گزارش آزمایشگاه مقاومت مصالح 2

کلیات: فولاد یکی از مهمترین مصالح ساختمانی است و پی بردن به مشخصات و کنترل کیفیت آن قبل از بکارگیری، از اهمیت بسیاری در بالا بردن درجه قابلیت اطمینان (Reliability) ساختمان برخوردار است. در اغلب کارخانجات تولید فولاد و صنایع فولادی برای تعیین جنس فولاد، حد گسیختگی کششی آن را در نظر می‌گیرند. بالطبع دقیق‌ترین روش تعیین این مقدار انجام آزمایش کششی می‌باشد.

هدف از آزمایش: منظور از آزمایش کشش تعیین حد ارتجاعی و تاب گسیختگی فلزات مختلف می‌باشد. همچنین با این آزمایش می­توان به ضریب ارتجاعی فلزات دست یافت. می­دانیم که ضریب مذکور در حد تناسب از این رابطه پیروی می‌کند:

که در آن  مقدار نیرو در واحد سطح مقطع نمونه () و  تغییر طول نسبی نمونه می­باشد ().

اثر تنش کششی بر اجسام:

بطور کلی فلزات را می­توان به دو دسته شکننده یا ترد (Brittle) و نرم (Ductile) تقسیم کرد. تفاوت این دو دسته در ساختمان ذرات آنها می­باشد. ساختمان ذرات شکننده طوریست که مقاوت به لغزش ذرات آنها بر روی هم بیش از نصف مقاومت جدا شدن ذراتشان می­باشد. در فلزات نرم، ذرات با مقاومت زیاد بهم چسبیده­اند ولی مقاومت به لغزش آنها روی هم کم است. به همین علت هنگامی که تحت کشش قرار گیرند قبل از اینکه تنش منجر به جدا شدن ذرات از هم بشود، ذرات روی هم لغزیده، مقطع قطعه باریک می­شود و به این ترتیب فلز گسیخته می­شود. چنانکه در دایره مور دیده می­شود، در حالیکه تنش کششی  وجود داشته باشد، ماکزیمم برش  روی مقطعی است که تحت زاویه 45 درجه نسبت به راستای تنش کششی قرار دارد. روی همین اصل است که در مورد فلزات نرم ضریب اطمینان را بر حسب تئوری ماکزیمم برش پایه­گذاری می­کنند، این امر در مورد فلزات نرم قابل قبول می­باشد. 

رابطه بین نیروی کششی و تغییر طول:

رابطه بین نیروی کششی یا تنش کششی (با فرض سطح مقطع اولیه) با تغییر طول نسبی متوسط (با فرض طول اولیه) یک منحنی است مانند شکل زیر، که دارای یک قسمت خطی است محدود به نیروی کششی Pp یا تنش کششی  که موسوم به حد تناسب است. در این ناحیه رابطه بین ازدیاد طول با نیروی کششی خطی است. در عمل حد تناسب را، که برای فولاد نرم برابر حد ارتجاعی است، برای سایر مواد برابر تنش نقطه­ای در منحنی می­گیرند که تغییر شکل ماندگار در آن نقطه برابر 001/0 درصد می‌باشد. حد ارتجاعی یکی از مشخصه­های اصلی مصالحی نظیر فولاد است.

حد ارتجاعی محدود به Pe یا  حدی است که اگر بار قبل از رسیدن به آن حد برداشته شود، جسم به حالت اولیه برمی‌گردد. گاه ضمن آزمایش، بار پس از رسیدن به حد جاری شدن، ناگهان تقلیل می‌یابد و منحنی مسیر خط‌چین را طی می‌نماید. در این حالت دو حد ارتجاعی فوقانی و تحتانی خواهیم داشت که حد تحتانی، مبنا و ملاک قضاوت می­باشد.

پس از حد ارتجاعی، رابطه بین نیروی کششی و تغییر طول یا تنش و تغییر طول نسبی، خطی نبوده بصورت منحنی است که در مورد بعضی از اجسام مانند آهن و فولاد نرم به صورت تقریباً افقی در می‌آید، یعنی بدون افزایش نیرو، تغییر شکل افزوده می­شود. این پدیده را جاری شدن و تنش مربوطه را حد جاری شدن می­نامند. برای بعضی از فولادها، پله جاری شدن مشخص نیست، در اینجا تنش یا نیروی کششی مربوط به حد ارتجاعی را مقداری در نظر می‌گیرند که تغییر طول نسبی دائمی به ازای آن، برابر 2/0 درصد طول اولیه می‌باشد. در مورد این نوع فولادها نیز چون حد تناسب و حد ارتجاعی بسیار به یکدیگر نزدیک می‌باشند، آنها را برابر می­گیرند:   

