DA-SM02 تست ضربه - هدف : تعيين مقدار انرژي شكست فلزات 2- مقدمه يكي از مساي ل مهم در صنعت كه باعث خسارات زيادي ميشود شكستن قطعات براثر تردي جنس آنها ميباشد. آزمايشهاي كشش و فشار با همه اهميت خود نميتوانند رفتار فلزات را در اثر بارهاي ضربهاي تعيين كنند. بنابراين براي پي بردن به قابليت جذب انرژي فلزات در دماهاي مختلف از آزمايش ضربه استفاده ميكنند. هر چه انرژي لازم براي شكستن فلز زيادتر باشد فلز نرمتر (چقرمهتر) و برعكس هر چه انرژي لازم كمتر باشد فلز تردتر است. در نمودار زير ميتوانيد رابطه بين انرژي شكست و نرمي يا تردي فلزات را مشاهده نماييد. نمودار براي مواد با تنش تسليم بالا ولي نرمي پايين ميباشد و نمودار 2 براي مواد با تنش تسليم پايين ولي نرمي بالا ميباشد. سطح زير نمودار تا نقطه شكست به نوعي بيانگر انرژي شكست ميباشد. 3- تي وري آزمايش ضربه اساس كار يك دستگاه ضربه بر اين است كه چكشي با وزن معلوم از يك ارتفاع مشخص به صورت پاندولي به نمونه آزمايشي اصابت ميكند و بعد از شكستن نمونه تا يك ارتفاع ديگر بالا ميرود. انرژي جذب شده توسط نمونه برابر است با حاصلضرب وزن پاندول در اختلاف ارتفاع مركز ثقل پاندول. E = E ( h ) E2 = Mg h2 شكل - رابطه تنش تسليم و نرمي فلز كه در اين رابطه M (برحسب (kg جرم پاندول g شتاب گرانش (برحسب (m/s 2 و h (برحسبm ) فاصله مركز جرم پاندول تا پايينترين وضعيت پاندول (حالت افقي) ميباشد. در عمل به جاي اندازهگيري ارتفاع همانطور كه در شكل 2 نشان داده شده است زواياي اوليه و ثانويه اندازهگيري ميشود. در اين صورت انرژي ضربه از رابطه زير بدست ميآيد. E = E Mgl ( cosθ θ ) E2 = 2 cos
θ و كه در آن θ 2 زواياي اوليه و ثانويه و l (بر حسب m) فاصله مركز جرم پاندول تا محور آن است. شكل 2 آزمايش ضربه آزمايش ضربه به سه روش شارپي آيزود و كششي انجام ميشود. ) دستگاه آزمايش ما براساس روش شارپي عمل ميكند). روشهاي شارپي و ايزود تنها از نظر نحوه قرار گرفتن نمونهها بر روي تكيهگاه و محل ضربه با هم تفاوت دارند ولي روش كششي از نظر ماهيت ضربه با بقيه روشها متفاوت است. -3- آزمايش ضربه شارپي نمونه مورد استفاده در اين آزمايش در شكل 4 نشان داده شده است. ٣ ا زمايش ضربه شارپي شکل 8 mm 8 mm.6mm نمونه برنجي نمونه آهني شكل 4- نمونه آزمايش ضربه شارپي 55mm نمونه آلومينيومي 6 mm.2mm 6 mm 55 mm 7 mm.4mm 7 mm 55 mm
..2.3 2-3- عوامل موثر در نتايج آزمايش مهمترين عوامل مو ثر در ميزان انرژي شكست عبارتند از: فرم و اندازه نمونه نوع و اندازه شيار درجه حرارت عامل درجه حرارت پارامتر مهمي است چون فلزات در درجه حرارتهاي بالا نرم هستند. به عبارت ديگر بيشتر فلزات در درجه حرارتهاي پايين ترد و شكننده بوده و با ازدياد درجه حرارت قابليت انعطافپذيري آنها افزايش مييابد. در شكل 5 ميتوانيد نحوه تغييرات ميزان انرژي لازم براي شكست بر حسب تغيير دما را مشاهده