เป็นการทดสอบคุณสมบัติทางกล เพื่อหาค่าความแข็งแรงของวัสดุ (Strength) โดยใช้การกัดชิ้นงานให้มีรูปร่างตามมาตรฐานการทดสอบต่างๆ และนำไปทดสอบโดยเครื่องทดสอบแรงดึง ซึ่งปกติแล้วจะดึงด้วยแรงดึงสม่ำเสมอตามข้อกำหนดในแต่ละมาตรฐาน ในหนึ่งทิศทาง (Uni-axial) จนชิ้นงานขาดออกจากกัน ระหว่างการทดสอบเครื่องจะวัดการยืดตัวของชิ้นงานอย่างต่อเนื่อง แล้วทำการสร้างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกระทำและการยืดตัวในรูปของกราฟความเค้นและความเครียด และคำนวณค่าต่างๆ เชิงวิศวกรรม อันได้แก่ ความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก, ความต้านทานแรงดึงสูงสุด และค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดตัว

 รูป แสดงภาพง่ายๆ ของเครื่องมือที่ใช้ทดสอบแรงดึง ซึ่งเป็นการดึงลง (H.W.Hayden,W.G.Moffatt and John Walff “The structure and Properties of Materials” Vol.31965)

 รูป แสดงตัวอย่าง ของขนาด ที่ใช้ ทดสอบแรงดึง  (a)ขนาดมาตราฐานที่มีลักษณะกลม gage length ยาว 2 นิ้ว (b)ขนาดมาตราฐานที่มีลักษณะเป็นแผ่น gage length ยาว 2 นิ้ว

     ค่าความเค้นเชิงวิศวกรรมคือค่าแรงกระทำหารด้วยค่าพื้นที่หน้าตัดชิ้นงานเริ่มต้น ซึ่งอาจจะมีหน่วยเป็น N/mm2, MPa, kgf/mm2, psi หรือ ksi ส่วนค่าเปอร์เซ็นต์ความเครียดเชิงวิศวกรรมคือค่าความยาวที่เพิ่มขึ้นของชิ้นงานหารด้วยความยาวเดิม

     ในการพิจารณาค่าความเค้นจริงนั้น ใช้การคำนวณจากค่าพื้นที่หน้าตัดที่เปลี่ยนไป ณ ช่วงเวลาใด ช่วงเวลาหนึ่งที่ชิ้นงานมีหน้าตัดเล็กลง เนื่องจากกราฟที่เกิดจากการทดสอบนั้นใช้ค่าพื้นที่หน้าตัดของชิ้นงานเริ่มต้นในการคำนวณ และในความเป็นจริงเมื่อมีพื้นที่หน้าตัดเปลี่ยนขนาดไปในระหว่างการทดสอบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัสดุเหนียวจะมีพื้นที่หน้าตัดลดลงอย่างรวดเร็ว) จะส่งผลให้แรงกระทำที่ใช้ในการแปรรูปจริงลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ค่าความเค้นเฉลี่ยในกราฟของความเค้น-ความเครียดหลังจากจุดที่รับแรงสูงสุดลดลง ในขณะที่ความเป็นจริงโลหะจะเกิด strain-hardening อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ค่าความเค้นที่ต้องการจริงในการแปรรูปวัสดุเพิ่มขึ้น ดังนั้นค่าความเค้นจริงที่คำนวณจากค่าพื้นที่หน้าตัดจริงของชิ้นงานจะทำให้กราฟความเค้น-ความเครียดเพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงจุดที่เกิดการแตกหัก

     หากพิจารณาจากกราฟที่ได้จากการทดสอบแรงดึงโดยทั่วไป จะพบว่าความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก (Yield stress) นั้นแสดงถึงจุดที่วัสดุจะมีการเปลี่ยนแปลงการแปรรูปจากการแปรรูปแบบยืดหยุ่น เป็นการแปรรูปแบบถาวร ซึ่งช่วงการแปรรูปแบบยืดหยุ่นนั้นค่าของแรงกระทำจะสัมพันธ์กับค่าการยืดตัว หรือค่าความชันคงที่ ทั้งนี้หากทำการปล่อยแรงที่กระทำต่อชิ้นงานในช่วงดังกล่าว วัสดุจะเกิดการหดตัวกลับไปยังความยาวแรกเริ่มของชิ้นทดสอบ แต่เมื่อพ้นจุดครากไปเมื่อปล่อยแรงวัสดุจะไม่กลับสู่ความยาวเดิม นั่นคือช่วงการแปรรูปแบบถาวร

     การพิจารณาค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดครากนั้นสามารถทำได้ 2 วิธีขึ้นกับลักษณะของกราฟที่เกิดขึ้น คือ กรณีแรกหากกราฟปรากฏจุดครากอย่างชัดเจน สามารถลากเส้นจากจุดดังกล่าวไปตัดกับแกนความเค้นได้ค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก หากกรณีของกราฟที่ไม่ปรากฏจุดคราก เช่น กราฟของเหล็กกล้าคาร์บอนที่ผ่านการอบอ่อนและผ่านการรีดปรับผิว จะต้องใช้วิธีการลากเส้นขนานกับเส้นกราฟความเค้น-ความเครียดในช่วงที่กราฟเป็นเส้นตรง ที่จุด 0.2 เปอร์เซ็นต์ของค่าความยาวที่เพิ่มขึ้นจากความยาวเดิม หรือ 0.2 เปอร์เซ็นต์ของค่าความเครียด จุดที่ตัดกับเส้นกราฟของวัสดุเรียกว่าค่าความเค้นพิสูจน์ที่ 0.2 เปอร์เซ็นต์

     เมื่อดึงวัสดุไปเรื่อยๆ จะถึงจุดหนึ่งซึ่งปรากฏให้เห็นจุดสูงสุดของกราฟเป็นจุดที่วัสดุสามารถต้านทานแรงดึงสูงสุด ซึ่งหากดึงต่อไปจากจุดนี้ พื้นที่ของวัสดุบางส่วนจะเกิดการคอดตัว (Necking) ทำให้ค่าความเค้นที่เกิดขึ้นลดลงอย่างต่อเนื่องในขณะที่ความเครียดเพิ่มขึ้น หรือมีการยืดตัวเพิ่มขึ้น จนสุดท้ายชิ้นงานถูกดึงจนขาดจากกัน และการยืดตัวของวัสดุหลังแตกหักดังกล่าว สามารถนำมาคำนวณหาค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดตัวได้ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น                          

                               รูป แสดงลักษณะของกราฟ stress-strain diagram จากการทดสอบ strength ของโลหะผสมอลูมิเนียม (7075-T6) ขนาดเพรต 5/8 นิ้ว เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.05 นิ้ว และใช้ gage length 2 นิ้ว

ที่มา http://www.isit.or.th
      http://www.key-to-steel.com/
      http://a-sp.org

ร่วมแสดงความคิดเห็น