اگر بار را باز هم افزایش بدهیم، فلز دوباره مقاوم شده و ازدیاد طول آن به ازای ازدیاد نیروی کششی انجام می‌پذیرد. این پدیده را سخت شدن مجدد فولاد یا سخت­گرایی می­نامند. افزایش نیرو و تغییر شکل همچنان ادامه می‌یابد تا اینکه نیروی کششی به Pu و یا تنش کششی به  برسد. در این لحظه نقطه­ای از فولاد که احیاناً ضعیفتر است باریک و مقدار تنش در این مقطع بیشتر می­گردد و بالاخره میله در این مقطع گسیخته می­شود. به این پدیده اصطلاحاً Striction Necking  می­گویند.

چنانکه در شکل بالا دیده می‌شود منحنی پس از گذشتن از  بطرف پایین می‌آید و بازای نیروی کششی  و تنش گسیختگی  گسیخته می‌شود. علت این است که ما تنش را با سطح مقطع اولیه سنجیده‌ایم و چون در موقع گسیخته شدن فک‌های ماشین نیروی کمتری وارد می‌کنند پس مقدار تنش گسیختگی که به طریق فوق محاسبه می‌شود از مقدار  کمتر می‌باشد.

اگر درباره توزیع ازدیاد طول در نمونه مطالعه کنیم در می‌یابیم که این ازدیاد طول بطور یکنواخت در تمام طول نمونه انجام نشده بلکه قسمت اعظم آن در مجاورت مقطع گسیختگی ایجاد شده است. این تحقیق را می‌توان با علامت‌گذاری به فاصله‌های مناسب روی نمونه‌ تحت کشش انجام داد.

میزان ازدیاد طول یک نمونه آزمایش شده را معمولاً با درصد ازدیاد طول مشخص می‌سازند. به این ترتیب که اگر دو قسمت گسیخته شده نمونه‌ای بطول l را پهلوی هم بگذاریم و طول آن را اندازه بگیریم درمی‌یابیم نسبت به حالت اولیه به اندازه  تغییر یافته و از آنجا:

درصد ازدیاد طول

رابطه تنش کششی واقعی و تغییر طول نسبی واقعی در یک مقطع:

هرگاه میزان نیروی کششی در هر لحظه را به سطح مقطع میله در همان لحظه تقسیم کنیم تنش کششی حقیقی بدست می‌آید. البته این مقدار برای حد ارتجاعی و حد جاری شدن، به علت کوچک بودن تغییرات سطح مقطع میله تقریباً برابر مقدار  می‌باشد (A0 سطح اولیه میله است). ولی برای مرحله نزدیک گسیختگی چون میله در این موقع باریک شده و تغییرات سطح مقطع زیاد است تنش کششی حقیقی تفاوت زیادی با مقدار تنش محاسبه شده به طریق قبلی دارد. با اندازه‌گیری قطر مقطع به ازای هر نیروی معینی به خصوص در لحظات گسیختگی می‌توان تنش کششی واقعی را بدست آورد.

مقدار تغییر طول نسبی متوسط که به طریق قبلی بدست می‌آید بسیار تقریبی است، زیرا اولاً در مراحل اولیه بارگذاری مقدار تغییر طول را به طول اولیه تقسیم می‌کنیم و این خود یک خطای کوچک است. چون در این مرحله هم تمام میله تغییر شکل یکنواخت نداده است، مثلاً قسمتی از میله که داخل گیره ماشین می‌باشد ممکن است اصلاً تغییر شکل ندهد. ثانیاً در مراحل گسیختگی مقدار تغییر طول کل را به طول کل میله تقسیم می‌کنیم در صورتی که منطقه باریک شده تغییر طول نسبی بیشتری دارد تا نقاط دیگر و یا به عبارت دیگر این مقدار در طول میله ثابت نمی‌باشد. برای پیدا کردن مقدار دقیق تغییر طول نسبی به طریق زیر عمل می‌کنیم:

فرض می‌کنیم قطعه‌ای از میله مورد آزمایش به طول اولیه l0 باشد و پس از وارد کردن بار بطور تدریجی طول آن به l1 برسد. در یک لحظه غیر مشخص که طول میله l است ( l0 < l < l1) به علت اضافه کردن نیروی کششی به اندازه dP مقدار dl به طول آن اضافه می‌گردد بنابراین مقدار تغییر طول نسبی در این لحظه برابر با dl/l می‌شود، پس مقدار کل تغییر طول نسبی میله در ناحیه بطول اولیه l0 برابرست با:

از طرف دیگر می‌دانیم که مطابق قانون پواسن مقدار حجم میله ثابت می‌ماند، یعنی l1A1=l0A0  پس  که در آن A1 , A0   سطح مقطع میله در دو حالت اولیه و نهایی است.

