Hướng Dẫn Chi Tiết Cách Kiểm Tra Độ Bền Kéo Chuẩn Xác, Dễ Hiểu

Kiểm tra độ bền kéo là gì?

Kiểm tra độ bền kéo (TENSILE TESTING) là một hình thức thử nghiệm cơ học  được thực hiện bởi các kỹ sư hoặc nhà khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu tại các cơ sở sản xuất và nghiên cứu trên toàn thế giới. 

Trong bài kiểm tra này một lực kéo (hoặc lực căng) được tác dụng lên mẫu vật liệu để đo lường phản ứng của vật liệu đối với ứng suất kéo (hoặc lực kéo). Loại thử nghiệm này cung cấp cái nhìn sâu sắc về các tính chất cơ học của vật liệu và cho phép các nhà thiết kế sản phẩm có thể điều chỉnh tính chất vật liệu sao cho tối ưu nhất trong từng ứng dụng cụ thể

Tại sao bạn cần kiểm tra độ bền kéo đứt của vật liệu?

Thử nghiệm kéo sẽ giúp mô tả đặc tính vật liệu điều này rất quan trọng đối với các nhà sản xuất và nhà nghiên cứu trong tất cả các ngành công nghiệp. Để một vật liệu được lựa chọn lắp đặt cho một sản phẩm hoặc ứng dụng mới, các nhà nghiên cứu phải đảm bảo rằng nó có thể chịu được các lực cơ học mà nó sẽ gặp phải trong quá trình sử dụng thực tế của nó.

Ví dụ:

Đối với lốp xe cao su, độ đàn hồi phải đủ để hấp thụ sự không đồng đều, gồ ghề trên bề mặt đường, đi kèm đó độ đàn hồi phải tốt để lốp xe có thể trở lại hình dạng ban đầu. Hơn nữa, vật liệu này có thể tiếp xúc với lực cơ học trong thời gian ngắn hoặc dài, thông qua việc sử dụng máy kiểm tra độ bền kéo nén đa năng theo chu kỳ hoặc lặp đi lặp lại, trong nhiều điều kiện nhiệt độ và môi trường khác nhau. Bạn có thể tính toán được lốp xe có thể đi tối đa được bao nhiêu km, trong các điều kiện như thế nào, bao lâu phải thay… 

Ngoài tầm quan trọng đối với quá trình R&D, việc đo độ bền kéo cũng được sử dụng bởi các bộ phận đảm bảo chất lượng QC để đảm bảo rằng các lô sản phẩm hoàn chỉnh đáp ứng các thông số kỹ thuật cần thiết cho các thuộc tính kéo, căng. Điều này quan trọng từ cả quan điểm an toàn và kinh doanh, vì các sản phẩm bị lỗi có thể gây nguy hiểm cho người dùng việc này có thể dẫn đến ảnh hưởng đáng kể đến danh tiếng nhà sản xuất, gây nguy cơ hủy đơn hàng, mất doanh thu…

Kiểm tra độ bền kéo được thực hiện trên các máy kéo nén vạn năng, còn được gọi là máy kiểm tra độ bền kéo hoặc máy thử nghiệm kéo đứt. Những thiết bị này có thể cấu tạo gồm 2 dạng

Dạng một cột đơn: dùng cho các bài thử nghiệm với tải nhỏ (vài kN)	Dạng hai cột: dùng cho các thử nghiệm cần tải lớn (vài chục kN đến vài nghìn kN)
→ Xem thêm sản phẩm tại danh mục: Máy kéo nén vạn năng

Ngoài ra trên máy kéo nén còn được trang bị thêm cảm biến lực, phần mềm thử nghiệm, các loại kẹp và phụ kiện dành riêng cho ứng dụng như extensometers. Máy kiểm tra vạn năng được chia thành nhiều loại công suất và có thể được cấu hình với các đồ gá khác nhau để kiểm tra bất kỳ sản phẩm, thành phần hoặc vật liệu nào.

