Sahaviriya Steel Industries PLC

การทดสอบแรงดึง

การทดสอบแรงดึง (ตอนที่ 2)

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

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

การทดสอบแรงดึง (ตอนที่ 1)

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

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

Spring back คืออะไร

โดยธรรมชาติ วัสดุทุกชนิดจะมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนรูปในลักษณะทั้งแบบยืดหยุ่นได้ (รูปร่างกลับมาเหมือนเดิม) และแบบถาวร (รูปร่างเปลี่ยนไปแบบถาวร ไม่เหมือนก่อนการเปลี่ยนรูป) ซึ่งการเปลี่ยนรูปดังกล่าวจะเป็นแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับแรงที่มากระทำกับวัสดุและค่าการกลับคืนตัวแบบยืดหยุ่นของวัสดุ โดยที่ถ้าแรงที่มากระทำกับวัสดุมากกว่าค่าการกลับคืนตัวแบบยืดหยุ่นของวัสดุ การเปลี่ยนรูปแบบถาวรก็จะเกิดขึ้นแต่ถ้าแรงที่มากระทำกับวัสดุไม่มากเกินค่าการกลับคืนตัวแบบยืดหยุ่นของวัสดุ วัสดุก็จะกลับคืนสู่รูปร่างเดิม

ในกรณีการดัดงอนั้น การกลับคืนตัวดังกล่าวเราเรียกว่า Spring back (อาจแปลเป็นไทยได้ว่า การดีดตัวกลับของวัสดุ) โดยที่ผลของ Spring back นั้นทำให้วัสดุที่ทำการดัดงอเกิดการดีดตัวหรือคลายตัวกลับไปในทิศทางเดิมก่อนที่วัสดุนั้นๆจะถูกดัด ซึ่งสิ่งนี้นับเป็นปรากฏการณ์ปกติที่เกิดขึ้นได้กับวัสดุที่มีรูปร่างเป็นแผ่นเรียบทั้งแบบบางและหนา วัสดุที่เป็นแท่ง ท่อกลม วัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้นบางๆ หรืออาจเป็นวัสดุที่มีหน้าตัดเป็นแบบอื่นๆ

ปัจจัยที่มีผลต่อ Spring back ได้แก่ รัศมีของมุมที่ถูกดัดที่เกิดขึ้นกับวัสดุและความหนาของตัววัสดุเอง ถ้ามีมุมที่ถูกดัดที่มากกว่า Spring back ก็จะเกิดขึ้นได้รุนแรงกว่า ในขณะที่วัสดุที่มีความหนากว่าก็จะมีการดีดตัวกลับของวัสดุที่น้อยกว่าเมื่อมีรัศมีการดัดโค้งที่เท่าๅกัน

ที่มา : Kalpakjian, S., and S.R. Schmid, Manufacturing Process for Engineering Materials, Prentice Hall, 2003

ติดต่อเอสเอสไอ (สำนักงานกรุงเทพฯ)

ติดต่อเอสเอสไอ (สำนักงานโรงงาน)

เชื่อมต่อกับเรา

We're on Social Networks. Follow us & get in touch.