پس مقدار تغییر طول نسبی واقعی را می‌توان به صورت عبارت زیر در آورد:

D1 , D0  قطر مقطع میله در دو حالت اولیه و نهایی است. بنابراین برای یک نقطه غیر مشخص از میله مورد آزمایش با در دست داشتن D1 , D0 می‌توان دقیقاً مقدار تغییر شکل نسبی واقعی را بدست آورد.

چنانکه دیده می‌شود این مقدار به هیچ وجه بستگی به طول اولیه l0 و یا طول نهایی l1 ندارد، بنابراین در مورد مقطع گسیخته شده با فرض کوچک بودن l0 می‌توان مقدار تغییر طول نسبی حقیقی را با اندازه‌گیری قطر مقطع مزبور دقیقاً محاسبه کرد.

پدیده باریک شدگی موضعی یک عضو کششی:

یک میله یکنواخت که بر آن کشش محوری وارد شده را در نظر می‌گیریم و توزیع تنش روی سطح مقطع میله یکنواخت فرض می‌شود. بعد از آغاز سیلان خمیری، حجم میله تقریباً ثابت مانده و افزایش طول با کاهش سطح مقطع میله جبران می‌گردد. اگر کاهش اتفاقی بسیار کوچکی در مساحت یک مقطع اختیاری میله را در حالی که مساحت سایر مقاطع تغییری نکند، مورد مطالعه قرار دهیم، چون نیروی کششی در تمام مقاطع یکسان است بنابراین مقدار تنش در مقطع کوچکتر، کمی بیش از سایر نقاط میله می‌باشد. این مطلب باعث ایجاد تغییر شکل خمیری بیشتری در حوالی این مقطع و در نتیجه کاهش مساحت آن در مقایسه با سایر مقاطع می‌گردد.

ناپایداری این سلسله حوادث و بالاخره باریک شدن محل مذکور بستگی به میزان سخت شدن ماده میله دارد. اگر افزایش در مقدار تغییر شکل نسبی، ماده را به اندازه کافی سخت نماید، سیلان پلاستیک در این مقطع شدت یافته و باریک شدن رخ می‌دهد.

ازدیاد طول گسیختگی گاهی برای فولاد نرم به بیش از 30% هم می‌رسد و برای فولادهای ساختمانی معمولی حدود 20 تا 24 درصد است. در فولادهای سخت این نسبت بین 7 تا 10 درصد می‌باشد. فولادهای سخت که به حالت سرد اصلاح شده‌اند، بدون ظهور پدیده باریک‌شدگی موضعی، در کشش گسیخته می‌شوند. علت این تفاوت رفتار فولادها را می‌توان در ساختار داخلی متفاوت آنها جستجو کرد. در فلزات نرم، ذرات با مقاومت زیاد به هم چسبیده‌اند ولی مقاومت در مقابل لغزش روی یکدیگر، در آنها کم می‌باشد. به همین علت هنگامی‌که این فلزات تحت کشش قرار می‌گیرند، قبل از اینکه تنش منجر به جدا شدن ذرات از هم شود، ذرات لغزیده و مقطع باریک می‌شود.

مطالعه باریک شدن میله کششی:

برای مطالعه این موضوع فرض می‌کنیم منحنی « تنش حقیقی (نیروی کشش لحظه‌ای بر سطح مقطع لحظه‌ای) ـ تغییر طول نسبی متوسط (نسبت به طول اولیه) » در دست باشد. عضو کوچکی به طول L0 از میله را در نظر می‌گیریم که در اثر نیروی کششی F سطح مقطعش از  A0 به A1 کاهش یافته و طولش به اندازه  افزایش یافته باشد. پس:

تغییر طول نسبی متوسط                        تنش حقیقی 

اگر در سیلان خمیری، تغییر حجم صفر فرض شود، خواهیم داشت:

حالا اگر اثرات ناشی از یک تغییر کوچک در  را بررسی کنیم، میزان تغییر در مساحت لحظه‌ای با مشتق‌گیری از رابطه بالا بدست می‌آید:

و اما  را می‌توان چنین بدست آورد:

و از آنجا:

برای بررسی میزان تغییر F از رابطه مقابل استفاده می‌گردد:                                   

و یا 

اگر مقدار  باشد لازمه تغییر طول خمیری بیشتر عضو، افزایش مقدار نیروی کششی محوری است. علاوه بر این اگر  برای کلیه مقادیر  مثبت باشد تابع F یک تابع صعودی از تغییر شکل نسبی  می‌باشد، یعنی هرچه تغییر طول نسبی عنصر بیشتر می‌شود نیروی بیشتری جهت ادامه یافتن تغییر طول لزوم پیدا می‌کند. اگر فرض کنیم که میله از تعداد بسیار زیادی از چنین عناصری ساخته شده، ملاحظه می‌گردد که برای  تغییر شکل نسبی در عناصری که دچار تغییر شکل نسبی کوچکتری شده‌اند متمرکز می‌گردد. بنابراین اگر بر حسب اتفاق، یکی از عناصر دچار تغییر شکل نسبی بیشتری از مجاورین خود گردد، تا زمانی که مقدار تغییر شکل نسبی در بقیه عناصر کوچک است، این عنصر در ازدیاد طول شرکت نمی‌کند. بنابراین وقتی  مثبت است توزیع تغییر شکل نسبی یکنواخت پایدار می‌باشد یعنی انحراف از توزیع یکنواخت با ادامه تغییر شکل میله کاهش می‌یابد.

از طرف دیگر اگر  منفی باشد تابع  نزولی بوده و تغییر طول نسبی یکنواخت، ناپایدار است. در این حالت اگر بر حسب اتفاق تغییر شکل نسبی عنصری بیش از سایر عناصر میله گردد، نیروی لازم برای ادامه سیلان آن کوچکتر می‌شود. در نتیجه کلیه ازدیاد طول میله در این عنصر متمرکز گردیده و باریک شدن رخ می‌دهد و ادامه ازدیاد طول، نیروی محوری را کاهش می‌دهد. بدین ترتیب در حالیکه تغییر شکل نسبی موضعی افزایش یافته و مساحت بخش باریک شده کاهش می‌یابد، از بقیه عناصر میله باربرداری می‌گردد. (منحنی ترسیمی بوسیله ماشین به همین دلیل در قسمت انتهایی خود به طرف پایین خم می‌شود). مرز بین پایداری و ناپایداری یکنواختی توزیع کرنش و یا به عبارت دیگر لحظه شروع باریک شدن با شرط مشخص می‌گردد. این شرط به این ترتیب بیان می‌شود:

تحت این شرط تغییر شکل نسبی می‌تواند بدون تغییر در مقدار نیروی کششی بطور موضعی افزایش یابد. در این حالت میله، حامل حداکثر نیرویی که قادر به تحمل آن است یعنی Fmax می‌باشد (در آزمایش، این نیرو بوسیله عقربه ثابت ماشین نشان داده می‌شود). مقدار  «مقاومت کششی» یا تاب کششی میله نامیده می‌شود.

در صورت معلوم بودن منحنی تنش حقیقی ـ کرنش متوسط، نقطه‌ای را که در آن شرط  ارضا می‌شود را می‌توان به ترتیب زیر بدست آورد (شکل زیر):

واحد

نقطه B را که در سمت چپ به فاصله واحد از مرکز مختصات واقع شده در نظر می‌گیریم. شیب مماس BP بر منحنی تنش حقیقی ـ تغییر شکل نسبی متوسط برابر  می‌باشد. بنابراین نقطه P نشان دهنده لحظه شروع باریک شدن است. در ضمن فاصله OC برابر تاب کششی است؛ زیرا از تشابه مثلثها نتیجه می‌شود:

تاب کششی

شکل منحنی‌های نیرو ـ تغییر شکل نسبی برای فولادهای مختلف:

نحوه گسیختگی برای فلزات و آلیاژها مختلف متفاوت است. در فلزات شکننده در اثر کشش، تغییر شکل در تمام طول میله ایجاد شده و حد مشخصی برای رفتار ارتجاعی مشهود نیست. در این نوع فلزات هر قدر نیرو را زیاد کنیم تغییر شکل هم بطور مستقیم زیاد می‌شود تا حدی که به گسیختگی فلز منجر می‌شود و این گسیختگی بطور ناگهانی بوده و تقریباً بدون تغییر شکل دائم انجام می‌گیرد.

در فلزات نرم وقتی که تنش به نزدیکی حد جاری شدن برسد تغییر شکل خمیری شروع شده، یکی از مقاطع که به علتی ضعیف‌تر بوده است شروع به باریک شدن می‌کند و مقاومت آن هم به همین دلیل بیشتر کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر مقاومت قطعه از ماکزیمم خواهد گذشت، هر گاه سرعت انجام تغییر شکل خمیری نمونه از سرعت کشش ماشین کمتر شود قطعه گسیخته خواهد شد.

در آلیاژهای فولاد هر قدر درصد کربن زیادتر باشد فلز حاصل سخت‌تر و شکننده‌تر است. در صورتی که آهن خالص (بدون کربن) فلزی است بسیار نرم و قابل تغییر شکل.

دیاگرام متداول و دیاگرام واقعی تنش ـ تغییر شکل:

شکل مقابل یک نمونه از دیاگرام متداول تنش ـ تغییر شکل نسبی را در مورد فولاد نرم به نمایش می‌گذارد.

چنانکه از شکل منحنی پیداست منحنی در قسمت آخر نزول کرده است و نقطهd  که فولاد به تنش گسیختگی خود می­رسد نقطه ماکزیمم تنش منحنی نیست در صورتی که تنش گسیختگی باید بیشترین مقدار تنش موجود در نمونه در طول بارگذاری باشد. از اینجا نتیجه می­گیریم که شکل مورد بحث تنش واقعی حد گسیختگی را نشان نمی­دهد.

اگر تنش‌ها را در لحظات مختلف آزمایش، خارج قسمت بار بر سطح حقیقی در آن لحظه در نظر بگیریم دیاگرامی بدست می­آید که دیاگرام واقعی کشش می­باشد. در شکل بالا این دیاگرام بصورت خط‌چین به نمایش گذاشته شده است. شکل این دیاگرام با دیاگرام واقعی قدری فرق دارد، بخصوص برای آلیاژهای نرم که تقلیل قابل ملاحظه­ای دارند، منحنی بعد از عبور از بار حداکثر بطرف پایین متمایل و همیشه گسیختگی در نقطه­ای با تنش واقعی بیشتر از تنش مربوطه رخ می­دهد. بر طبق این روش تنش واقعی عبارت است از  که A سطح مقطع می­نیمم قطعه در هر لحظه است.

اصولا در فلزات شکننده این دو دیاگرام بر هم منطبق هستند. در فلزات نرم هم چنانکه دیده می‌شود تا تغییر شکل­ها ودر نتیجه کاهش مقطع کوچک است، دو دیاگرام بر هم منطبق هستند و از نقطه b به بعد تنش اول و تنش واقعی از هم جدا می­شوند.

فولاد­های اصلاح شده:

شکل مقابل نشان می‌دهد که اگر نمونه فلزی را تا نقطه‌ای بعد از حد ارتجاعی آن بارگذاری کرده سپس شروع به باربرداری کنیم بازگشت منحنی تنش ـ تغییر شکل نسبی بر روی منحنی اولیه نبوده بلکه روی خطی مانند BB' که خط راستی موازی OA (منحنی ارتجاعی بارگذاری) است انجام می­پذیرد. وقتی که کاملاً بار را برداریم در فلز یک تغییر طول به اندازه OB' خواهیم داشت. اگر این فلز را مجدداً بارگذاری کنیم این بار حد ارتجاعی بیشتری را نشان داده و خط BB' منطقه ارتجاعی منحنی بارگذاری را تشکیل می­دهد.

مشاهده پدیده فوق فکر اصلاح فولاد را بوجود آورده است. به این ترتیب که سعی کرده­اند به طریقی حد ارتجاعی فولاد را بالا ببرند و در نتیجه کریستال‌های فولاد را در برابر لغزش مقاوم‌تر نمایند. اولین تلاش‌ها برای اصلاح میلگردهای فولادی از طریق کشش بی­نتیجه ماند زیرا نتایج حاصل از کشش جنبه موضعی داشته و نمونه بطور یکنواخت در تمام طول تقویت نمی­شد.

امروزه فولادها را به روشهای مختلف زیر اصلاح می­کنند:

1)         استفاده از کشش و پیچش بطور همزمان:

میله فولادی استوانه­ای یا منشوری را می­پیچانند و بطور همزمان تحت کشش نیز قرار می­دهند و در آن تغییر شکل ماندگار ایجاد می­کنند. نکته اصلی این روش این است که اصلاح فولاد در تمام طول قطعه بطور یکنواخت صورت می­گیرد.