Máy Kiểm Tra Lực Kéo (Tensile Testing Machine)

Để hiểu rõ hơn, dưới đây Lidinco sẽ giới thiệu sơ bộ cho bạn về cấu tạo của thiết bị thử nghiệm sẽ bao gồm những bộ phận nào

1. Khung Tải (Load Frame):

• Như đã đề cập ở trên, phần khung tải của máy kiểm tra lực kéo sẽ gồm 02 dạng chính là dạng một và hai cột tùy vào khả năng tải lực của thiết bị. Khung tải được làm bằng vật liệu chất lượng để cung cấp sự ổn định cần thiết trong quá trình thử nghiệm

2. Phần Mềm Thử Nghiệm (Software):

• Phần mềm sẽ cho phép người vận hành cấu hình phương pháp thử nghiệm, chỉ số thử nghiệm và xuất kết quả. Các hãng sản xuất uy tín sẽ cung cấp các giao diện thân thiện với người dùng để kiểm soát các thông số thử nghiệm và thu thập dữ liệu

3. Cảm biến lực (Load Cell):

• Cảm biến lực là một bộ chuyển đổi dùng để đo giá trị của lực tác dụng lên mẫu thử. Các cảm biến lực cao cấp có độ chính xác đến 1/1000 công suất của cảm biến lực 

4. Kẹp và Đồ Gá (Grips and Fixtures):

• Kẹp và các bộ gá mẫu được xem là một yếu tố quan trọng để cấu thành nên thử nghiệm, nó giúp cố định chắc chắn mẫu khi thực hiện kiểm tra. Với các bộ kẹp và gá mẫu phù hợp bạn có thể thực hiện nhiều phương pháp kiểm tra khác nhau

5. Đo Biến Dạng (Strain Measurement):

• Một thiết bị khác cũng khá quan trọng đó chính là cảm biến và thiết bị đo độ biến dạng. Thiết bị đo này cho phép bạn xác định được độ biến dạng kéo dãn từ của mẫu gây ra do lực kéo từ máy kiểm tra lực từ đó có thể giúp phân tích mẫu dễ dàng

Thiết Lập Bài Kiểm Tra Lực Kéo

Để thực hiện một bài kiểm tra độ bền kéo, người vận hành phải thực hiện một loạt các thao tác để đảm bảo rằng thử nghiệm được tiến hành phù hợp với các tiêu chuẩn nội bộ, tiêu chuẩn từ khách hàng hoặc tiêu chuẩn quốc tế. Tùy thuộc vào quy mô phòng thí nghiệm, các bước thiết lập có thể được tự động hóa một phần hoặc hoàn toàn. Tuy vậy, trách nhiệm về độ chính xác của phép đo vẫn phụ thuộc chủ yếu về người vận hành

1. Chọn phương pháp thử nghiệm

Sau khi bạn đã cố định mẫu thử vào hệ thống gá và kẹp extensometer, đã đến lúc bắt đầu thử nghiệm của bạn. Khi thiết lập thử nghiệm, bạn có thể chọn phương pháp thử nghiệm thích hợp trong phần mềm thử nghiệm của mình và nhập các thông số cần thiết nào liên quan đến tốc độ thử nghiệm, phép đo mẫu vật hoặc tiêu chí kết thúc thử nghiệm
Sau khi đã cài đặt xong các thông số, máy kiểm tra lực sẽ áp dụng lực kéo vào mẫu vật của bạn theo quy định đã cài đặt và ghi lại dữ liệu khi mẫu vật của bạn phản ứng với ứng suất. Sau khi hoàn thành thử nghiệm, mẫu vật có thể được gỡ bỏ, dữ liệu sẽ được xuất để nghiên cứu

2. Chuẩn bị mẫu

Hình dạng mẫu rất khác nhau tùy thuộc vào vật liệu được thử nghiệm và phương pháp thử nghiệm hoặc tiêu chuẩn đo được áp dụng. Các cơ quan quản lý chất lượng như ASTM và ISO đã tiêu chuẩn hóa các yêu cầu về mẫu đối với các vật liệu khác nhau, cho phép so sánh các thuộc tính của chúng một cách đáng tin cậy giữa các lô và giữa các nhà sản xuất khác nhau.
Mẫu cần được thử nghiệm sẽ được gia công hoặc đúc khuôn theo hình dạng dài phẳng, cung cấp phần đầu mở rộng như 'vai' để kẹp của máy có thể cố định dễ dàng để tác động lực kéo. Kích thước của phần “vai”, chiều dài đo giữa chúng và chiều dài và chiều rộng của toàn bộ mẫu đều được quy định bởi tiêu chuẩn thử nghiệm.

