Jak různé geometrie vzorků ovlivňují výsledky tahových zkoušek?
Výsledky tahových zkoušek zahrnují mez pevnosti v tahu, mez kluzu, Youngův modul, tažnost a exponent deformačního zpevnění. Všechny tyto vlastnosti lze vypočítat pomocí univerzálního zkušebního stroje vybaveného správným ovladačem, softwarem, úchyty a příslušenstvím. Výběr úchytů se může lišit v závislosti na typu materiálu, geometrii a rozměrech. V mnoha případech jsou rozměry a geometrie vzorků diktovány normami ASTM.
Tento blog se bude zabývat tím, zda jsou tahové vlastnosti ovlivněny, pokud je stejný standardní materiál zkoušen v různých geometriích nebo rozměrech. Stručná odpověď zní, že to závisí na tahových vlastnostech a charakteristikách zkoušeného materiálu. Pro danou plochu průřezu a pro libovolnou délku měřidla nemají různé geometrie vzorků žádný vliv na mez pevnosti v tahu a mez kluzu standardních materiálů. Různé délky měřidel a plochy průřezu však budou mít měnící vliv na určité vlastnosti, které jsou popsány níže.
1- Vliv různých délek měřidel
Srovnejme dva vzorky, vyrobené ze stejného materiálu, se dvěma různými délkami měřidel:
Obr. 1. Vliv různých délek měřidel na pevnost v tahu. Dva vzorky psí kosti s různou délkou měřidla
Délka měřidla vzorku A >Délka měřidla vzorku B
Při zahájení tahové zkoušky a natažení vzorku A nebo vzorku B je deformace rovnoměrná podél délky měřidla až do bodu, kdy je dosaženo maximální síly a nastane nástup hrdla. Až do tohoto bodu je protažení v každém materiálu rovnoměrné. Poté začne síla klesat, jak je znázorněno na níže uvedené křivce napětí a deformace, a zmenšení plochy již nebude úměrné velikosti protažení materiálu.
Obrázek 2: Křivka napětí a deformace. Tvar tvárného vzorku se během tahové zkoušky mění
Oblast hrdla bude zabírat mnohem větší část na 1″ délce měřidla vzorku B ve srovnání s částí zabíranou na 2″ délce měřidla vzorku A. Když zkouška skončí a oba lomy vzorků se spojí, bude naměřené procento prodloužení vzorku B s menší délkou měřidla větší než procento prodloužení vzorku A s větší délkou měřidla.
Rovnice 1:
Procentní prodloužení = ∆L/L0 x 100
Kde:
- L0 je původní měřicí délka
- ∆L je změna délky původní měřicí délky. Měří se po zlomení vzorku a jeho přiložení k sobě (viz obrázek 2)
S rostoucí délkou měřidla klesá procento prodloužení.
2- Vliv rozdílných ploch průřezu
Tentokrát mají vzorek A a vzorek B, vyrobené ze stejného materiálu, shodné délky měřidla; přesto je plocha průřezu vzorku A větší než plocha průřezu vzorku B. Podobně jako u konceptu s délkou měřidla a částí zabíranou hrdlem bude oblast hrdla zabírat mnohem větší část menší plochy průřezu vzorku B ve srovnání s částí zabíranou na větší ploše průřezu vzorku A.
Plocha průřezu vzorku má významný vliv na měření prodloužení. Poměr štíhlosti se měří jako podíl délky měřidla a druhé odmocniny plochy průřezu, je tedy nepřímo úměrný ploše průřezu.
Rovnice 2:
Poměr štíhlosti = L0/√A0
Kde:
- L0 je původní délka měřidla.
- A0 je původní plocha průřezu vzorku
S rostoucím poměrem štíhlosti a klesající plochou průřezu klesá procento prodloužení.
.