مقدمه
هدف آزمایشگاه خواص مکانیکی آشنائی دانشجویان با انواع مهم و پرکاربرد تستهای مکانیکی مورد استفاده در صنعت و کارهای پژوهشی می‌باشد. شاید مهمترین آزمایش در این میان برای دانشجویان گروه مهندسی مواد, آزمایش کشش ساده باشد که تغییر شکل الاستیک و پلاستیک را در شرایط ساده تک محوری بررسی می‌نماید و اطلاعات بسیار مهمی را در اختیار پژوهشگر قرار می‌دهد. به کمک آزمایش ساده کشش علاوه بر به دست آوردن مشخصات الاستیک و پلاستیک ماده همچون تنش تسلیم, استحکام کششی, ازدیاد طول و ... , پدیده نقطه تسلیم, کارسختی, پدیده گلوئی شدن, پیرسختی, نحوه شکست و اثر ترخ کرنش بر خواص کششی فولادها مورد بررسی قرار می‌گیرد.
آزمایش مهم دیگر که از نظر کاربرد در صنعت شاید رتبه اول را دارا باشد سختی‌سنجی است که ساده‌ترین و سریعترین تست جهت رسیدن به اطلاعات اولیه در خصوص خواص مکانیگی یک ماده است.

آزمایش ضربه مقاومت ماده در مقابل تغییر شکل با سرعت کرنش بالا را بررسی می‌کند و به عبارتی مقاومت به ضربه که معیاری مقایسه‌ای برای چقرمگی شکست ماده می‌باشد را اندازه‌گیری می‌نماید. در آزمایش خستگی با یکی از روشهای ساده تست خستگی آشنا شده و منحنی S-N برای یک نمونه فولادی به روش تست دورانی خمشی به دست می‌آید. آزمایش خزش تغییر شکل در اثر گذشت زمان را بررسی کرده و منحنی e-t با توجه به دمای نسبتاً پایین فعال شدن مکانیزمهای خزش برای سرب رسم می‌شود.

گزارش تمام آزمایشات باید شامل موارد زیر بوده و حداکثر دو هفته بعد از آزمایش تحویل گردد.
1- تئوری آزمایش به صورت مختصر شامل نكات مهم
2- شرح وسائل و تجهیزات مورد استفاده در آزمایش
3- شرح روش انجام آزمایش
4- اطلاعات و نتایج به دست آمده از هر آزمایش مطابق خواسته‌های آن آزمایش
5- خطاهای آزمایش

آزمایش اول - كشش ساده
هدف: بررسی خواص كششی فلزات و آلیاژهای مختلف در آزمایش كشش ساده تك محوری و به دست آوردن منحنی تنش-كرنش.
وسایل كار : دستگاه كشش یونیورسال ، نمونه‌های استاندارد آزمایش كشش ( مطابق استانداردASTM-E8M از جنس فولاد ساختمانی37 ST، مس ،آلومینیم, برنج زرد، كولیس و فیكسچرچوبی.
روش كار :
در بخش كاهش سطح مقطع یافته نمونه های آزمایش ، دو اثر به فاصله مشخص به عنوان طول سنج (gage length) علامت بزنید. قطر میانگین این بخش از نمونه‌ها را با كولیس به دقت اندازه‌گیری كنید.
به كمك مسئول دستگاه، نمونه آزمایش را در فكها قرار داده و آن را محكم كنید.
آزمایش كشش را شروع كنید.
آزمایش را تا شكست نهایی ادامه داده و منحنی نیرو ـ ازدیاد طول را به طور كامل به دست آورید.
پس از شكست نمونه، دو قسمت شكسته شده را درون فیكسچر چوبی قرار داده و آنها را به یکدیگر بچسانید.
طول نهایی سنجه، قطر میانگین بخش تغییر شكل یافته و قطر دهانه گلویی را به دقت اندازه گیری كنید.
خواسته‌های آزمایش كشش:
1. ابعاد اولیه نمونه‌ها را در جدولی قرار دهید.
2. منحنی تنش كرنش مهندسی را برای نمونه‌های آزمایش شده رسم نمایید.
3. منحنی تنش كرنش حقیقی را برای دو نمونه (یك نمونه فولادی و یك نمونه انتخابی دیگر) محاسبه و رسم نمایید.
4. برای تمام نمونه‌ها تنش تسلیم، استحكام كششی، استحكام شكست (مهندسی و حقیقی) را به دست آورید.
5. برای تمام نمونه‌ها درصد ازدیاد طول، كرنش حقیقی كل، درصد كاهش سطح مقطع را به دست آورید.
6. با فرض s=ken و با استفاده از اطلاعات آزمایش، ضرائب k و n را برای دو نمونه (نمونه‌های استفاده شده در مورد 3) به دست آورید.
7. چقرمگی نمونه‌ها (مقدار کار انجام شده تا شکست) را محاسبه كرده با یكدیگر مقایسه كنید.
8. مدول الاستیسیته و برجهندگی نمونه‌ها را به دست آورده با یكدیگر مقایسه كنید.
9. موارد 4، 5، 6، 7 و 8 را در یك جدول گزارش نمایید.
10. به طور کلی در خصوص اختلاف خواص کششی فلزات آزمایشات شده و احیاناً اختلاف منحنی‌های به دست آمده با منحنی‌های گزارش شده در منابع اظهار نظر کنید.