3. Cố định mẫu vào kẹp

Tùy thuộc vào kích thước và kết cấu của vật liệu, các loại kẹp và bề mặt kẹp khác nhau có thể được yêu cầu để có thể cố định chắc chắn các mẫu. Kẹp mẫu có nhiều loại với công suất kẹp, lớp phủ khác nhau như cao su, mịn, răng cưa và nhiều loại bề mặt khác phù hợp cho nhiều loại vật liệu, cấu tạo mẫu khác nhau. Để đảm bảo rằng lực được áp dụng đúng hướng, các thiết bị căn chỉnh khác nhau có sẵn để hỗ trợ người vận hành khi gắn mẫu vào kẹp.

4. Thiết bị đo biến dạng

Độ biến dạng là thước đo sự thay đổi hình dạng của mẫu vật dưới ứng suất và là một phần cơ bản của việc mô tả đặc tính vật liệu được yêu cầu bởi hầu hết các tiêu chuẩn thử nghiệm. Các thiết bị đo biến dạng như extensometers thường được sử dụng để thực hiện phép đo này. Các thiết bị tiếp xúc như extensometers clip-on được gắn vào mẫu vật sau khi nó đã được đặt trong kẹp.

5. Bắt đầu thử nghiệm

Sau khi hoàn tất cố định mẫu vật của mình vào hệ thống thử nghiệm và gắn extensometer là đã có thể bắt đầu. Khi thiết lập bài kiểm tra, bạn sẽ chọn phương pháp đo thích hợp trong phần mềm và nhập các thông số cần thiết như tốc độ thử nghiệm, phép đo mẫu hoặc tiêu chí để kết thúc bài kiểm tra. 

Sau khi cài đặt xong và nhấn nút bắt đầu, máy đo độ bền kéo sẽ tác dụng lực kéo vào mẫu vật theo các cài đặt mà bạn đã chọn trong phần mềm, sau đó ghi lại dữ liệu phản ứng của mẫu vật dưới tác động của lực kéo. Sau khi hoàn thành bài kiểm tra, mẫu vật có thể được gỡ bỏ và dữ liệu được xuất để nghiên cứu thêm.

Phân Tích Dữ Liệu Đo Độ Bền Lực Kéo

Hiểu Các Thuộc Tính Cơ Học của Vật Liệu

Việc đo lường một vật liệu hoặc sản phẩm trong điều kiện kéo cho phép các nhà sản xuất có được một hồ sơ đầy đủ về các thuộc tính kéo của nó. Khi được vẽ trên biểu đồ, dữ liệu này tạo ra một đường cong ứng suất/biến dạng cho thấy vật liệu phản ứng như thế nào với các lực tác dụng. 

Trong khi các tiêu chuẩn khác nhau yêu cầu đo lường các thuộc tính cơ học khác nhau, các điểm quan tâm lớn nhất thường là điểm đứt hoặc hỏng, độ đàn hồi sau khi kéo, độ bền chảy và biến dạng.

1. Độ Bền Kéo Cực Đại (Ultimate Tensile Strength - UTS)

Một trong những tính chất quan trọng nhất mà chúng ta có thể xác định trong phép đo này là giá trị độ bền kéo cực đại của vật liệu (UTS). Đây là ứng suất tối đa mà một mẫu vật chịu được trong quá trình thử nghiệm. UTS có thể hoặc không thể bằng với độ bền của mẫu vật tại điểm đứt, tùy thuộc vào vật liệu có giòn, dẻo hay thể hiện cả hai tính chất. Đôi khi một vật liệu có thể dẻo khi được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhưng khi được đưa vào sử dụng và tiếp xúc với nhiệt độ cực lạnh, nó có thể chuyển sang tính chất giòn.

