ความแข็งแรงต้านแรงดึง
บทนำสู่การทำความเข้าใจและการวัดความแข็งแรงต้านแรงดึง
ความแข็งแรงต้านแรงดึงเป็นการวัดที่สำคัญที่นักวิจัย วิศวกร และแผนกควบคุมคุณภาพใช้เพื่อประเมินคุณสมบัติทางกลของวัสดุ ผลิตภัณฑ์ หรือส่วนประกอบ ความแข็งแรงต้านแรงดึงของวัสดุหมายถึงความเค้นดึงทางกล (แรงดึง) สูงสุดที่ตัวอย่างสามารถทนได้ก่อนที่จะเกิดความเสียหาย แม้ว่าคำจำกัดความของความเสียหายจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุและการออกแบบ
เมื่อวัสดุถูกกระทำด้วยความเค้นดึงที่เพิ่มขึ้น พันธะระหว่างอะตอมจะถูกยืดออกและในที่สุดจะขาดเมื่อความเค้นเพิ่มขึ้น เมื่อพันธะอะตอมถูกยืดออกเท่านั้น วัสดุจะอยู่ในช่วงยืดหยุ่น ซึ่งการเอาแรงออกจะทำให้วัสดุกลับสู่รูปร่างเดิม เมื่อพันธะอะตอมเริ่มขาด วัสดุจะเข้าสู่ช่วงพลาสติก ซึ่งหมายความว่าวัสดุได้รับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและจะไม่กลับสู่รูปร่างเดิมเมื่อเอาแรงออก ตัวอย่างมักจะเริ่มเปลี่ยนแปลงที่มองเห็นได้ในระหว่างขั้นตอนนี้ของการทดสอบ โดยจะแคบลงตรงกลางในพฤติกรรมที่เรียกว่า 'การหดคอ'
ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ถูกประเมิน ความแข็งแรงต้านแรงดึงสามารถประเมินได้ที่จุดที่เข้าสู่ขั้นตอนของการเสียรูปแบบพลาสติก - จุดครากแรก - หรือจุดที่วัสดุแตกในที่สุด การประเมินความแข็งแรงต้านแรงดึงที่จุดของการเสียรูปแบบพลาสติกเรียกว่า ความแข็งแรงครากแรก การประเมินความแข็งแรงต้านแรงดึงที่จุดที่ตัวอย่างแตกเรียกว่าความแข็งแรงต้านแรงดึงสูงสุด
ประเภทของวัสดุที่ถูกทดสอบจะเป็นตัวกำหนดว่าความแข็งแรงครากแรกหรือความแข็งแรงต้านแรงดึงสูงสุดให้ข้อมูลที่มีประโยชน์มากที่สุด ตัวอย่างเช่น วัสดุเหนียวเช่นโลหะมักจะถูกประเมินที่จุดครากแรก ในขณะที่วัสดุเปราะเช่นคอมโพสิตมักจะถูกประเมินที่จุดแตก ทั้งสองจุดนี้ รวมถึงโมดูลัสความยืดหยุ่น เป็นการคำนวณที่สำคัญที่ใช้ช่วยในการระบุลักษณะความแข็งแรงของวัสดุ
หน่วยในการวัดความแข็งแรงต้านแรงดึง
ในระบบสากล ความแข็งแรงต้านแรงดึงแสดงในหน่วยปาสคัลหรือเมกะปาสคัล ซึ่งเท่ากับนิวตันต่อตารางเมตร (N/m²) ในระบบอเมริกันแสดงในหน่วยปอนด์ต่อตารางนิ้ว (lbf/in² หรือ psi)
ความแข็งแรงต้านแรงดึงคำนวณอย่างไร?
ความแข็งแรงต้านแรงดึงคำนวณโดยการหารพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างด้วยแรงดึงสูงสุดที่ได้รับ ความแข็งแรงต้านแรงดึง (σ) = แรงดึงสูงสุด (F) / พื้นที่หน้าตัดของตัวอย่าง (A):
วิธีการวัดความแข็งแรงต้านแรงดึง?