آزمایش دوم - پدیده پیركرنش (Strain Aging)
هدف: بررسی پدیده نقطه تسلیم در فولاد ساختمانی كم كربن، حذف آن با انجام تغییر شكل مومسان و پدید آمدن دوباره آن پس از تابكاری و افزایش استحكام مربوطه.
وسایل كار: دستگاه كشش یونیورسال، نمونه‌های استاندارد كششی ( مطابق استانداردASTM E-8M ) از جنس فولاد ساختمانی كم كربن ST37، کولیس و كوره تابكاری.
روش كار:

یک نمونه فولادی را مشابه آنچه در آزمایش كشش ذكر شد، تا شكست نهائی مورد آزمایش قرار دهید. منحنی كامل نیرو ـ ازدیاد طول این نمونه را به عنوان شاهد حفظ كنید. (در آزمایش جلسه اول انجام شده است.)
یک نمونه فولادی را در میان فكهای دستگاه قرارداده و آزمایش كشش را شروع كنید. پس از پدیدار شدن پدیده نقطه تسلیم و تغییر شكل موسان كوچك، در نقطه تغییر شكل مومسان نیرو را حذف كنید. بلافاصله پس از حذف نیرو، دوباره نیروی كششی را اعمال كنید. به گونه ای كه منحنی نیروـ ازدیاد طول بقیه مسیر خود را طی كند. پس از بارگذاری دوباره و ایجاد تغییر شكل مختصر، بار دیگر نیرو را حذف كنید. با انتخاب دما و زمان تابكاری مناسب، نمونه فولادی مورد آزمایش را در كوره تابكاری كنید. دما و زمان تابكاری را به گونه ای انتخاب كنید كه افزایش استحكام تسلیم لحظه‌ای در منحنی پس از بارگذاری دوباره قابل مشاهده باشد. نمونه تابكاری شده را دوباره تحت كشش قرار دهید به طوری كه منحنی نیروـ ازدیاد طول آن در ادامه منحنی ناقص قبل از تابكاری قرار بگیرد. آزمایش را تا شكست نهایی ادامه دهید.
یک نمونه فولادی دیگر را به روش مشابه ( بند 2 ) مورد آزمایش قراردهید، با این تفاوت كه دمای تا بكاری بیشتر یا کمتر از دمای تابكاری مناسب انتخاب شده باشد. آزمایش را تا شكست نهایی ادامه دهید.
خواسته‌های آزمایش پیرکرنشی:
1. منحنی تنش- کرنش مهندسی را برای نمونه‌های آزمایش شده رسم کنید.

2. مشخصات به دست آمده در آزمایشها را با هم مقایسه کنید. (تنش تسلیم بالائی و پائینی، کرنش منطقه تسلیم، مدول‌الاستیسیته، استحکام نهائی و ...)

3. در خصوص مشاهدات خود و نتایج آزمایش بحث کنید.