2)         کشش سرد:

با عبور دادن میلگرد از بین بالشتک‌ها وغلتک‌ها در شرایط خاص، تمام طول به کشش واداشته شده و تغییر شکل ماندگار کششی در تمام طول آن بوجود می­آورند. همچنین در اثر تماس با غلتک‌ها، فرورفتگی­های کوچکی در رویه میلگرد پدیدار می­شود که می­تواند به پیوستگی آن با بتن کمک نماید.

3)        نوردیدن سرد وکنگره­دار کردن:

میلگرد گرم نورد شده را مجدداً با نوردهای خاص و به حالت سرد نورد می­نمایند و در سطح آن فرورفتگی و برآمدگی­هایی به وجود می­آورند. در اثر این تغییرات که مستلزم تغییر شکل سه محوری فولاد است، فولاد سخت شده و مشخصات مکانیکی آن بالا می‌رود. کنگره‌ها (یا دندانه‌ها) به افزایش پیوستگی میلگرد با بتن کمک می­کند.

دستورالعمل انجام آزمایش کشش روی فولاد:

در ماشین‌های آزمایش معمولاً دو قسمت مجزا وجود دارد، یکی قسمت تولید کننده نیرو و دیگری قسمت اندازه­گیری نیرو. بهتر است این دو قسمت از هم جدا باشند تا اگر در دستگاه‌های نیرو عیبی رخ داد این عیب به دستگاه‌های اندازه­گیری سرایت نکند.

قسمت مهم دیگر دستگاه کشش، گیره‌های آن می­باشد که نیروی اندازه­گیری شده را به نمونه انتقال می­دهد. لغزیدن نمونه درون گیره یا عدم جاگیری صحیح نمونه در گیره (که باعث ایجاد خمش در نمونه می­شود) در نتایج آزمایش اثرات نامطلوبی بجای می­گذارد. گیره‌های اغلب ماشین‌های آزمایش از نوع گره‌ای می­باشند.

این ماشین دارای دو فک می­باشد که دو سر نمونه در گیره‌های گوه­ای آن قرار می­گیرد. فک بالایی ثابت بوده و فک پایینی متحرک است.

نیروی کششی که به نمونه وارد می­شود از طریق شاهین‌هایی به صفحه مدرج منتقل می­شود. این صفحه که بر حسب بار مدرج شده، دارای عقربه­ای است که یکی بر حسب میزان بار حرکت کرده و عقربه دیگر که به موتور وصل نیست در جهت عقربه­های ساعت با عقربه اول حرکت می­کند. وقتی بار از روی دستگاه برداشته می­شود عقربه اول روی صفر برمی‌گردد ولی می‌توان از روی عقربه دوم مقدار بار را خواند.

در انتهای اهرم، چهار وزنه جای دارد که می‌توان تمام یا بعضی از آنها را روی محور جای داد. چنانچه تمام وزنه­ها برداشته شوند حداکثر نیروی کششی وارده یک تن است و هرگاه از دو وزنه استفاده شود حداکثر نیروی وارده 5 تن و با استفاده از 4 وزنه نیروی کششی وارده 10 تن می‌باشد. بدین صورت می‌توان از 3 ردیف درجه بندی روی صفحه که برای 1 و 5 و10 تن می‌باشد بسته به مورد استفاده کرد.

مشخصات نمونه:

برای آزمایش کشش معمولاً در مورد قطرهای بالای 10 میلی‌متر از نمونه 40 سانتی‌متری استفاده می‌شود.

میلگردهای با قطر بالا را معمولاً به وسیله تراشکاری به قطر دلخواه (حدوده 12 میلی متر) در می‌آورند. طول منطقه تراشکاری شده باید حتی‌المقدور بیش از طول مبنا باشد. طول مبنا که ازدیاد طول نسبی روی آن اندازه‌گیری می‌شود برای میلگردهایی که قطرشان از 10 میلی‌متر بیشتر است برابر 20 سانتی‌متر است ولی آزمایش کشش روی نمونه‌های با قطر کمتر از 10 میلی‌متر هم انجام می‌پذیرد که در این مورد ازدیاد طول نسبی روی طولی مساوی 10 برابر قطر میلگرد تعیین می‌گردد. به عبارت دیگر طول مبنا برای این نمونه‌ها 10 برابر قطر میلگرد است.

