การทดสอบความแข็งแรงของวัสดุทั่วไปหกแบบ

ความแข็งแรงของวัสดุมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่าวัสดุจะมีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้ความเค้นและสภาวะต่างๆ.

ไม่ว่าคุณจะออกแบบอาคาร, ชิ้นส่วนเครื่องจักร, หรือโครงสร้างทั้งหมด, การรู้ว่าวัสดุจะทำงานอย่างไรภายใต้บังคับถือเป็นสิ่งสำคัญ.

การทดสอบวัสดุประเภทต่างๆ ใช้เพื่อวัดความแข็งแรงประเภทต่างๆ, และการทดสอบแต่ละครั้งมีจุดประสงค์เฉพาะ.

ด้านล่างคือการทดสอบความแข็งแรงของวัสดุทั่วไปหกรายการ, เน้นย้ำวิธีการของพวกเขา, การวัดที่สำคัญ, และแอปพลิเคชัน.

1. การทดสอบแรงดึง

การทดสอบแรงดึงเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการประเมินคุณสมบัติทางกลของวัสดุ, โดยเฉพาะความสามารถในการทนต่อการยืดหรือแรงดึง.

การทดสอบนี้เกี่ยวข้องกับการให้แรงดึงที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยกับตัวอย่างวัสดุ (มักจะมีรูปร่างเหมือนดัมเบล) จนกว่ามันจะพัง.

โดยบันทึกภาระที่นำไปใช้, โมดูลัสยืดหยุ่น, ความแข็งแรงของผลผลิต, แรงดึง, ความเหนียว, คุณสมบัติการแข็งตัวของความเครียด, โมดูลัสของยัง, และสามารถคำนวณอัตราส่วนของปัวซองได้.

การทดสอบดำเนินการโดยใช้เครื่องทดสอบแรงดึง, หรือที่เรียกว่าเครื่องทดสอบสากล (ยูทีเอ็ม).

พารามิเตอร์หลักที่วัดได้:

• ความแข็งแรงของผลผลิต: จุดที่วัสดุเริ่มเปลี่ยนรูปเป็นพลาสติก (การเสียรูปถาวร). ตัวอย่างเช่น, สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ, โดยทั่วไปความแข็งแรงของผลผลิตจะอยู่ที่ประมาณ 250 MPa.
• แรงดึงสูงสุด (มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์): ความเค้นสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้ก่อนที่จะแตกหัก.
  เหล็ก, เช่น, อาจมี UTS ตั้งแต่ 400 MPa ถึง 700 MPa ขึ้นอยู่กับโลหะผสม.
• โมดูลัสยืดหยุ่น (โมดูลัสของยัง): อัตราส่วนของความเค้นต่อความเครียดภายในบริเวณยืดหยุ่น, บ่งบอกถึงความแข็งของวัสดุ. สำหรับเหล็ก, โดยทั่วไปโมดูลัสของ Young 200 เกรดเฉลี่ย.
• การยืดตัว: เปอร์เซ็นต์ของการเพิ่มความยาวของวัสดุก่อนที่จะแตกหัก. วัสดุที่มีการยืดตัวสูง, เช่น เหล็กดัด, สามารถยืดออกได้มากกว่า 10% ก่อนล้มเหลว.

การทดสอบแรงดึงถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวัสดุที่ใช้ในส่วนประกอบโครงสร้าง, เช่นโลหะ, พลาสติก, และวัสดุคอมโพสิต.
โดยให้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับพฤติกรรมของวัสดุภายใต้ความตึงเครียดในการใช้งานจริง, จากสายเคเบิลในสะพานไปจนถึงส่วนประกอบในเครื่องบิน.

2. การทดสอบแรงอัด

การทดสอบแรงอัดจะประเมินความสามารถของวัสดุในการทนต่อแรงอัด ซึ่งเป็นแรงที่ดันหรือบีบวัสดุ.
การทดสอบนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่เปราะ, เช่นคอนกรีต, เซรามิกส์, และโลหะบางชนิด.

ในการทดสอบครั้งนี้, ตัวอย่างวัสดุจะถูกใส่ในเครื่องทดสอบแรงอัด, โดยที่จะมีการรับน้ำหนักจนกระทั่งวัสดุเสียรูปหรือเสียหาย.

พารามิเตอร์หลักที่วัดได้:

• แรงอัด: โหลดแรงอัดสูงสุดที่วัสดุสามารถรับได้ก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว.
  ตัวอย่างเช่น, โดยทั่วไปคอนกรีตจะมีกำลังอัดเท่ากับ 20-40 MPa, ในขณะที่คอนกรีตกำลังสูงสามารถทำได้เกิน 100 MPa.
• ความแข็งแกร่งในการบดขยี้: จุดที่วัสดุเปราะแตกหักภายใต้แรงอัด.
  ซึ่งเกี่ยวข้องกับวัสดุ เช่น เซรามิกหรือการหล่อ, ซึ่งอาจแตกหักด้วยแรงอัดที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับวัสดุที่มีความเหนียว.

การทดสอบแรงอัดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการก่อสร้างและวิศวกรรมโยธา, โดยที่วัสดุเช่นเสาคอนกรีตและเหล็กได้รับการออกแบบเพื่อรองรับน้ำหนักจำนวนมาก.

การทดสอบนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าวัสดุสามารถรับน้ำหนักทางโครงสร้างที่หนักได้โดยไม่เกิดความเสียหาย.

3. การทดสอบความล้า

การทดสอบความล้าถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวัสดุที่ต้องรับภาระแบบเป็นรอบหรือซ้ำๆ, เช่นที่พบในเครื่องจักร, ส่วนประกอบยานยนต์, และเครื่องบิน.

วัสดุมักจะทนต่อความเครียดในระดับสูง แต่อาจล้มเหลวได้ภายใต้รอบการขนถ่ายซ้ำๆ.

ในการทดสอบความล้า, วัสดุจะต้องเผชิญกับความเครียดซ้ำแล้วซ้ำเล่าจนกระทั่งในที่สุดมันก็ล้มเหลว.

การทดสอบเป็นการจำลองสภาวะการใช้งานจริง, โดยที่ชิ้นส่วนต่างๆ ต้องเผชิญกับความผันผวนของโหลดเมื่อเวลาผ่านไป, เช่นชิ้นส่วนเครื่องยนต์ในรถยนต์หรือใบพัดกังหันในเครื่องยนต์เครื่องบิน.

พารามิเตอร์หลักที่วัดได้:

• ความแข็งแรงเมื่อยล้า: ความเค้นสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้ในช่วงจำนวนรอบที่กำหนดก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว.
  ตัวอย่างเช่น, ส่วนประกอบเหล็กในชิ้นส่วนยานยนต์อาจมีค่าความล้าประมาณ 250 MPa.
• เอส-เอ็น เคอร์ฟ (ความเครียดกับ. จำนวนรอบ): เส้นโค้งนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นที่ใช้กับจำนวนรอบที่วัสดุสามารถทนต่อก่อนเกิดความล้มเหลว.
  วัสดุอย่างไททาเนียมอัลลอยด์ขึ้นชื่อเรื่องความล้าสูง, ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ.

การทดสอบความล้าถือเป็นสิ่งสำคัญในอุตสาหกรรมที่ส่วนประกอบต่างๆ เผชิญกับความเครียดแบบวงจร, รวมทั้งยานยนต์ด้วย, การบินและอวกาศ, และการผลิต, โดยที่ชิ้นส่วนต้องทนต่อรอบการโหลดนับล้านครั้งโดยไม่เกิดข้อผิดพลาด.

4. การทดสอบแรงบิด

การทดสอบแรงบิดวัดความสามารถของวัสดุในการทนต่อการบิดหรือแรงหมุน. วัสดุได้รับการแก้ไขที่ปลายด้านหนึ่ง, และมีการใช้แรงบิดที่ปลายอีกด้าน, ทำให้มันบิดเบี้ยว.

การทดสอบนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกำลังรับแรงเฉือนของวัสดุ, ลักษณะการเปลี่ยนรูปพลาสติก, และการตอบสนองต่อความเค้นในการหมุน.

พารามิเตอร์หลักที่วัดได้:

• แรงเฉือน: ความสามารถของวัสดุในการต้านทานแรงเฉือน. ตัวอย่างเช่น, โดยทั่วไปเหล็กจะมีค่าแรงเฉือนประมาณ 300 MPa, ในขณะที่วัสดุที่นิ่มกว่าเช่นอลูมิเนียมอาจมีความต้านทานแรงเฉือนต่ำกว่า.
• โมดูลัสแรงบิด: ความต้านทานต่อการบิดของวัสดุ, ซึ่งช่วยในการกำหนดความแข็งโดยรวมของวัสดุที่ใช้ในการหมุนส่วนประกอบต่างๆ เช่น เพลา.
• การเปลี่ยนรูปพลาสติก: ระดับของการบิดหรือการเสียรูปอย่างถาวรก่อนที่วัสดุจะแตกหัก.
  วัสดุที่มีความเหนียวจะเกิดการบิดงออย่างมากก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว, ในขณะที่วัสดุที่เปราะจะล้มเหลวอย่างรวดเร็วหลังจากการเสียรูปเล็กน้อย.

การทดสอบแรงบิดถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประเมินวัสดุที่ใช้ในส่วนประกอบต่างๆ เช่น เพลา, สลักเกลียว, และท่อที่มีแรงหมุนในเครื่องจักร, ยานยนต์, และการใช้งานด้านการบินและอวกาศ.

5. การทดสอบนิคเบรก

การทดสอบการแตกหักแบบนิคเป็นการทดสอบแรงกระแทกเฉพาะทางที่ใช้เพื่อประเมินความแข็งแรงของรอยเชื่อมเป็นหลัก.

เกิดรอยบากเล็กๆ ในบริเวณรอยเชื่อม, จากนั้นตัวอย่างจะถูกกระแทกด้วยแรงกระแทก.

โดยทั่วไปการแตกหักจะเกิดขึ้นที่รอยเชื่อม และวิธีที่การแตกหักของวัสดุสามารถบ่งบอกถึงคุณภาพของการเชื่อม.

พารามิเตอร์หลักที่วัดได้:

• ความแข็งแรงของการเชื่อม: เป็นการวัดความสามารถของรอยเชื่อมในการต้านทานการแตกหักภายใต้แรงกระแทก. การเชื่อมที่แข็งแรงจะเกิดการแตกหักน้อยที่สุดและการดูดซับพลังงานสูงสุด.
• แรงกระแทก: ความสามารถของวัสดุในการดูดซับพลังงานก่อนที่จะพัง. วัสดุที่มีความเหนียวสูงจะต้านทานการแตกหักแบบเปราะแม้ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย.

การทดสอบนี้จำเป็นสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องอาศัยการเชื่อมเพื่อความสมบูรณ์ของโครงสร้าง, เช่นการต่อเรือ, การก่อสร้าง, และการผลิตท่อ.

6. การทดสอบการคืบคลาน

การทดสอบการคืบจะประเมินว่าวัสดุเปลี่ยนรูปอย่างไรภายใต้การรับน้ำหนักคงที่ตลอดระยะเวลาที่ขยายออกไป, โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูง.

สำหรับวัสดุที่ต้องเผชิญกับความเค้นในระยะยาว, เช่นในโรงไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์การบินและอวกาศ, การทำความเข้าใจพฤติกรรมการคืบคลานเป็นสิ่งสำคัญ.

ในระหว่างการทดสอบ, วัสดุจะต้องได้รับความเค้นคงที่ที่อุณหภูมิสูงขึ้น, และปริมาณการเสียรูป (คืบคลาน) ถูกวัดตามเวลา.

พารามิเตอร์หลักที่วัดได้:

• อัตราการคืบคลาน: อัตราที่วัสดุเปลี่ยนรูปภายใต้ความเค้นเมื่อเวลาผ่านไป. วัสดุอย่างซูเปอร์อัลลอยด์ที่ใช้ในเครื่องยนต์ไอพ่นมักจะมีอัตราการคืบต่ำมากเพื่อให้มั่นใจถึงสมรรถนะที่อุณหภูมิสูง.
• ความแข็งแกร่งของคืบคลาน: ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการเสียรูปภายใต้ความเค้นต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูง.
• เวลา-อุณหภูมิ-การเปลี่ยนแปลง (ททท) เส้นโค้ง: เส้นโค้งนี้แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิและเวลาส่งผลต่ออัตราการคืบของวัสดุอย่างไร.

การทดสอบการคืบคลานมีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เช่น กังหัน, เครื่องยนต์, และเครื่องปฏิกรณ์, โดยที่วัสดุจะต้องทนทานต่อความเค้นทางความร้อนและทางกลเป็นเวลานานโดยไม่เกิดความเสียหาย.

บทสรุป

การทดสอบความแข็งแรงทั้งหกครั้งนี้ — แรงดึง, อัด, ความเหนื่อยล้า, แรงบิด, นิคแตก, และคืบคลาน — ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับวิธีการที่วัสดุจะทำงานภายใต้ความเครียดประเภทต่างๆ.

การทดสอบแต่ละครั้งมีวัตถุประสงค์เฉพาะ, ไม่ว่าจะเป็นการประเมินความต้านทานต่อแรงตึงของวัสดุ, การบีบอัด, ความเครียดแบบวัฏจักร, กองกำลังที่บิดเบี้ยว, หรือการเสียรูปที่อุณหภูมิสูง.

โดยการทำความเข้าใจจุดแข็งและจุดอ่อนของวัสดุผ่านการทดสอบเหล่านี้, วิศวกรสามารถตัดสินใจโดยใช้ข้อมูลได้มากขึ้นเมื่อเลือกวัสดุสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน.

มั่นใจในความปลอดภัย, ความทนทาน, และความน่าเชื่อถือในหลากหลายอุตสาหกรรม.

 

วิธีการสั่งซื้อสินค้าจาก Deze？