آزمایش سوم - فشار ساده
هدف : بررسی خواص فلزات و آلیاژ های مختلف در فشار ساده تك محوری و به دست آوردن منحنی تنش- كرنش آنها.
وسایل كار: دستگاه آزمایش کشش یونیورسال، كولیس، نمونه‌های استوانه‌ای آزمایش فشار از جنس فولاد ساختمانی ST37، مس آلومینیم، برنج زرد و چدن خاكستری و گریس.
روش كار:
قطر و ارتفاع میانگین نمونه‌ها را با كولیس به دقت اندازه‌گیری كنید.
سطوح نمونه آزمایش ( در تماس با سطوح صفحات فك دستگاه ) را با گریس آغشته كنید.
نمونه آزمایش را در بین فكهای دستگاه و در مركز آن قرار داده و آزمایش فشار را شروع كنید.
آزمایش را تا پیدایش قابل وضوع بشكه‌ای شدن نمونه ادامه داد و منحنی نیروكاهش ارتفاع را برای آن كامل كنید.
ارتفاع نهائی، بیشترین قطر در محل بشكه‌ای شدن و قطر در محل سطوح بالایی و پائینی نمونه را به دقت اندازه‌گیری كنید.
سایر نمونه‌های آزمایش را به روش مشابه مورد آزمایش قرار دهید.
یكی از نمونه‌های نرم را با احتیاط بسیار زیاد به كمك مسئول دستگاه تنها تا هنگام ایجاد تركهای قابل مشاهده در محل بشكه‌ای شدن آن، تحت فشار قرار دهید.

خواسته‌های آزمایش فشار ساده:
1. ابعاد اولیه و نهائی نمونه‌ها را در جدولی قرار دهید.

2. با استفاده از منحنی‌های نیرو – کاهش ارتفاع، منحنی‌های تنش – کرنش را برای همه نمونه‌ها رسم کنید.

3. استحکام فشاری، تنش تسلیم (2/0 % )، کرنش مهندسی و حقیقی کل و درصد بشکه‌ای شدن را برای همه نمونه‌ها به دست آورده و با هم مقایسه کنید.

4. خواص فشاری نمونه‌های مختلف را با هم و با توجه به خواص کششی آنها مقایسه کنید.

5. با توجه به خواص کششی مواد مشابه تست شده در جلسات قبل خواص کششی و فشاری فلزات را با یکدیگر مقایسه کنید.


آزمایش چهارم - خمش
هدف :‌ بررسی مقاومت فولاد در برابر اعمال بار خمشی.
خواسته‌های آزمایش خمش
1- رسم نمودار تنش – کرنش مهندسی برای دو نمونه آزمایش شده.
2- بررسی رفتار خمشی فولادهاء مقایسه فولاد ساختمانی St14(فولاد آزمایش شده در آزمایشگاه) با فولاد زنگ‌نزن 3—3- منحنی دوم ارائه شده در برگه.


آزمایش پنجم - ضربه
هدف:‌ بررسی مقاومت فولاد در برابر ضربه ، تاثیر دما بر استحكام ضربه و تعیین دمای انتقال شكست نرمی به تردی.
وسایل كار: دستگاه آزمایش ضربه ، نمونه های استاندارد آزمایش ضربه شارپی (با مقطع 10*10 میلیمتر و طول 55 میلیمتر با شیار V شكل 45 درجه تا عمق 2 میلیمتری مقطع) ، كپسول محتوی گاز CO2 ، اجاق گاز ، دما سنج ، انبر نمونه‌گیر ، ظروف و وسایل مورد نیاز ، الكل صنعتی (یا استون)
روش كار :
برای این آزمایش چهار دمای متفاوت ( 0°C , -70°C , 100°C و دمای محیط ) در نظر گرفته شده است.
دو نمونه اول را در دمای محیط ( 25°C ~ ) مورد آزمایش قرار دهید. قبل از انجام آزمایش با دماسنج دمای محیط را اندازه گیری و ثبت كنید. نمونه آزمایش را به دقت در محل خود در دستگاه قرارداده و عقربه دستگاه را روی صفر تنظیم كنید. با رعایت تمام مسایل ایمنی، قفل پاندول دستگاه را آزاد كرده و آزمایش را انجام دهید. دقت در انجام این آزمایش ضروری است . بهتر است قرارگرفتن نمونه در محل مخصوص خود و رها سازی پاندول توسط تكنسین آزمایشگاه انجام گیرد. در هر بار انجام آزمایش از روی صفحه مندرج دستگاه ( درجه بندی مربوط به آزمایش ضربه شارپی 9، انرژی جذب شده توسط نمونه حین اعمال ضربه به آن را برجسب ژول خوانده و ثبت كنید
دو نمونه را درون ظرف محتوی آب جوش در دمای حدود 100°C قرار داده و چند دقیقه صبر كنید تا به دمای آب جوش برسد. با دماسنج دما را کنترل كنید. پس از اطمینان از رسیدن نمونه‌ها به دمای مورد نظر، هر دو این نمونه ‌ها را مشابه قبل مورد ازمایش قرارداده و نتایج را ثبت كنید.
به كمك تكنسین آزمایشگاه با استفاده از كپسول گاز CO2 مقدار كافی یخ خشك تهیه كنید. با ریختن مقداری از آن درون ظزفی محتوی الكل صنعتی ( یا استون )، دما را پائین آورید. دما را در حدود 0°C حفظ كرده و آن را با دما سنج كنترل كنید. دو نمونه را در آن قرارداده و چند دقیقه صبر كنید. پس از اطمینان از رسیدن نمونه ‌ها به دمای 0°C ، آنها را مشابه قبل مورد آزمایش قرارداده و نتایج را ثبت كنید.
با اضافه كردن مقدار بیشتری یخ خشك، دما را به زیر صفر ببرید. آنقدر یخ خشك اضافه كنید كه محلول درون ظرف به دما تقریبی -70°C برسد . دو نمونه دیگر را درون ظرف قرار داده و نتایج را یاداشت كنید.
خواسته‌های آزمایش ضربه:
1. ثبت نتایج آزمایش در جدول (نتایج آزمایشهای گروه دیگر را برای افزایش تعداد نقاط آزمایش استفاده کنید.)

