اختبار الشد
 وليد خليفةساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا المقال
|
اختبار الشد (Tensile Test) هو أحد أهم الاختبارات الميكانيكية التى تجرى على المواد المختلفة ، و يتم إجراؤه للأسباب الآتية:
• تستخدم خواص الشد لاختيار المواد المناسبة للتطبيقات الهندسية
• تستخدم نتائج الاختبار للمفاضلة بين المواد المختلفة أو ظروف التصنيع المختلفة أثناء القيام بتطوير أساليب تصنيع جديدة أو مواد جديدة
• تستخدم خواص الشد أحادى المحور للتنبؤ بسلوك المواد إذا وضعت تحت تأثير أحمال غير أحادية المحور و بالتالى توفر القيام باختبارات أكثر تعقيدا
• خواص الشد من أهم الخواص الدائم إدراجها في المواصفات القياسية للمواد و بالتالى تختبر المواد عند شرائها طبقا لهذه الخواص
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
المعلومات المستقاة من اختبار الشد
تسمى خواص الشد و هى:
• مقاومة المادة: سواء أكانت هى الاجهاد اللازم لإحداث كمية محددة من التشوه اللدن (مقاومة الخضوع ) أو أقصى اجهاد يمكن للمادة تحمله (مقاومة الشد) ، فمقاومة المادة تبعا لهذين المعياريين لها تطبيقات كبيرة في التصميم الهندسى
• مطيلية المادة: و هى مقياس لكمية التشوه التى تتحملها المادة قبل الكسر . نادرا ما تستخدم المطيلية بشكل مباشر في التصميم الهندسى و لكنها تذكر في المواصفات القياسية للمواد لضمان المتانة و الجودة
• خواص المرونة مثل معامل المرونة تقاس أيضا من اختبار الشد
كيفية إجراء اختبار الشد
لتحديد خواص الشد ﻷى مادة لا بد من إجراء اختبار الشد على عدد من العينات (ثلاث عينات مثلا) المأخوذة من المادة المطلوب اختبارها ، و يجرى الاختبار لكل العينات و تستبعد القيم الشاذة و يحسب متوسط القيم المقبولة و الحسابات الإحصائية مثل حسابات الشك و غيرها طبقا لمواصفة الشد المتبعة أثناء الاختبار ، و قد تؤخذ احتياطات أخرى عند القيام بالاختبار أو عند معالجة النتائج تبعا للمواصفة المتبعة ، و فيما يلى سنوضح خطوات الاختبار اﻷساسية الواردة في كل المواصفات المعنية باختبار شد المواد الفلزية و هى مأخوذة بتصرف و اختصار من المواصفة ASTM E8M ، و تُتبع الخطوات الآتية بعد قطع و تشغيل العينة طبقا للأبعاد و الشكل المطلوبين في المواصفة:
(1) افحص العينة بالنظر بحثا عن أى عيوب أو خدوش أو شروخ ظاهرة أو أى حزوز عميقة أو عيوب تشغيل مثل عدم تماثل التشغيل على طول أو مقطع العينة أو غير ذلك ، فسطح العينة لا بد أن يكون خاليا من العيوب الظاهرة و متواز و ذو مقطع منتظم على طول المعيار .
(2) قس مساحة المقطع و سجلها و كرر القياس لكل العينات ، فلا تعتبر أن العينات متطابقة في أبعادها .
(3) عَلّم بحرف حاد طول المعيار على سطح العينة و ليكن مثلا 50 مم (طبقا للمواصفة ASTM E8M) ، فهذا العلام سيستخدم لحساب نسبة الاستطالة بعد الكسر.
(4) صفّر (اجعله صفرا) عدَّاد قياس الحمل (قوة الشد) و كذلك مؤشر الرسم قبل تثبيت عينة الشد في الماكينة ، و يجب ألا يعاد التصفير بعد تثبيت العينة ﻷن ذلك سيؤدى إلى خطأ في النتائج.
(5) ثبت العينة في مقابض الماكينة.
(6) صفّر مقياس الاستطالة ثم ركبه على العينة ، ثم صفّر عدَّاد قياس الانفعال بعد ذلك.
(7) ابدأ الاختبار بتحميل العينة تدريجيا.
(8) لاحظ الاختبار عن قرب و كن مستعدا لأى مشكلات يمكن أن تحدث أثناء الاختبار.
(9) يستمر الاحتبار حتى تنكسر العينة.
(10) غالبا ما تظهر الماكينات الحديثة نتائج الاختبار تلقائياً بعد الكسر ، إذا كانت أبعاد العينة قد أدخلت للماكينة قبل الاختبار و بعده. أما إذا كانت الحالة خلاف ذلك فالماكينة ستخرج قيم الحمل و الاستطالة مرسومين في منحنى أو قيم مجدولة، فقم بحساب خواص الشد من منحنى الحمل و الاستطالة كالآتى:
- الاجهاد : يحسب بقسمة الحمل على مساحة المقطع اﻷولية و يسمى الناتج بالاجهاد الهندسى (تختلف قيمته عن الاجهاد الحقيقى).
- الانفعال: يحسب بقسمة الاستطالة على الطول الأولى للمعيار، و يسمى الانفعال الهندسى (تختلف قيمته عن الانفعال الحقيقى)
- يمكن رسم منحنى الإجهاد و الانفعال الهندسيين بناءا على القيم السابق حسابها.
- مقاومة الشد هى أعلى قيمة للاجهاد في منحنى الاجهاد و الانفعال.
- تعين مقاومة الخضوع حسب معيار الخضوع المطلوب مقاومة خضوع حيدية و مقاومة خضوع عند تمدد إجمالى من المنحنى.
- تحسب قيم المطيلية وهى (نسبة الاستطالة و نسبة انخفاض المساحة) على العينة بعد الكسر.
- يحسب معامل المرونة من ميل الجزء الأولى المستقيم من المنحنى.
المصادر
(1) J.R. Davis (Edit.) , Tensile Testing, 2nd edition, ASM International, 2004.
(2) J. Dieter, Mechanical Metallurgy, 3rd edition, McGraw Hill, 1986.