نماييد. شكل 5- نمودار تاثير درجه حرارت در انرژي شكست از اين آزمايش غير از تعيين تردي و نرمي فلز در يك دماي خاص ميتوان درجه حرارت تبديل را نيز تعيين نمود. درجه حرارت تبديل درجه حرارتي است كه در آن فلز از حالت تردي به حالتي كه قابليت انعطاف دارد ميگرايد. براي اجتناب از شكست ترد مخصوصا هنگاميكه در دماهاي پايين كار ميكنند سعي ميشود كه دماي تبديل فلز پايين برده شود. براي اين كار ميتوان يكي از روشهاي زير را بكار برد:. اضافه كردن حدود 4 درصد نيكل 2. سختگرداني و باز پخت 3. اكسيژن زدايي كامل 4. ريز كردن دانهها بعد از انجام تست از روي ظاهر مقطع شكست ميتوان به ترد يا نرم بودن شكست پي برد. شكست ترد ظاهري دانه دانه روشن يا كريستالي و شكست نرم ظاهري ريشهاي يا اليافي دارد(شكل 6).
شكل 6- مقطع شكست نرم (راست) شكست ترد (چپ) همانطور كه قبلا اشاره شد نوع و اندازه شيار در نتايج آزمايش اثر ميگذارد. به همين دليل شيارهاي مورد استفاده در اين نمونهها به صورت استاندارد در آمده است. از روي ميزان انرژي كه صرف شكست نمونه استاندارد ميشود ميتوان سختي آن جنس را بدست آورد. 4- دستگاه تست ضربه دستگاه تست ضربه در شكل 7 نشان داده شده است. انواع مختلفي از اين دستگاه در ظرفيتهاي مختلف براي تست نمونههاي مختلف وجود دارد. دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش يك دستگاه تست آزمايشگاهي با ظرفيت پايين است كه براي مقاصد آموزشي ساخته شده است. اجزاي اصلي اين دستگاه روي شكل شماتيك (شكل 8) نشان داده است. اين اجزاء عبارتند از : - شاسي دستگاه 2- نمونه آزمايش ضربه و نگهدارنده نمونه چكش 3/640 كيلوگرم وزن ميله 494 گرم قفلكن مغناطيسي صفحه مدرج اندازهگيري زاويه عقربه حلقه محافظ -3-4 -5-6 -7
شكل - 7 دستگاه تست ضربه اجزا بر روي شكل شماتيك نشان داده شده اند: شكل ٨ - شکل شماتيک دستگاه تست ضربه نمونه آزمايشي درون نگهدارنده قرار ميگيرد و سپس چكش با چرخاندن قفلكن مغناطيس آزاد شده و به نمونه ضربه زده و پس از شكستن نمونه در طرف مقابل تا ارتفاع مشخصي بالا ميرود. زاويه اوليه و نهايي از روي صفحه مدرج خوانده ميشود. به منظور ايمني بيشتر يك حلقه محافظ دور تا دور دستگاه را فرا گرفته است. با اين وجود در طول كار با دستگاه بايد احتياط را رعايت كرد. البته در ورژن جديد دستگاه از صفحه مدرج اندازهگيري زاويه صرفنظر گرديده است زيرا دستگاه قابليت اتصال به كامپيوتر را داشته و به كمك نرمافزار طراحي شده براي آن مي توان مقدار زاويه (اوليه و نهايي) و ساير مشخصات ديگر را از روي سيستم كامپيوتر خواند. 