Ispitivanje zatezanjem

Ispitivanja zatezanjem ispituju materijale poput čelika, kako bi se utvrdila njihova maksimalna zatezna čvrstoća. Standardizovani uzorci za test zatezanja pomažu da se utvrde osobine i način ponašanja materijala pod opterećenjem.

Ispitivanje zatezanjem predstavlja standardizovanu, kvazistatičku metodu ispitivanja koja služi za precizno merenje definisanih parametara materijala. Ove metode spadaju u destruktivne jer se testirani uzorci često opterećuju iznad granice elastičnosti materijala. Testiranje materijala se obavlja pomoću mašina za zatezanje i univerzalnih ispitivača. Uređaji prikazuju kretanje u jednom pravcu kroz krive naprezanja i deformacije, kao i sile i pomeraja. Određeni parametri pružaju informacije o svojstvima i ponašanju materijala pri zatezanju. Izbor ispitne mašine zavisi od konkretnih zahteva. Mašine obuhvataju opremu od stonih sistema (3 kN) i sistema od 50 kN sa dvostrukim vretenom, do mašina za ispitivanje zatezanjem velikih kapaciteta opterećenja između 300 kN i 2000 kN.

Za ove mašine važe standardi DIN 51222, DIN EN ISO 6892-1 i DIN EN ISO 7500-1 za metale, dok se za plastiku i gumu primenjuje standard ISO 5893. Standard DIN 50125 precizira karakteristike koje materijal uzorka mora da ispunjava za potrebe ispitivanja zatezanjem. Prilikom merenja prekidnog istezanja, za određene materijale koristi se merna dužina, dok se za druge primenjuje faktor proporcionalnosti. Svrha ispitivanja je da se utvrdi maksimalna sila koju materijal može da izdrži pre nastanka trajne deformacije, kao i sila pri kojoj dolazi do loma. Pored toga, ispituju se svojstva i način deformacije tvrdih i mekih pena, gume i kompozitnih materijala sa vlaknima.

Oblik preseka uzorka zavisi od vrste početnog materijala. U slučaju čelika većeg volumena, ispitni uzorak sa kružnim poprečnim presekom se izrađuje direktno iz osnovnog materijala. Za ispitivanje zatezanjem limova koristi se ravan uzorak, pravougaonog ili kvadratnog poprečnog preseka. Ovaj postupak ispitivanja je posebno zastupljen u mašinstvu jer omogućava i donošenje zaključaka o drugim vrstama opterećenja.

Ispitivanja zatezanjem se mogu vršiti pomoću kontaktnih (mehaničkih ekstenzometara) i beskontaktnih mernih sistema. Kod mehaničkih ekstenzometara sa kvačicama, na uzorak se postavljaju najmanje dve lopatice. Ovi uređaji mere stepen istezanja uzorka koji se nalazi između njih. Danas se beskontaktna merenja vrše pomoću digitalnih, optičkih ekstenzometara. Senzor unutar mernog uređaja registruje izduženje. Ovi merni uređaji imaju tu prednost što tačno beleže i vrlo brza istezanja materijala. Neki modeli su takođe pogodni za merenje veoma vrućih materijala. Ovakvi ekstenzometri su pogodni i za destruktivne testove zatezanja, jer su dovoljno udaljeni od uzorka.

Tradicionalno ispitivanje zatezanjem je takozvani test lomljenja: Standardizovani ispitni uzorak se fiksira u mašinu za zatezanje i podvrgava postepenom povećanju opterećenja sve do tačke lomljenja. Koriste se isključivo uzorci sa malim poprečnim presekom. Istezanje uzorka se sprovodi bez udarnih opterećenja i pri maloj brzini. Tokom ispitivanja mere se sila koja deluje na uzorak i izduženje u mernom opsegu. Statička mašina za testiranje prikazuje krivu sile i pomaka na ekranu računara.

Mašine za ispitivanje zatezanjem sastoje se od fiksne i pomične glave, koju pokreće jedno ili dva vretena. Pogonski sistem može biti hidraulički ili električni. Pre ispitivanja zatezanjem definiše se brzina pomične glave, a uzorak se fiksira između glava pomoću držača. Zatim se pomična glava pomera konstantnom brzinom u jednom pravcu, sve dok ne dođe do lomljenja materijala. Ispitni uređaj beleži deformaciju uzorka, kao i potrebnu silu, koristeći pomičnu glavu ili ekstenzometar. Zatim se zatezno naprezanje i istezanje izračunavaju povezivanjem očitanih vrednosti sa dimenzijama uzorka za ispitivanje zatezanjem. Zatezno naprezanje se određuje na osnovu poprečnog preseka pre ispitivanja. Prekidno istezanje se izračunava na osnovu pomeraja pomične glave.

U drugim ispitivanjima zatezanjem, delovi ili uzorci se izlažu zateznoj sili sve dok se ne dostigne zahtevano ispitno opterećenje. Ovo je ne destruktivno ispitivanje zatezanjem. Takva ispitivanja materijala se rade da bi se proverilo da li deo pod opterećenjem ispunjava tražene tehničke uslove. Pošto dalja obrada menja svojstva materijala, on u kasnijoj fazi mora biti ponovo ispitan.

Iz krive naprezanje–deformacija, koja je rezultat ispitivanja zatezanjem, određuju se sledeće vrednosti:

• maksimalna zatezna čvrstoća
• Jungov modul
• granica razvlačenja (donja, gornja)
• granica tečenja
• prekidno istezanje
• ujednačeno istezanje
• suženje (necking)
  

Razlikuju se gornja i donja granica tečenja. Gornja granica tečenja označava trenutak kada se uzorak prvi put trajno deformiše. Dolazi do pucanja vlakana u materijalu. To dovodi do smanjenja naprezanja i trajnog istezanja uzorka. Donja granica tečenja označava trenutak posle prve deformacije kada je pad naprezanja najizraženiji. Zatim se zatezno naprezanje ponovo kontinuirano povećava. Kod uzoraka sa izrazitom granicom tečenja, naprezanje opada pre nego što dođe do pucanja: Materijal počinje da popušta, a istezanje se i dalje povećava. Kod materijala koji nemaju izrazitu granicu tečenja, poput hladno oblikovanih i valjanih čelika, do pucanje dolazi pri najvećem naprezanju. Materijali kao što je nelegirani konstrukcioni čelik (St 37) imaju jasno izraženu granicu tečenja.

Ispitivanja zatezanjem se primenjuju u mnogim industrijama, i sve češće ih prate optički beskontaktni uređaji sa kamerom. Ovi merni uređaji obezbeđuju preciznije rezultate merenja i pogodni su i za ispitivanja u kojima dolazi do loma uzorka.