2. بحث در خصوص سطوح شکست نمونه‌های مختلف

3. رسم نمودار انرژی شکست بر حسب دما

4. رسم نمودار درصد شکست ترد بر حسب دما

5. رسم نمودار درصد انقباض (تغییر فرم پلاستیک) بر حسب دما

6. تعیین درجه حرارت تبدیل نرمی به تردی DBTT، شروع تردی(انتقال از شکست نرم) FTP، نرمی صفر NDT و انتقال شکل ظاهری سطح شکست FATT

آزمایش ششم - خستگی فلزات
هدف: بررسی خستگی فولاد ساختمانی كم كربن تحت تنش متناوب در آزمایش خستگی خمش دورانی (Rotating Bending) و رسم منحنی S –N آن .
وسایل كار : دستگاه خستگی خمش دورانی، نمونه های استاندارد دستگاه از جنس فولاد ساختمانی ST37، كولیس.
روش كار :
با استفاده از استحكام كششی فولاد ساختمانی ST37، اولین تنش متناوب اعمالی را 0.9 TS در نظر بگیرید.
قطر میانگین نمونه ها در محل مورد نظر را با كولیس به دقت اندازه بگیرید.
پس از قراردادن قسمت مخروطی نمونه در فك دستگاه، با كولیس فاصله دقیق محل تكیه گاه تا محل اعمال نیرو را اندازه‌گیری كنید. ( این نیرو ایجاد گشتاور خمشی در نقطه خاصی از نمونه آزمایش می كند كه به كمك روابط موجود تنش در مقطع فوق قابل محاسبه است ) به قسمت آزاد نمونه این نیرو را اعمال كنید.
پس از صفر كردن كنتور شماره اندازه دستگاه را روشن كنید. برای چك كردن كنتور زمان شروع آزمایش را ثبت نمایید ( تعداد دور دستگاه و دور دقیقه تقریباً 2800 است )
پس از شكست نمونه زمان را ثبت كرده و عدد مندرج در صفحه كنتور را یاداشت كنید. برای این نمونه یك تنش متناوب S اعمالی به همراه تعداد دورها تا شكست نهائی( Nf )گزارش كنید.
نمونه های بعدی را به ترتیب در تنشهای 7/0 ، 6/0 و 50/0 برابر استحكام كششی مورد آزمایش قرار دهید.
در صورتی كه نمونه‌ای تحت تنش اعمالی پس از حدود 610*2 دور شكسته نشده دستگاه را خاموش كرده و نمونه را خارج كنید. برای این نمونه یك تنش اعمالی به همراه تعدادی دورهای 610 *2 > گزارش كنید. در این صورت تنش اعمالی فوق یا دقیقاً حد خستگی است و یا كمتر از آن است. برای نمونه بعدی، تنش را قدری بیشتر از این نمونه در نظر بگیرید.
آزمایش را برای تمامی نمونه ها‌ی آزمایش در نظر گرفته شده انجام دهید تا به این ترتیب تعداد نقاط كافی برای منحنی S- N به دست آید.
خواسته‌های آزمایش خستگی
1. تنش را برای تمام آزمایشها محاسبه کرده و نتایج به دست آمده را در جدولی قرار دهید. (نتایج آزمایشهای گروه دیگر را برای افزایش تعداد نقاط آزمایش استفاده کنید.)

