ASTM D412 اختبار الشد لللدائن

ASTM D412 هو المعيار الأكثر شيوعًا لتحديد خصائص الشد للمطاط المفلكن (الحراري) واللدائن المرنة بالحرارة. تُستخدم المركبات الموجودة في هذه العائلة لإنشاء مجموعة واسعة من السلع الاستهلاكية مثل الإطارات وكرات القدم والأشرطة المطاطية. تنتج هذه العائلة أيضًا مواد عالية التخصص، مثل الحلقات الدائرية في المكوكات الفضائية، والتي يجب أن تعمل بشكل موثوق في ظل الظروف البيئية القاسية.
تم تصميم هذا الدليل لتعريفك بالعناصر الأساسية لاختبار الشد ASTM D412، وسيقدم نظرة عامة على معدات اختبار المواد والبرامج والعينات المطلوبة.

يقيس ASTM D412 مرونة المادة أثناء تعرضها لضغط الشد، بالإضافة إلى سلوكها بعد الاختبار عندما لا تتعرض المادة للضغط. يتم إجراء ASTM D412 على آلة اختبار عالمية (تسمى أيضًا آلة اختبار الشد) بمعدل 500 ± 50 مم / دقيقة حتى تفشل العينة. على الرغم من أن ASTM D412 يقيس العديد من خصائص الشد المختلفة، إلا أن ما يلي هو الأكثر شيوعًا:
قوة الشد – أقصى إجهاد الشد المطبق في تمديد العينة للتمزق.
إجهاد الشد عند استطالة معينة – الإجهاد المطلوب لتمديد المقطع العرضي الموحد لعينة الاختبار إلى استطالة معينة.
الاستطالة النهائية – الاستطالة التي يحدث فيها التمزق عند تطبيق إجهاد الشد المستمر.
مجموعة الشد – الامتداد المتبقي بعد تمديد العينة والسماح لها بالتراجع بطريقة محددة، معبرًا عنها كنسبة مئوية من الطول الأصلي.

العينات
يصف ASTM D412 طريقتين للاختبار، اعتمادًا على نوع العينة. يرجى العلم أن طريقتي الاختبار هاتين لا تنتجان نتائج متطابقة. تستخدم طريقة الاختبار "أ" عينات على شكل "الدمبل" أو "عظم الكلب"، بينما تم تصميم طريقة الاختبار "ب" للعينات على شكل حلقة. تُستخدم طريقة الاختبار "أ" بشكل أكثر شيوعًا من طريقة الاختبار "ب". ويجب قطع عينات عظم الكلب من لوح أو لوحة مصبوبة بالحقن. يعد الاتجاه الذي يتم فيه بثق الورقة أمرًا مهمًا لأنه ينتج نمطًا حبيبيًا دقيقًا في المادة. لتحقيق الاتساق، ينبغي قطع جميع العينات مع الجزء الطولي الموازي للحبوب.

قياس العينة
هناك ستة أنواع مسموح بها من عينات عظام الكلاب لاختبار ASTM D412 ونوعين مسموح بهما من عينات حلقات القطع. الشكل الأكثر شيوعًا الذي تم اختباره هو عينة عظم الكلب C المقطوعة بالقالب، والتي تتطلب طولًا إجماليًا يبلغ 115 مم (يبلغ طول المقياس 25 مم)، وعرض 6 مم، وسمك 3 مم. يجب قياس سمك العينة ثلاث مرات، مع كون القيمة المتوسطة هي القيمة المقبولة.
لضمان التوافق مع المعيار، يجب قياس جميع العينات المستخدمة لاختبار ASTM D412 باستخدام ميكرومتر وفقًا للمواصفة ASTM D3767. يسمح جهاز قياس العينات التلقائي للمشغلين بتوصيل ما يصل إلى ميكرومترين أو أجهزة قياس بالكمبيوتر وإدخال البيانات مباشرة في البرنامج. وهذا يقلل من فرص حدوث أخطاء في إدخال المشغل ويزيد من الكفاءة.

محاذاة العينة
من أجل إجراء الاختبار بشكل صحيح، يجب حمل العينات بشكل عمودي على وجوه الفك وعدم إمالتها بزاوية. يمكن أن يسبب اختلال العينة اختلافات كبيرة في نتائج الاختبار، وينبغي اتخاذ الرعاية المناسبة لضمان محاذاة جميع العينات بشكل متسق لكل اختبار.
تتمثل إحدى طرق معالجة المحاذاة الخاطئة في استخدام وجه فكي قريب من نفس عرض العينة، مما يجعل من السهل نسبيًا ضبط المحاذاة بصريًا. أسهل طريقة لمنع سوء المحاذاة هي استخدام جهاز محاذاة العينة الذي يتم تركيبه مباشرة على أجسام المقبض. هذا شريط بسيط يوفر نقطة توقف قابلة للتعديل حتى يتمكن المشغلون من معرفة بسهولة أن العينة الخاصة بهم قد تمت محاذاتها بشكل صحيح.

