Cum afectează diferitele geometrii ale epruvetelor rezultatele încercărilor de tracțiune?
Rezultatele încercărilor de tracțiune includ rezistența la rupere, limita de curgere, modulul Young, ductilitatea și exponentul de întărire prin deformare. Toate aceste proprietăți pot fi calculate cu ajutorul unei mașini universale de testare echipate cu controlerul, software-ul, mânerele și accesoriile potrivite. Selecția gripurilor poate varia în funcție de tipul de material, de geometrie și de dimensiuni. În multe cazuri, dimensiunile și geometriile epruvetelor sunt dictate de standardele ASTM.
Acest blog va discuta dacă proprietățile de tracțiune sunt afectate în cazul în care același material standard este testat în geometrii sau dimensiuni diferite. Răspunsul scurt este că depinde de proprietatea de tracțiune și de caracteristicile materialului testat. Pentru o anumită suprafață a secțiunii transversale și pentru orice lungime de gabarit, geometriile diferite ale epruvetelor nu au niciun efect asupra rezistenței ultime la tracțiune și a limitei de curgere a materialelor standard. Cu toate acestea, diferite lungimi de gabarit și arii ale secțiunii transversale vor avea efecte modificatoare asupra anumitor proprietăți, descrise mai jos.
1- Efectul diferitelor lungimi de gabarit
Să comparăm două epruvete, realizate din același material, cu două lungimi de gabarit diferite:
Figura 1. Două epruvete dogbone cu lungimi de gabarit diferite
Epruvetă A lungime de gabarit >Epruvetă B lungime de gabarit
Când se începe încercarea de întindere și se trage epruveta A sau epruveta B, deformația este uniformă de-a lungul lungimii de gabarit până în punctul în care se atinge forța maximă și apare începutul de gâtuire. Întinderea în fiecare material este uniformă până în acest punct. Forța va începe apoi să scadă, așa cum se arată în curba tensiune-deformare de mai jos, iar reducerea ariei nu va mai fi proporțională cu valoarea întinderii din material.
Figura 2. Forma unei epruvete ductile se modifică în timpul încercării de tracțiune
Regiunea de gâtuire va ocupa o porțiune mult mai mare din lungimea de 1 inch a epruvetei B în comparație cu porțiunea ocupată pe lungimea de 2 inch a epruvetei A. Când încercarea se termină și cele două fracturi ale epruvetelor sunt montate împreună, procentul de alungire măsurat al epruvetei B cu lungimea de gabarit mai mică va fi mai mare decât procentul de alungire al epruvetei A cu lungimea de gabarit mai mare.
Ecuația 1:
Alungire procentuală = ∆L/L0 x 100
Unde:
- L0 este lungimea inițială a ecartamentului
- ∆L este variația de lungime a lungimii inițiale a ecartamentului. Măsurată după ce epruveta se fracturează și epruveta este ajustată (a se vedea figura 2)
Ca urmare a creșterii lungimii de gabarit, procentul de alungire scade.
2- Efectul diferitelor suprafețe ale secțiunii transversale
De data aceasta, epruveta A și epruveta B, realizate din același material, au lungimi de gabarit identice; totuși, suprafața secțiunii transversale a epruvetei A este mai mare decât suprafața secțiunii transversale a epruvetei B. Similar conceptului cu lungimea de gabarit și porțiunea ocupată de gâtuire, regiunea de gâtuire va ocupa o porțiune mult mai mare din aria mai mică a secțiunii transversale a epruvetei B în comparație cu porțiunea ocupată pe aria mai mare a secțiunii transversale a epruvetei A.
Aria secțiunii transversale a unei epruvete are un efect semnificativ asupra măsurătorilor de alungire. Raportul de subțiere se măsoară prin lungimea gabaritului împărțită la rădăcina pătrată a ariei secțiunii transversale, prin urmare este invers proporțional cu aria secțiunii transversale.
Equația 2:
Raportul de subțiere = L0/√A0
Unde:
- L0 este lungimea gabaritului inițial.
- A0 este aria inițială a secțiunii transversale a epruvetei
Cum crește raportul de subțiere și scade aria secțiunii transversale, procentul de alungire scade.
.