2. منحنی S-N را برای فولاد ساختمانی St37 مورد آزمایش رسم نمایید.

3. منحنی مشابه برای فولاد مزبور از كتب و مراجع مربوطه بیابید و با منحنی به دست آمده مقایسه كنید.

4. حد خستگی فولاد مزبور را در حدود 106 ´ 2 دور به دست آورید.

5. حد خستگی فولاد مزبور را از كتب و مراجع مربوطه بیابید و با مقدار به دست آمده مقایسه كنید.

6. سطح مقطع شكست خستگی نمونه‌ها در دامنه تنش كم و زیاد را بررسی و با هم مقایسه كنید.


آزمایش هفتم - سختی سنجی
هدف : بررسی روشهای مختلف سختی سنجی فلزات و انتخاب روش مناسب تعیین سختی برای فلزات و آلیاژ های مختلف آزمایش
وسایل كار : دستگاه سختی سنجی و یكروز و راكول، نمونه‌های آزمایش سختی سنجی و یكروز از جنس فولاد ساختمانی، مس، آلومینیم و برنج زرد به شكل تسمه های بریده شده.
روش كار :
ابتدا با سنباده سطح قطعات آزمایش را صاف كنید.
سختی نمونه‌های مختلف را به روش ویكروز با انتخاب نیروی مناسب اندازه گیری كنید. برای این كار از جدول مربوط به دستگاه یا معادله مربوط به روش سختی سنجی ویكروز استفاده كنید. هر عدد سختی كه گزارش می‌كنید میانگین 3 تا 4 عدد سختی باشد.
با انتخاب فرو رونده و نیروی مورد نیاز برای روش سختی سنجی راكول B، سختی نمونه ها را اندازه‌گیری کنید.
خواسته‌های آزمایش سختی‌سنجی:
1. اعداد سختی را برای تمام نمونه‌های آزمایش شده در جدولی قرار دهید.
2. با استفاده از جداول و یا روابط تجربی موجود، اعداد سختی ویكرز را به برینل تبدیل نمایید. سپس اعداد سختی برینل را به سختی راكولB تبدیل و نتیجه را با نتایج به دست آمده از سختی‌سنجی با روش راكولB مقایسه كنید.
3. اعداد سختی سنجی راكولC را به ویكرز تبدیل نموده با نتایج به دست آمده در آزمایشگاه مقایسه كنید.
4. با استفاده از جداول و روابط مناسب، استحكام كششی نمونه‌ها را حدس بزنید.
5. نتایج سختی‌سنجی روی یك سطح مدور را طبق روابط موجود به سختی معادل برای سطح تخت تبدیل نموده با اعداد به دست آمده در آزمایشگاه مقایسه نمایید.

آزمایش هشتم - خزش
هدف : بررسی پدیده خزش در فلز سرب در دمای محیط تحت نیروی ثابت
وسایل كار : دستگاه خزش در دمای محیط ، كولیس ، نمونه‌های استاندارد دستگاه خزش از جنس سرب ، تعدادی وزنه ، كرونومتر، دماسنج
روش كار :
ابعاد نمونه آزمایش را به دقت با كولیس اندازه گیری كنید.
نمونه را در فكهای دستگاه قرار داده و آن را محكم كنید.
با در نظر گرفتن تنش تسلیم تقریبی فلز سرب در دمای محیط ، نیروی ثابت مورد نیاز را انتخاب كنید. عقربه دستگاه را بر روی صفر تنظیم كنید. نیرو را اعمال كرده و همزمان با آن زمان كرونومتر را در عدد صفر تنظیم كنید.
در فواصل زمانی كوتاه ، عدد مربوط با ازدیاد طول نمونه را از سوی صفحه مدرج نشاندهنده بخوانید. این عدد را به همراه زمان مربوط ثبت كنید.
آزمایش را تا شكست نهائی ادامه دهید.
خواسته‌های آزمایش خزش:
1. نتایج آزمایش را در جدول قرار دهید.
2. منحنی تغییرات كرنش مهندسی را بر حسب زمان رسم كنید.
3. بخشهای مختلف این منحنی را مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار دهید.
4. منحنی به دست آمده از آزمایش را با منحنی استاندارد خزش در دما و تنش ثابت مقایسه كنید. 

نوع مطلب : مهندسی مواد - متالورژی
نوشته شده در جمعه ۲۸ آبان ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |