng (mặt cắt ngang hình chữ nhật hoặc hình vuông). Quy trình thử nghiệm này tốt nhất là được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí vì nó cũng cho phép kết luận về các loại tải khác.

Thử nghiệm độ bền kéo có thể được thực hiện với cảm ứng (máy đo độ giãn dài kẹp) và hệ thống đo không tiếp xúc. Với máy đo độ giãn dài kẹp, ít nhất hai lưỡi dao được áp dụng cho mẫu vật. Chúng đo độ giãn dài của hiện vật kẹp giữa chúng. Ngày nay, việc đo không tiếp xúc được thực hiện bằng máy đo độ giãn dài quang học, kỹ thuật số. Cảm biến được đặt trong thiết bị đo sẽ ghi lại độ giãn dài. Các thiết bị đo như vậy có ưu điểm là chúng cũng có thể bắt giữ chính xác các chủng rất nhanh. Một số mô hình cũng phù hợp để đo vật liệu rất nóng. Các máy đo độ giãn dài này cũng có thể được sử dụng cho các thử nghiệm độ bền kéo phá hủy vì chúng có đủ khoảng cách đến hiện vật.

Thử nghiệm độ bền kéo truyền thống còn được gọi là thử nghiệm phá vỡ: Mẫu vật chuẩn hóa được kẹp vào máy thử nghiệm và, khi tải trọng kéo tăng lên, kéo dài cho đến khi nó vỡ hoặc rách. Chỉ sử dụng các hiện vật có tiết diện nhỏ. Biến dạng của mẫu vật được thực hiện không gây sốc và ở vận tốc thấp. Trong quá trình thử nghiệm, lực ảnh hưởng đến hiện vật và độ giãn dài trong phạm vi đo được đo. Máy thử nghiệm tĩnh tạo ra và hiển thị một đường cong lực-chuyển vị trên màn hình máy tính.

Máy thử nghiệm độ bền kéo có một thanh ngang cố định và di động, được điều khiển bởi một hoặc hai trục chính. Bộ điều khiển động cơ hoạt động bằng thủy lực hoặc điện. Trước khi thử nghiệm độ bền kéo, vận tốc của thanh ngang được xác định và mẫu vật được kẹp giữa các thanh ngang bằng giá đỡ. Sau đó, thanh ngang được di chuyển với vận tốc không đổi theo một hướng cho đến khi vật liệu bị rách. Thiết bị thử nghiệm ghi lại sự biến dạng của mẫu vật cũng như lực cần thiết bằng cách sử dụng thanh ngang hoặc máy đo độ giãn dài. Sau đó, ứng suất kéo và biến dạng được tính bằng cách liên hệ các giá trị đọc với kích thước của mẫu vật thử độ bền kéo. Ứng suất kéo được xác định từ mặt cắt ngang trước khi thử nghiệm. Biến dạng hỏng hóc được tính bằng chuyển vị thanh ngang.

Trong các thử nghiệm độ bền kéo khác, các bộ phận hoặc mẫu vật phải chịu lực kéo cho đến khi đạt được tải trọng thử nghiệm cần thiết. Đây là một thử nghiệm độ bền kéo không phá hủy. Các thử nghiệm vật liệu như vậy được thực hiện để đảm bảo rằng bộ phận chịu tải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Bởi vì các bước gia công tiếp theo làm thay đổi tính chất vật liệu, vật liệu phải được thử nghiệm lại sau.

Dựa trên đường cong biến dạng-ứng suất được tạo ra sau thử nghiệm độ bền kéo, các thông số sau được xác định:

• Độ bền kéo cuối cùng
• Môđun Young
• Ứng suất chảy (dưới, trên)
• Điểm chảy
• Biến dạng hỏng hóc
• Biến dạng đều
• Độ co thắt
  

Người ta phân biệt giữa ứng suất chảy trên và ứng suất chảy dưới. Ứng suất chảy trên mô tả thời điểm khi mẫu vật bị biến dạng dẻo lần đầu tiên. Các sợi vật liệu bị rách. Điều này dẫn đến giảm ứng suất và mẫu vật bị kéo dài vĩnh viễn. Ứng suất chảy dưới mô tả thời điểm sau biến dạng đầu tiên, khi độ giảm ứng suất kéo ở mức cao nhất. Khi đó, ứng suất kéo tăng liên tục trở lại. Đối với các mẫu vật có ứng suất chảy riêng biệt, ứng suất được giảm trước khi xảy ra hỏng hóc: Biến dạng tiếp tục tăng lên khi vật liệu bắt đầu chảy. Đối với các vật liệu không có ứng suất chảy riêng biệt, chẳng hạn như thép tạo hình nguội và thép cuộn cán nguội, hỏng hóc xảy ra trong phạm vi độ bền kéo cuối cùng. Các vật liệu như thép kết cấu không hợp kim (St 37) có ứng suất chảy riêng biệt.

Thử nghiệm độ bền kéo được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Ngày nay phương pháp này thường được hỗ trợ bởi các thiết bị đo quang học, không tiếp xúc và có máy ảnh. Các thiết bị đo này cung cấp kết quả đo chính xác hơn và cũng phù hợp cho các thử nghiệm trong đó mẫu vật bị phá hủy.