2. Định Luật Hooke

Đối với hầu hết các vật liệu, phần ban đầu của thử nghiệm sẽ thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa lực hoặc tải trọng tác dụng và độ giãn dài thể hiện bởi vật mẫu. Trong vùng tuyến tính này, đường thẳng được tính toán theo mối quan hệ hình thành dựa trên định luật Hooke, trong đó tỷ số ứng suất trên biến dạng là một hằng số. E là độ dốc của đường thẳng trong vùng này, trong đó ứng suất (σ) tỷ lệ thuận với biến dạng (ε) và được gọi là mô đun đàn hồi hoặc mô đun Young:

3. Mô Đun Đàn Hồi (Modulus of Elasticity)

Mô đun đàn hồi là thước đo độ cứng của vật liệu chỉ áp dụng trong vùng tuyến tính ban đầu của đường cong. Trong vùng tuyến tính này, khi loại bỏ lực kéo khỏi mẫu, vật liệu sẽ trở lại được chính xác trạng thái ban đầu trước khi tác dụng lại.

Tại điểm mà đường cong không còn tuyến tính và đi chệch khỏi mối quan hệ đường thẳng, Định luật Hooke không còn được áp dụng và một số biến dạng vĩnh viễn xảy ra trong mẫu vật. Điểm này được gọi là giới hạn đàn hồi hoặc giới hạn tỷ lệ. Từ điểm này trở đi trong thử nghiệm kéo, nếu vật liệu tiếp tục bị kéo nó có thể không quay trở lại hình dạng ban đầu ngay cả khi lực kéo đã ngừng tác động

4. Độ Bền Chảy (Yield Strength)

Độ bền chảy của vật liệu được định nghĩa là ứng suất tác dụng lên vật liệu mà tại đó biến dạng dẻo bắt đầu xảy ra.

• Phương Pháp Bù (Offset Method)

Đối với một số vật liệu (ví dụ: kim loại và nhựa), sự sai lệch khỏi vùng đàn hồi tuyến tính không dễ dàng xác định. Trong trường hợp này, phương pháp bù để xác định độ bền chảy của vật liệu được cho phép. Phương pháp này thường được áp dụng khi đo độ bền chảy của kim loại. Khi thử nghiệm kim loại theo tiêu chuẩn ASTM E8/E8M, độ lệch được chỉ định dưới dạng phần trăm biến dạng (thường là 0,2%). Ứng suất (R) được xác định từ điểm giao nhau "r" khi đường thẳng của vùng đàn hồi tuyến tính (với độ dốc bằng mô đun đàn hồi) được vẽ từ độ lệch "m" trở thành độ bền chảy lệch.

• Mô Đun Thay Thế (Alternate Moduli)

Các đường cong kéo của một số vật liệu không có vùng tuyến tính được xác định rõ. Trong những trường hợp này, Tiêu chuẩn ASTM E111 cung cấp các phương pháp thay thế để xác định mô đun của vật liệu, cũng như mô đun Young. Các mô đun thay thế này là mô đun cát tuyến và mô đun tiếp tuyến.

5. Độ Biến Dạng (Strain)

Bên cạnh đó, ta cũng có thể đo được độ kéo dài hoặc giãn dài của mẫu trong quá trình thử nghiệm kéo. Điều này có thể được biểu thị dưới dạng phép đo tuyệt đối trong sự thay đổi chiều dài mẫu hoặc dưới dạng phép đo tương đối được gọi là "độ biến dạng". Bản thân biến dạng có thể được biểu thị theo hai cách khác nhau, là "biến dạng kỹ thuật" và "biến dạng thực".
Biểu thức của biến dạng kỹ thuật phổ biến nhất được sử dụng là tỷ số của sự thay đổi chiều dài so với chiều dài ban đầu

Công thức 1

Biến dạng thực tương tự, nhưng dựa trên chiều dài tức thời của mẫu khi thử nghiệm tiến triển, trong đó Li là chiều dài tức thời và L0 là chiều dài ban đầu:

Công thức 2

Hệ thống kiểm tra độ bền kéo từ Ametek

Thiết bị thử nghiệm

Ametek mang đến cho bạn nhiều sự lựa chọn thiết bị phù hợp cho các yêu cầu kiểm tra chuyên biệt và mức chi phí đầu tư. Sao cho mọi chọn lựa của bạn đều đáng với mức chi phí bỏ ra. Với các dòng máy thử nghiệm kéo nén vạn năng Ametek có các sự lựa chọn giá rẻ làm việc thủ công đến các dòng sản phẩm tự động hóa giúp nâng cao hiệu suất làm việc