5- روش انجام آزمايش - ابتدا قبل از بستن نمونه ميخواهيم انرژي تلف شده بر اثر اصطكاك را محاسبه كنيم براي اين منظور ابتدا چكش را در پايينترين حالت قرار داده و در اين وضعيت در نرمافزار طراحي شده براي اين دستگاه دكمه (00.0) ZERO را ميزنيم. سپس پاندول را به قفلكن مغناطيسي مماس كرده و قفلكن را در وضعيت ON قرار ميدهيم در اين حالت نرمافزار زاويه را در حدود 50º نشان ميدهد كه زاويه اوليه محسوب ميشود سپس دكمه play را در نرمافزار زده و قفلكن مغناطيسي را در وضعيت OFF قرار ميدهيم تا پاندول آزادانه حركت كند. سپس نرمافزار زاويه نهايي و انرژي ضربه energy) (Impact را بهصورت جدولي در اختيار ما قرار ميدهد كه اين انرژي را به عنوان انرژي اصطكاك در نظر ميگيريم. بدينصورت كه در نرمافزار در قسمت energy) (Frictio كليك كرده و مقدار Impact energy محاسبه شده در قسمت قبل را وارد ميكنيم و از اين پس دستگاه اين مقدار انرژي را به عنوان انرژي اصطكاكي در محاسبات انرژي ضربه لحاظ ميكند. حال همين مراحل را با گذاشتن نمونه آزمايش در دستگاه بهصورت زير انجام ميدهيم : ابتدا نمونه را طوري روي سندان قرار دهيد كه روي شيار درست در وسط سندان و پشت شيار به طرف چكش قرار گيرد. براي اين كار ميتوانيد لبه چكش را به شكاف نمونه مماس كنيد. در اين حالت دكمه (00.0) ZERO را در نرمافزار ميزنيم.
پاندول را به قفلكن مغناطيسي مماس كرده و قفلكن را در وضعيت ON قرار دهيد. دكمه play نرمافزار را زده (نرمافزار زاويه اوليه زاويه نهايي انرژي اوليه انرژي نهايي انرژي ضربه و انرژي اصطكاكي را بهصورت جدولي به شكل زير اراي ه ميدهد). -2 Initial Angle Fainal Angle Initial Energy Fainal Energy Friction Energy Impact energy پس از اطمينان از اينكه در مسير حركت پاندول غير از نمونه مانعي قرار ندارد با قرار دادن قفلكن در وضعيت OFF پاندول را آزاد نماييد. پس از شكستن نمونه توسط ترمز پاندول را به آهستگي نگه داريد. آهن انرژي شكست را محاسبه و در جدول يادداشت كنيد. اين آزمايش را براي هر فلز سه مرتبه تكرار كنيد. برنج آلومينيوم انرژي شكست جدول آزمايش آزمايش 2 آزمايش 3 ميانگين -3-4 -5 6- نكات ايمني كار با دستگاه تست ضربه در حين كار با دستگاه دقت لازم را مبذول فرموده و مراقب خود و دوستانتان باشيد. زيرا در صورت بي احتياطي اين دستگاه بسيار خطرناك ميباشد. در هنگام انجام آزمايش هرگز در جلو يا پشت دستگاه قرار نگيريد بلكه فقط در سمت چپ و راست آن قرار گيريد (به گونه اي كه صفحات محافظ دستگاه روبروي شما قرار گيرند.). هرگز سر خود را براي ديدن رخداد شكست بر روي دستگاه خم نكنيد. آزمايش براي يك نمونه آلومينيومي بهصورت زير تست شده است :
Initial Angle 50.4º Initial Energy 27.43 joul Friction Energy.34 joul Fainal Angle.º Fainal Energy 9.94 joul Impact energy 6.5 joul 7- خواستههاي آزمايش - -2-3 -4 ميزان انرژي اتلافي در اثر اصطكاك دستگاه را در يك آزمايش ضربه بدست آوريد و در مورد تاثير اين اصطكاك در دقت آزمايش بحث نماييد. چرا نمونه هاي آزمايش ضربه را به صورت شياردار ميسازند به نظر شما علت ترجيح داشتن شكست نرم نسبت به شكست ترد چيست آيا غير از آزمايش ضربه روشي براي تعيين تردي يا نرميمواد وجود دارد