السيطرة
بمجرد تشديد السيطرة على العينات المرنة استعدادًا لإجراء الاختبار، يتم تطبيق قوى الضغط غير المرغوب فيها بشكل متكرر. هذه القوى، على الرغم من صغر حجمها، يمكن أن تتداخل مع نتائج الاختبار إذا لم يتم علاجها بشكل صحيح. ومن المهم أن لا تكون متوازنة بعد إدخال العينة، لأن هذا سيؤدي إلى إزاحة في النتائج. يمكن برمجة برنامج اختبار المواد Bluehill Universal لتطبيع القوى عبر عينات متعددة وإزالة أي قوة ركود أو ضغط، مما يضمن الحصول على نتائج متسقة بين العينات. تم تصميم حماية العينة، المتوفرة في آلات الاختبار العالمية من السلسلة 6800، لمنع تلف العينة أو النظام أثناء مرحلة إعداد الاختبار، قبل تحديد الحدود التشغيلية للاختبار. عند تشغيله، يقوم Specimen Protect تلقائيًا بضبط الرأس المتقاطع لإبقاء أي قوى غير مرغوب فيها ضمن حد معين.

ومع تمدد عينات المطاط الصناعي، يقل سمكها. لهذا السبب، توصي ASTM D412 بمقابض يتم إحكامها تلقائيًا. يضمن الضغط الثابت والموحد عبر وجوه الفك عدم انزلاق العينات الرقيقة من المقابض أثناء الاختبار. تعتبر المقابض الهوائية ذات الحركة الجانبية ذات الوجوه المسننة فعالة للغاية في اختبار اللدائن. باستخدام المقابض الهوائية، يتم ضبط ضغط الهواء الداخل تلقائيًا، مما يتيح لقوة الإمساك أن تظل ثابتة حتى إذا تغير سمك العينة بشكل ملحوظ أثناء الاختبار. هناك خيار فعال آخر وهو استخدام المقابض الدوارة ذاتية الشد، والتي تستخدم زنبركًا للضغط المستمر على العينة أثناء الاختبار. بالنسبة لأولئك الذين يستخدمون طريقة اختبار ASTM D12 B، يمكن اختبار عينات الحلقة O باستخدام تركيبات الحلقة O الخاصة بنا. تمنع هذه المقابض تركيزات الضغط المحلية باستخدام أعمدة دوارة في التركيبات العلوية والسفلية.

مقياس الامتداد
على الرغم من أن أجهزة قياس التمدد ليست مطلوبة بموجب المعيار، يوصى بقياس الضغط للحصول على النتائج الأكثر دقة وقابلة للتكرار. يمكن أن يكون قياس السلالة بناءً على السفر المتقاطع أقل دقة بسبب استطالة العينة خارج طول المقياس. تم تصميم مقاييس التمدد طويلة السفر للعمل مع المواد المرنة ويمكن استخدامها أيضًا من خلال كسر العينات. تعمل قوة التثبيت القابلة للتعديل على حواف السكين على تقليل الفشل المبكر للعينة. يمكن لمقياس التمدد هذا قياس الضغط بنسبة تصل إلى 3000% من طول مقياس يبلغ بوصة واحدة فقط.
يعد مقياس الامتداد غير الملامس مثل مقياس امتداد الفيديو القياسي أو المتقدم 2 هو الأكثر مثالية للمواد المرنة. إنها مناسبة بشكل خاص للعينات الهشة أو التي تتطلب غرفة بيئية للاختبار. توفر أجهزة قياس امتداد الفيديو غير المتصلة فائدة إضافية تتمثل في تقليل تباين النتائج بسبب تدخل المشغل وزيادة الكفاءة في المختبرات ذات احتياجات الإنتاجية العالية.

الغرفة البيئية
غالبًا ما تكون اللدائن التي تم اختبارها بموجب ASTM D412 مخصصة للاستخدام المستقبلي في ظل الظروف غير المحيطة. لأن الظروف المحيطة لها تأثير كبير على خصائص الشد من اللدائن، يجب الحرص على التأكد من أن ظروف الاختبار تحاكي تلك الخاصة بتطبيق الاستخدام النهائي المقصود. سرعة الاختبار، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وأبعاد العينة، وظروف الاختبار القبلي كلها لها تأثيرات ملحوظة على نتائج الاختبار ويجب التحكم فيها حتى يتمكن الاختبار من إنتاج بيانات مفيدة. للتأكد من أن هذه العناصر تحاكي تطبيق الاستخدام النهائي للمادة، يتم تنفيذ ASTM D412 بشكل متكرر داخل غرفة بيئية حيث يمكن استخدام التدفئة أو التبريد (LN2 أو CO2).

تتيح الغرف البيئية للمشغلين مراقبة درجة الحرارة داخل الغرفة طوال مدة الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ضبط وقت النقع ودرجة الحرارة لضمان تكييف جميع العينات بشكل مناسب قبل بدء الاختبار.