Bạn có thể tham khảo thêm sản phẩm tại danh mục: Máy kéo nén vạn năng

	Máy kéo nén vạn năng Ametek LSPlus Series LSPlus Series là dòng máy thử nghiệm vật liệu phổ thông, có mức chi phí đầu tư phải chăng, dễ dàng tiếp cận, chất lượng ổn định, phù hợp cho hầu hết các thử nghiệm lực dưới 5kN độ tin cậy cao. Dòng sản phẩm nâng cấp của dòng máy LS Series → Xem chi tiết sản phẩm: Ametek LSPlus Series
	Máy kéo nén vạn năng Ametek LS Series LSPlus Series là dòng máy thử nghiệm vật liệu phổ thông, có mức chi phí đầu tư phải chăng, dễ dàng tiếp cận, chất lượng ổn định, phù hợp cho hầu hết các thử nghiệm lực dưới 5kN độ tin cậy cao. → Xem chi tiết sản phẩm: Ametek LS Series
	Máy thử nghiệm kéo nén Ametek CS2Plus Series CS2Plus Series là dòng máy thử nghiệm kỹ thuật số với chất lượng và độ chính xác cao, được tối ưu hóa cho các thử nghiệm sản xuất, công nghiệp cần làm việc với hiệu suất và độ chính xác lặp lại cao với khả năng thử nghiệm lên đến 5kN. Đây là dòng máy nâng cấp của sản phẩm CS Series → Xem chi tiết sản phẩm: Ametek CS2 Plus Series
	Máy thử nghiệm kéo nén Ametek CS2 Series CS2 Series là dòng máy thử nghiệm kỹ thuật số với chất lượng và độ chính xác cao, được tối ưu hóa cho các thử nghiệm sản xuất, công nghiệp cần làm việc với hiệu suất và độ chính xác lặp lại cao với khả năng thử nghiệm lên đến 5kN. Đây là dòng máy nâng cấp của sản phẩm CS Series → Xem chi tiết sản phẩm: Ametek LS Series
	Máy thử nghiệm kéo nén đa năng Ametek LD Series 100kN Các dòng máy thử nghiệm hai cột cung cấp nhiều khả năng thử nghiệm vật liệu, với diện tích thử nghiệm lớn và khung có độ cứng cao. Các dòng máy kéo nén hai cột được thiết kế để đo phạm vi lực trung bình hoặc cao trên các vật liệu lớn, nơi cần độ chính xác cao. Các giá thử nghiệm hai cột có các mẫu lắp trên bàn và mẫu đặt trên sàn. → Xem chi tiết sản phẩm: Ametek LD Series

Bộ kẹp và gá mẫu

Ngoài thiết bị, Ametek cũng mang đến nhiều loại kẹp và gá mẫu phù họp cho từng loại mẫu vật và ứng dụng cụ thể. Ngoài cung cấp các dòng thiết bị chất lượng cao đến từ Ametek, Lidinco còn hỗ trợ tư vấn, chọn mua giúp khách hàng các loại phụ kiện gá và kẹp mẫu phù hợp nhu cầu với mức giá tốt nhất vui lòng liên hệ cho chúng tôi để được hỗ trợ tốt nhất

Bạn có thể tham khảo thêm sản phẩm tại danh mục: Phụ kiện máy kéo nén vạn năng

→ Wedge Grips	→ Vice Grips	→ Bollard Grips	→ Hydraulic Grips

Liên hệ mua hàng và tư vấn

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG

Trụ sở chính: 487 Cộng Hòa, P. 15, Q. Tân Bình, TP. HCM
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Email: sales@lidinco.com

VP Bắc Ninh: 184 Bình Than, P. Võ Cường, TP. Bắc Ninh
Điện thoại: 0222 7300 180
Email: bn@lidinco.com

Hotline: 0906.988.447

VP Bắc Ninh: 184 Bình Than, P. Võ Cường, TP. Bắc Ninh
Điện thoại: 0222 7300 180
Email: bn@lidinco.com

Hotline: 0906.988.447