روش انجام آزمایش:

طولی مساوی 10 سانتی‌متر به وسیله سمبه نشان با ضربه چکش روی نمونه مشخص می‌کنیم و سعی می‌کنیم این طول تقریباً در وسط نمونه باشد. نمونه را بین فک‌های ماشین محکم می‌نماییم. یک دوربین را که فاصله دو فک آن 5 سانتی‌متر است روی میله نصب می‌کنیم و عدد 10 آن را بر خط سیاه نشانه منطبق می‌نماییم. سپس به وسیله فلکه دستی اعمال نیروی کششی را بر نمونه شروع می‌کنیم. سپس به ازای هر افزایش 1 درجه روی دوربین، نیرو را از روی صفحه مدرج می‌خوانیم. البته صفحه مدرج در ابتدا دارای یک مقدار اولیه است. هر درجه دوربین  میلی‌متر افزایش طول قطعه‌ای به طول 5 سانتی‌متر را نشان می‌دهد. بنابراین می‌توان افزایش طول نسبی نمونه 5 سانتی‌متری را به ازای افزایش نیرو بدست آورد. بارگذاری را ادامه می‌دهیم تا زمانی که ناظر، شاهد افزایش سریع درجات دوربین باشد. در این لحظه نیروی وارده حد ارتجاعی را نشان می‌دهد؛ زیرا در حد ارتجاعی بدون افزایش نیرو ازدیاد تغییر شکل خواهیم داشت.

پس از رسیدن به حد ارتجاعی باربرداری می‌کنیم و سپس دوباره بارگذاری می‌کنیم و مانند بار اول ادامه می‌دهیم و اعداد را در جدولی یادداشت می‌کنیم و این کار را برای بار سوم نیز تکرار می‌کنیم. همان‌طور که در پیش گفته شد این کار سبب افزایش حد ارتجاعی فولاد می‌شود. پس از مرحله سوم، فلکه دستی را آنقدر می‌چرخانیم تا میله گسیخته شود و نیروی گسیختگی را از روی صفحه مدرج می‌خوانیم و در مرحله بعد برای فولاد آجدار اصلاح شده نیرو را با الکترومتر وارد کرده و مانند فولاد ساده حد ارتجاعی و حد گسیختگی را یادداشت می‌کنیم. این نحوه انجام آزمایش اجازه می‌دهد:

1)         ضریب ارتجاعی در بارگذاری را ارزیابی کنیم.

2)         حد ارتجاعی را بدست بیاوریم.

3)        تاب کششی را بدست آوریم.

4)        درصد کوچک شدن مقطع را پیدا کنیم.

5)        ازدیاد طول نسبی گسیختگی را تعیین کنیم.

نکات زیر در انجام آزمایش باید مورد توجه قرار گیرد:

1)         برای یافتن تنش متعارف در هر نقطه و رسم منحنی تنش ـ تغییر شکل نسبی میلگرد احتیاج به دانستن سطح مقطع داریم. اگر میلگردها آجدار باشند به وسیله کولیس قطر آنها را نمی‌توانیم اندازه بگیریم لذا از رابطه زیر استفاده می‌کنیم:

2)                 از آنجا که می‌خواهیم ماشین، منحنی نیرو ـ تغییر شکل نسبی را رسم نماید نمونه نباید در فکهای ماشین بلغزد. از این جهت برای یافتن دقیق بار گسیختگی برحسب منخنی نیرو ـ تغییر شکل حتی المقدور نمونه‌هایی را به کار می‌برند که انتهای آنها پهن‌تر است و به تدریج باریک می‌شوند و در وسط، قطر آنها یکنواخت می‌شود.

3)                سرعت آزمایش: منحنی نیرو ـ تغیـیر شکـل نسبی، تابع طرز ازدیاد نیروی F می‌باشد. چنانچه مقدار نیروی F با سرعت زیاد شود حد گسیختگی بیشتری بدست خواهد آمد. علت اینست که اغلب اجسام در مقابل نیروهایی که در مدتی کوتاه بر آنها وارد می‌شود بهتر مقاومت می‌نمایند و بر عکس چنانچه نیرو بتدریج زیاد شود تغییرشکل نیز تدریجاً انجام شده و تاب گسیختگی کمتری بدست خواهد آمد. پس برای اینکه نتیجه آزمایش یک فلز همیشه یکسان باشد لازم است که مدت و طرز ازدیاد نیروی F معلوم باشد که آزمایش کشش آیین‌نامه‌ ASTM پنج راه را پیشنهاد می‌کند که هر کدام از درجه دقت معینی برخوردار است. (رجوع شود به ASTM-E861T)

چنانچه در شرح آزمایش در بکارگیری هیچ یک از این روش‌ها تأکید مخصوص نشده باشد می‌توان تا نیمه تنش تسلیم یا  تنش گسیختگی هر کدام که کوچکتر بودند نیرو را با هر سرعتی که برای آزمایش کننده مناسب است، وارد کرد ولی پس از آن حتماً باید سرعت در محدوده مشخص شده باشد. به همین دلیل است که در قسمت دوم آزمایش از الکتروموتور استفاده می‌کنیم.

