آزمون ضربه

تئوری

یکی از مسائل مهم در صنعت که باعث خسارات زیادی می شود شکستن قطعات بر اثر تردی جنس آنهاست. آزمایش های کشش و فشار با همه اهمیت خود نمی توانند رفتار فلزات را در اثر بارهای ضربه ای تعیین کنند، بنابراین برای پی بردن به قابلیت جذب انرژی فلزات در دماهای مختلف از آزمایش ضربه استفاده می کنند هر چه انرژی لازم برای شکستن فلز زیادتر باشد فلز سخت تر و ترد خواهد بود.

چقرمگی عبارت است از توانایی جذب انرژی توسط مواد در اثر تغییر شکل های پلاستیک. در آزمون کشش استاتیکی مساحت زیر منحنی تنش – کرنش ، مقدار انرژی جذب شده توسط قطعه مورد آزمایش تا لحظه شکست را نشان می دهد.

استفاده از موادی که توانایی جذب انرژی آنها در مقابل بار های ضربه ای کم است، در سازه هایی که ممکن است تحت بار ضربه ای قرار گیرند خطرناک است، زیرا شکست ناگهانی در آنها بدون اینکه تغییر شکل پلاستیکی زیادی از خودشان نشان دهند، رخ می دهد. چند عامل مهم وجود دارد که شکست ترد در سازه ها را شدت می بخشند، این عوامل عبارتند از:

الف- وجود ضریب تمرکز تنش و هر عاملی که موجب بی نظمی در توزیع تنش موجود در نمونه شود

ب- دما

دما تاثیر زیادی در مقدار انرژی جذب شده توسط ماده مورد نظر دارد و در دمای بالا سازه قبل از شکست دچار تغییر شکل پلاستیکی شده و انرژی زیادی را در خود ذخیره می کند، با کم شدن درجه حرارت مقدار انرژی جذب شده در اثر ضربه کاهش پیدا می کند تا اینکه در یک دما این انرژی افت شدیدی پیدا می کند که این دما را دمای تبدیل گویند و یکی از اهداف آزمون ضربه مشخص کردن این دماست چرا که سازه بر اساس جنس مورد نظر نباید در پایین تر از این دما کار کند زیرا در اثر بار ضربه ای احتمال رخ دادن شکست ترد در سازه به دلیل کم بودن انرژی جذب شده زیاد است.

عوامل متالورژیکی مختلفی بر روی درجه حرارت تبدیل موثرند که این عوامل عبارتند از:

1- تغییرات ترکیبات شیمیایی، مثلا فسفر و ازت در فولاد نرم سبب بالا رفتن درجه تبدیل می شوند حال آنکه منگنز و نیکل دمای تبدیل را کاهش می دهند.

2- ساختمان میکروسکوپی،مثلا ازدیاد قطر دانه سبب کاهش درجه تبدیل میشود.

ج- نرخ کرنش

افزایش نرخ کرنش اعمالی به سازه باعث افزایش استحکام تسلیم و کاهش انرژی جذب شده می شود. بنابراین دمای تبدیل از رفتار نرم به ترد در بارگذاری ضربه ای به مقیاس چشمگیری بالاتر از دمای تبدیل در شرایط آهنگ کم کرنش است.

آزمون های ضربه نمونه شیاردار به مقیاس وسیعی در صنعت به عنوان معیار پذیرش مواد مورد استفاده قرار می گیرند. این آزمون ها نسبتا ساده، سریع و آسان هستند. آزمون بر این اساس است که نمونه آزمایش، با شیار ماشینکاری شده، را در اثر ضربه یک چکش سریع شکسته و مقدار انرژی جذب شده در عمل شکست را اندازه گیری می کنند.

کاربرد عمده دیگر آزمون ضربه نمونه شیاردار تعیین موفقیت یا عدم موفقیت عملیات حرارتی انجام شده است. این نوع آزمون دارای امتیاز قابلیت تعیین تمایل به تردی است که در آزمون های کشش یا سختی استاندارد معلوم نمی شود.

اساس یک دستگاه ضربه بر این است که چکشی با یک وزن معلوم از یک ارتفاع مشخص به صورت پاندولی و ناگهانی به نمونه آزمایشی اصابت می کند، و انرژی لازم برای شکستن نمونه اندازه گیری می شود. بدین طریق می توان رفتار فلز را در برابر نیروی ضربه برسی نمود. اصولا آزمایش ضربه به دو صورت انجام می گیرد:

1 – آزمایش ضربه شارپی

2 – آزمایش ضربه ایزود

روش شارپی نسبت به روش ایزود دارای دو مزیت است، اول اینکه جا دادن نمونه در دستگاه آزمایش راحت است که اگر آزمایش در دمای پایین مد نظر باشد، این موضوع اهمیت پیدا می کند زیرا به دلیل دمای پایین نمونه اگر مدت زمان قرار دادن نمونه در دستگاه آزمون طول بکشد باعث ازدیاد درجه حرارت و در نتیجه خطا در آزمایش خواهد شد.

دومین برتری این است که در اطراف شیار نمونه شارپی تنش های فشاری وجود ندارد اما در نمونه آزمایش شده با استفاده از روش ایزود به دلیل نحوه قرارگیری نمونه در گیره نگه دارنده دستگاه، در اطراف شیار نمونه تنش های فشاری به وجود خواهد آمد.

منبع: asqc.ir