ความแข็งแรงต้านแรงดึงวัดโดยการทำการทดสอบแรงดึงบนเครื่องทดสอบสากล และต้องระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์มีความแม่นยำและทำซ้ำได้ การประเมินวัสดุด้วยความแข็งแรงต้านแรงดึง/ความแข็งแรงครากแรกในหน่วยความเค้น (Pa หรือ psi) แทนที่จะเป็นแรง (N หรือ lbf) ช่วยในการทำซ้ำผลลัพธ์ เนื่องจากวัสดุ/ตัวอย่างที่เตรียมไว้มีความคลาดเคลื่อนของความหนาและความกว้างที่อาจแตกต่างกัน และความเค้นคำนึงถึงการวัดความหนาและความกว้างของการคำนวณความแข็งแรงต้านแรงดึงของแต่ละตัวอย่าง ตัวอย่างเช่น หากผู้ปฏิบัติการทดสอบตัวอย่าง 5 ชิ้นจากชุดเดียวกัน และทั้งหมดมีความหนาที่แตกต่างกัน ค่าแรงสูงสุดอาจมีช่วงที่กว้างกว่า ในขณะที่ค่าความเค้นจะยังคงเปรียบเทียบได้
กราฟนี้แสดงตัวอย่างของความแข็งแรงครากแรกบนและล่างสำหรับเส้นโค้งประเภทต่างๆ โดย Reh แสดงถึงความแข็งแรงครากแรกบน Rel แสดงถึงความแข็งแรงครากแรกล่าง และ a แสดงถึงผลกระทบชั่วคราวเริ่มต้น เส้นโค้งเหล่านี้เป็นตัวแทนของพฤติกรรมที่มักเห็นเมื่อทดสอบโลหะ
ความแข็งแรงต้านแรงดึงของวัสดุทั่วไป
| วัสดุ | ความแข็งแรงครากแรก (MPa) | ความแข็งแรงต้านแรงดึงสูงสุด (MPa) |
| ไนลอน-6 | 45 | 45-90 |
| อะคริลิก แผ่นใสหล่อ (PMMA) | 72 | 87 |
| อะลูมิเนียม | 95 | 110 |
| ทองแดง | 70 | 220 |
| เหล็กโครงสร้าง ASTM A36 | 250 | 400-550 |
| เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 302 - รีดเย็น | 502 | 860 |
| โลหะผสมไทเทเนียม | 730 | 900 |
| เพชร | 1600 | 2800 |
| อะรามิด (เควลาร์หรือทวารอน) | 3620 | 3757 |
| เส้นใยคาร์บอน (Toray T1100G) (เส้นใยที่แข็งแรงที่สุดที่มนุษย์สร้างขึ้น) |
- | 7000 เส้นใยเพียงอย่างเดียว |
แหล่งที่มา: https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html
อุปกรณ์สำหรับการวัดความแข็งแรงต้านแรงดึง
ความแข็งแรงต้านแรงดึง พร้อมกับคุณสมบัติแรงดึงอื่นๆ วัดบน เครื่องทดสอบสากล. อุปกรณ์นี้มีให้ในความจุแรงที่หลากหลาย โดยมีความจุแรงสูงสุดตั้งแต่ 0.02 N ถึง 2,000 kN นอกจากการทดสอบแรงดึงแล้ว เครื่องเหล่านี้ยังสามารถทำการทดสอบการอัด การดัด การลอก การฉีก การเฉือน การเสียดทาน การบิด การเจาะ และการทดสอบประเภทอื่นๆ เพื่อระบุลักษณะคุณสมบัติทางกลของวัสดุ ส่วนประกอบ และผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปอย่างครบถ้วน ขึ้นอยู่กับความต้องการปริมาณงานของห้องปฏิบัติการของคุณ ระบบอัตโนมัติหลายระบบก็มีให้บริการเช่นกัน
ระบบทดสอบสากลสูงสุด 300 kN - ซีรีส์ 6800
ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ซีรีส์ 6800 ให้ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่ไม่มีใครเทียบได้ การยศาสตร์ที่ปรับปรุงแล้ว และประสบการณ์การทดสอบที่ดีขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติการในปัจจุบัน มีให้ในช่วงความจุแรง 0.02 N (2 gf) ถึง 300 kN
ระบบทดสอบสากลสูงสุด 300 kN - ซีรีส์ 3400
ระบบทดสอบซีรีส์ 3400 มอบความเรียบง่ายและประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับการทดสอบ QC ตามมาตรฐานประจำและการทดสอบทางกลทั่วไป มีให้ในช่วงความจุแรง 0.02 N (2 gf) ถึง 300 kN
ระบบทดสอบสากลอุตสาหกรรมสูงสุด 2000 kN
ซีรีส์อุตสาหกรรมของ Instron ประกอบด้วยเฟรมที่มีพื้นที่ทดสอบเดี่ยวหรือคู่ และมีความจุแรงตั้งแต่ 300 kN ถึง 2000 kN และใช้สำหรับทดสอบโลหะความแข็งแรงสูง โลหะผสม และคอมโพสิต
ระบบทดสอบอัตโนมัติ
ระบบทดสอบอัตโนมัติของ Instron ช่วยให้ห้องปฏิบัติการปรับปรุงปริมาณงาน ความสามารถในการทำซ้ำ และความปลอดภัย ในขณะที่ปลดปล่อยผู้ปฏิบัติการที่มีทักษะให้มุ่งเน้นไปที่งานที่มีคุณค่าอื่นๆ