تعیین نقطه تنش تسلیم از طریق حرکت عقربه ساعت صورت می‌گیرد. که این بخش در قسمت توضیحات ماشین ارائه گردید.

تاب گسیختگی را از تقسیم بار حداکثر وارده به نمونه بر سطح مقطع اولیه آن بدست می‌آورند.

ازدیاد طول نمونه را پس از گسیختگی با کنار هم قرار دادن و جور کردن دقیق دو تکه نمونه و اندازه­گیری فاصله بین نشانه­هایی که قبلاً روی نمونه گذارده شده بود، بدست می­آورند. ازدیاد طول با زیاد شدن طول مبنا افزایش می­یابد، به این دلیل این ازدیاد طول بصورت درصدی از طول اصلی مبنا بیان می­شود. در گزارش مقدار ازدیاد طول، هم باید درصد ازدیاد طول و هم طول مبنا ذکر شود.

تعیین سطح مقطع میله: با پهلوی هم گذاشتن نمونه گسیخته شده وجور کردن آنها و اندازه‌گیری قطر در کوچکترین مقطع با همان دقت اندازه­گیری، قطر اولیه تعیین می­شود.

محاسبه ضریب ارتجاعی (E): در قسمت خطی منحنی تنش ـ تغییر شکل نسبی می­توان از رابطه  که به قانون هوک معروف است، برای تعیین مقدار E استفاده نمود.

نتایج آزمایش بارگذاری برای فولاد ساده

نیرو در ابتدای هر مرحله (kg)							Dl (mm)
	4-10× 6	4-10× 5	4-10× 4	4-10× 3	4-10× 2	4-10	e =Dl / l
320			1200	900	550	370	F (kg)	مرحله ‌اول
			2113	1584	968	651	s = F/A (kg/cm2)
320		1500	1340	830	620	350	F	مرحله ‌دوم
		2640	2359	1461	1092	616	s
370	2800	2200	1560	900	650	400	F	مرحله‌سوم
	3406	2676	1898	1095	791	487	s

نیروی گسیختگی برای فولاد ساده: kg 1990

همچنین با توجه به نتایج آزمایش، اعداد زیر برای فولاد آجدار بدست می­آیند:

نیروی حد ارتجاعی: kg 2900

نیروی حد گسیختگی: kg 4500

محاسبه سطح مقطع برای فولاد ساده و آجدار با استفاده از فرمول ارائه شده در متن:

فولاد ساده:

جرم =  gr184.6              طول = mm 414   

فولاد آجدار:

جرم = gr 267.8                  طول = mm  415

محاسبه حد ارتجاعی و حد گسیختگی:

فولاد ساده:

- حد ارتجاعی    

N/mm2

- حد گسیختگی

N/mm2

فولاد آجدار:

- حد ارتجاعی

N/mm2

- حد گسیختگی

N/mm2

محاسبه ازدیاد طول:

- فولاد ساده

- فولاد آجدار

محاسبه نسبت تغییرات مقطع:

- فولاد ساده

 قطر ثانویه فولاد ساده

سطح مقطع ثانویه فولاد ساده A

- فولاد آجدار

 قطر ثانویه فولاد آجدار

 سطح مقطع ثانویه فولاد آجدار A

همانطور که مشاهده می‌شود نتایج حاصل از محاسبات فوق با مقادیری که در بخش قبل بدست آمدند تفاوت قابل ملاحظه‌ای دارد که علت اصلی آن این است که میلگردها به هیچ وجه استاندارد نمی‌باشند به طوری که سطح مقطع آنها در نقاط مختلف متفاوت است.

محاسبه E:

- فولاد ساده

- فولاد آجدار

و همانطور که ملاحظه می‌شود مقادیر بدست آمده تقریباً دو برابر E فولاد هستند؛ علت این امر آن است که اولاً این فولاد همگن نمی‌باشد، ثانیاً در ابتدا که فولاد بین فکین قرار می‌گیرد دارای نیروی اولیه حدوداً kg 300 می‌باشد.