Zkouška tahem

Zkoušky tahem kontrolují materiály, jako je ocel, na jejich mez pevnosti v tahu. Standardizované vzorky pro zkoušky tahem umožňují vyvodit závěry o vlastnostech a chování v tahu příslušných materiálů.

Zkoušky tahem jsou normalizované kvazistatické zkušební metody, při nichž se měří určité parametry materiálu. Jedná se o destruktivní metody, protože zkoušené vzorky jsou často zatíženy nad mez kluzu. Zkoušky materiálů se provádějí na tahových zkušebních strojích a univerzálních zkušebních strojích. Tato zařízení zobrazují jednorozměrné pohyby v křivce napětí-deformace a v křivce síla-posunutí. Zjištěné parametry poskytují informace o vlastnostech a chování zkoušených materiálů v tahu. Který zkušební stroj se použije, závisí na specifických požadavcích. K dispozici jsou stroje od stolních systémů (3 kN) přes systémy s nosností 50 kN vybavené dvojitým vřetenem až po tahové zkušební stroje s vysokou nosností mezi 300 kN a 2000 kN.

Pro tahové zkušební stroje platí všeobecné normy DIN 51222, DIN EN ISO 6892-1 a DIN EN ISO 7500-1 pro kovové materiály a ISO 5893 pro plasty a pryž. Norma DIN 50125 stanoví požadavky na materiály zkušebního vzorku v tahu. Pro deformaci při přetržení se u některých materiálů používá měřená délka, zatímco u jiných materiálů se používá součinitel úměrnosti. Účelem zkušebního postupu je například zjistit, jakému zatížení materiál odolá bez plastické deformace, a při jaké síle se materiál zničí. Dále se zjišťují vlastnosti a deformační chování tuhé pěny, měkké pružné pěny, pryže a kompozitů vyztužených vlákny.

Průřez použitého vzorku závisí na zvoleném výchozím materiálu. Pokud má ocel velký objem, vyrobí se z plného materiálu vzorek s kruhovým průřezem. Pro materiálové zkoušky plechu se vyžaduje plochý vzorek v tahu (obdélníkový nebo čtvercový průřez). Tato zkušební metoda se přednostně používá ve strojírenství, protože umožňuje vyvodit závěry i o jiných typech zatížení.

Tahové zkoušky lze provádět pomocí dotykových (klipové extenzometry) a bezkontaktních měřicích systémů. U klipových extenzometrů se na vzorek přiloží nejméně dvě měřicí lopatky. Ty měří prodloužení vzorku upnutého mezi nimi. V současné době se bezkontaktní měření provádí pomocí digitálních, optických extenzometrů. Senzor umístěný v měřicím zařízení zachycuje změnu délky. Výhodou těchto měřicích zařízení je, že dokáží přesně zachytit i velmi rychlé deformace. Některé modely jsou vhodné i pro měření velmi horkých materiálů. Tyto extenzometry lze použít i pro destruktivní tahové zkoušky, protože udržují dostatečnou vzdálenost od vzorku.

Tradiční tahovou zkouškou je tzv. zkouška přetržením: Standardizovaný vzorek se upne do zkušebního stroje a s rostoucím tahovým zatížením se natahuje, dokud se nepřetrhne nebo neroztrhne. Používají se pouze artefakty s malým průřezem. Napínání vzorku se provádí bez rázů a při malé rychlosti. Během zkoušky se měří síla ovlivňující artefakt a délkové prodloužení v měřicím rozsahu. Statický zkušební stroj vygeneruje křivku síla-posunutí a zobrazí ji na monitoru počítače.

Tahové zkušební stroje obsahují pevnou a pohyblivou křížovou hlavu, která je poháněna jedním nebo dvěma vřeteny. Pohon funguje hydraulicky nebo elektricky. Před tahovou zkouškou se určí rychlost křížové hlavy a vzorek se upne mezi křížové hlavy pomocí držáků. Poté se křížová hlava pohybuje konstantní rychlostí jedním směrem, dokud se materiál nepřetrhne. Zkušební zařízení zaznamenává deformaci vzorku i potřebnou sílu pomocí křížové hlavy nebo extenzometru. Potom se tahové napětí a deformace vypočtou vztažením odečtených hodnot k rozměrům zkušebního vzorku v tahu. Tahové napětí se určí z průřezu před zkouškou. Deformace při porušení se vypočítá z posunutí křížové hlavy.

Při jiných tahových zkouškách jsou díly nebo vzorky vystaveny tahové síle, dokud není dosaženo požadovaného zkušebního zatížení. Jedná se o nedestruktivní tahovou zkoušku. Tyto zkoušky materiálů se provádějí, aby se zajistilo, že zatížený díl splňuje technické požadavky. Protože další zpracování mění vlastnosti materiálu, musí se materiál později znovu zkoušet.

Na základě křivky napětí-deformace vytvořené po tahové zkoušce se určí následující parametry:

• Pevnost v tahu
• Youngův modul (Modul pružnosti)
• Mez kluzu (dolní, horní)
• Mez kluzu
• Protažení do přetržení
• Rovnoměrné prodloužení
• Zúžení
  

Rozlišuje se horní a dolní mez kluzu. Horní mez kluzu popisuje bod, ve kterém je vzorek poprvé plasticky deformován. Vlákna materiálu se přetrhnou. To má za následek pokles napětí a trvalé prodloužení vzorku. Dolní mez kluzu popisuje bod po první deformaci, ve kterém je pokles tahového napětí nejvyšší. Poté se tahové napětí opět plynule zvyšuje. U vzorků se zřetelnou mezí kluzu se napětí před lomem snižuje: Napětí se dále zvyšuje, jakmile materiál začne téct. U materiálů bez zřetelné meze kluzu, jako jsou oceli tvářené a válcované za studena, dochází k lomu v oblasti meze pevnosti v tahu. Materiály, jako je nelegovaná konstrukční ocel (St 37), mají zřetelnou mez kluzu.

Tahové zkoušky se používají v mnoha průmyslových odvětvích a dnes jsou často podporovány bezkontaktními optickými měřicími zařízeními s kamerou. Tato měřicí zařízení poskytují přesnější výsledky měření a jsou vhodná i pro zkoušky, při nichž dochází k destrukci vzorku.