Hoe beïnvloeden verschillende proefstukgeometrieën de resultaten van trekproeven?
Trekproefresultaten omvatten de uiterste treksterkte, vloeigrens, Young’s modulus, vervormbaarheid, en de exponent van de spanningsverharding. Al deze eigenschappen kunnen worden berekend met een universele testmachine voorzien van de juiste controller, software, handgrepen en accessoires. De keuze van de handgrepen kan variëren naar gelang het materiaaltype, de geometrie en de afmetingen. In veel gevallen worden de proefstukafmetingen en -geometrieën gedicteerd door ASTM-normen.
In deze blog zal worden besproken of de trekeigenschappen worden beïnvloed als hetzelfde standaardmateriaal wordt getest in verschillende geometrieën of afmetingen. Het korte antwoord is dat dit afhangt van de trek-eigenschap en de eigenschappen van het geteste materiaal. Voor een gegeven doorsnede en voor een willekeurige kaliberlengte hebben verschillende proefstukgeometrieën geen effect op de uiterste treksterkte en de vloeigrens van standaardmaterialen. Echter, verschillende kaliber lengtes en doorsnede oppervlaktes zullen veranderende effecten hebben op bepaalde eigenschappen, zoals hieronder beschreven.
1- Effect van verschillende kaliber lengtes
Laten we twee proefstukken vergelijken, gemaakt van hetzelfde materiaal, met twee verschillende kaliber lengtes:
Figuur 1. Twee dogbone-exemplaren met verschillende kaliberlengte
Specimen A kaliberlengte > Specimen B kaliberlengte
Wanneer de trekproef wordt gestart en er aan specimen A of specimen B wordt getrokken, is de rek gelijkmatig over de kaliberlengte tot het punt waarop de maximale kracht wordt bereikt en het begin van de nekvorming optreedt. De rek in elk materiaal is uniform tot dit punt. De kracht zal dan beginnen af te nemen, zoals blijkt uit onderstaande spanning-rek kromme, en de vermindering van het oppervlak zal niet langer evenredig zijn met de hoeveelheid rek in het materiaal.
Figuur 2. De vorm van een vervormbaar proefstuk verandert tijdens trekproeven
De halsregio zal een veel groter deel van de 1-in kaliberlengte van proefstuk B innemen vergeleken met het deel dat wordt ingenomen op de 2-in kaliberlengte van proefstuk A. Wanneer de test voorbij is en de twee breuken van de proefstukken aan elkaar worden gepast, zal het gemeten uitrekpercentage van proefstuk B met de kleinere kaliberlengte groter zijn dan het uitrekpercentage van proefstuk A met de grotere kaliberlengte.
Vergelijking 1:
Percentage rek = ∆L/L0 x 100
Waar:
- L0 is de oorspronkelijke lengte van het rekstrookje
- ∆L is de verandering in lengte van de oorspronkelijke lengte van het rekstrookje. Gemeten nadat het proefstuk is gebroken en het proefstuk in elkaar is gepast (zie figuur 2)
Toen de lengte van het proefstuk toeneemt, neemt het rekpercentage af.
2- Effect van verschillende doorsnede-oppervlakten
Deze keer hebben proefstuk A en proefstuk B, gemaakt van hetzelfde materiaal, identieke doorsnedelengten; toch is het doorsnede-oppervlak van proefstuk A groter dan het doorsnede-oppervlak van proefstuk B. Gelijkaardig aan het concept met de kaliberlengte en het deel bezet door nekken, zal het nekgebied een veel groter deel van het kleinere dwarsdoorsnedegebied van proefstuk B innemen vergeleken met het deel bezet op het grotere dwarsdoorsnedegebied van proefstuk A.
Het dwarsdoorsnedegebied van een proefstuk heeft een significant effect op rekmetingen. De slankheidsverhouding wordt gemeten door de lengte van het proefstuk te delen door de vierkantswortel van de dwarsdoorsnede, en is daarom omgekeerd evenredig met de dwarsdoorsnede.
Vergelijking 2:
Slankheidsverhouding = L0/√A0
Waar:
- L0 is de oorspronkelijke lengte van het proefstuk.
- A0 is de oorspronkelijke dwarsdoorsnede van het proefstuk
Als de slankheidsverhouding toeneemt en de dwarsdoorsnede afneemt, neemt het rekpercentage af.