จุดคราก (yield point) ความเค้นสูงสุด (maximum stress) และการแตกหักของชิ้นงานตัวอย่าง (specimen break) โดยกราฟแบบชนิด type a ตามมาตรฐาน EN ISO 527-1 และ ASTM D638

ในมาตรฐาน EN ISO 527-1 และมาตรฐาน  ASTM D638 การประเมินคุณสมบัติการเสียหายของวัสดุได้ถูกนิยามตามลักษณะของเส้นกราฟที่ได้ผลจากการทดสอบ โดยมาตรฐาน ISO 527-1 ได้อธิบายประเภทของเส้นกราฟที่แตกต่างกันสี่ประเภท ได้แก่ type a b c และ d ในขณะที่มาตรฐาน ASTM D638 ได้อธิบายชนิดกราฟไว้เป็นสามแบบคือวัสดุที่มีจุดคราก (yield point) กับวัสดุที่ไม่มีจุดคราก

ประเภทของเส้นกราฟชนิด a ของวัสดุเปราะ (Curve type a for brittle materials)

เส้นโค้งประเภทนี้ปกติมักจะเกิดขึ้นกับวัสดุประเภท Filled Plastic Materials เนื่องจากวัสดุเหล่านี้ไม่มีความสามารถในการทนต่อการเสียรูป (deformability) และลักษณะของการเปราะมักจะปรากฏชัดเจนในการทดสอบที่ช่วงอุณหภูมิต่ำ โดยเฉพาะที่ช่วงอุณหภูมิ Tg (Glass transition temperature)

curve type a tensile test plastic

ไดอะแกรม stress-strain ของวัสดุเปราะแสดงพฤติกรรมเส้นกราฟประเภท a

จากไดอะแกรมด้านบนในวงกลมที่ขยายขึ้นมา จะเห็นได้ว่า ณ ที่จุดที่เกินกว่าจุดที่มีความเค้นสูงสุด (tensile strength, σM) ส่วนปลายของกราฟมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของความเครียด (strain) ในขณะที่ความเค้นแรง (stress) ดึงลดลง และมีการแตกหักของวัสดุเกิดขึ้นทันที ณ จุดที่ใกล้เคียงกับจุดที่มีความเค้นสูงสุด (σM) จากคำอธิบายข้างต้นนั้นตามมาตรฐาน EN ISO 527-1 ได้นิยามค่า strain ที่ทำให้เกิดการแตกหัก (breaking stress, σB) ของเส้นกราฟชนิด a นี้ เป็นจุดเดียวกับจุดความเค้นสูงสุด (σM) ทั้งนี้ค่า tensile strain ที่จุดความต้านทานแรงดึง σM จะมีชื่อว่า tensile strain at tensile strength (εM) และค่า tensile strain ที่จุดแตกหัก σB จะมีชื่อว่า tensile strain at break (εB) และทั้ง εM และ εB จะมีค่าเท่ากันสำหรับกราฟประเภท a และสำหรับมาตรฐาน ASTM D638 ความต้านทานแรงดึงสำหรับเส้นกราฟประเภท a นี้มีคำนิยามเหมือนกับคำนิยามใน EN ISO 527-1

ในกรณีของเส้นโค้งประเภท a นี้ ความเครียดต้องได้รับการวัดโดยเครื่องมือวัดระยะการยืด extensometer ซึ่งเป็นการวัดค่าการยืดตัวโดยตรงจากชิ้นงาน โดยการวัดที่ยอมรับในทั้งสองมาตรฐานจะต้องใช้ extensometer ที่มีความแม่นยำและความละเอียดตามมาตรฐานกำหนด สามารถศึกษาชนิดของ extensometer ได้จากหัวข้อ อุปกรณ์วัดระยะยืด Extensometer สำหรับเครื่อง Universal Testing Machine

 

macroXten HP_transverst
ตัวอย่าง extensometer แบบสัมผัสชิ้นงาน ทดสอบได้ตามมาตรฐาน EN ISO 527

 

ข้อกำหนดเกี่ยวกับความแม่นยำสำหรับเครื่องมือวัดระยะการยืดตัว extensometer สำหรับการทดสอบแรงดึงวัสดุพลาสติก

 

มาตรฐาน EN ISO 527-1:

คำนิยาม “The Extensometer, …, shall be capable of measuring the change of gauge length with an accuracy of 1% of the relevant value or better.“ โดยสามารถยกตัวอย่างได้ดังนี้

ตัวอย่างอธิบาย

หากการยืดตัวที่จุดแตกหักของชิ้นงานประเภท 1A หรือ 1B ตามมาตรฐาน EN ISO 527-1 มีค่าเท่ากับ 4% ซึ่งจะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลง Gauge length จะมีค่าเท่ากับ 2 มิลลิเมตร (ใช้ parallel gauge length 50 มิลลิเมตร) ดังนั้นความแม่นยำของระบบการวัด (accuracy) ต้องเท่ากับ +/- 0.02 มิลลิเมตร หรือดีกว่า

ISO527 E-modulus Accuracy Class 0.5

ภาพแสดงความสัมพันธ์ระหว่างระยะ gauge length, L0 กับความแม่นยำของระบบการวัดตามมาตรฐาน EN ISO 527

 

มาตรฐาน ASTM D 638:

มาตรฐานนี้จะจำแนกความแตกต่างระหว่างการวัดที่ระยะการยืดตัวต่ำ (low extensions) และระยะการยืดตัวสูง (high extensions) โดยการวัดที่ระยะการยืดตัวต่ำ (low extensions) เท่านั้นจะได้รับการพิจารณาสำหรับเส้นโค้งประเภท a นี้

การวัดที่ระยะการยืดตัวต่ำ กล่าวคือ ระยะการยืดตัวของชิ้นงาน ≤20% โดยวัดจาก extensometer: ความแม่นยำ (accuracy) ของการวัดค่า strain จะคงที่ที่ 0.1% ของความเครียด หรือ +/- 1% ของความเครียดที่ระบุ ขึ้นอยู่กับว่าอันไหนดีกว่า

ตัวอย่างอธิบาย

หากการยืดตัวที่จุดแตกหัก (extension at break) ของชิ้นงานประเภท I ซึ่งมีความยาวเกจ (gauge length) เท่ากับ 50 มิลลิเมตร มีค่าเท่ากับ 4% ดังนั้นความผิดพลาดของความเครียดต้องไม่เกิน 0.1% ความเครียด ซึ่งสอดคล้องกับความแม่นยำ (accuracy) ที่กำหนดที่ +/- 0.05 มิลลิเมตร หรือดีกว่า และสำหรับการยืดตัวที่มากกว่าหรือเท่ากับ 20%, ความผิดพลาดที่อนุญาตคือ +/- 0.1 มิลลิเมตร

 

extensometer-accuracy-in-ASTM-D638-ISO-527

ไดอะแกรมแสดงการเปรียบเทียบความแม่นยำของระบบการวัดตามมาตรฐาน EN ISO 527 และ ASTM D638

 

สรุปในหัวข้อนี้คือ กราฟชนิด type a เป็นกราฟแสดงพฤติกรรมที่ชิ้นงานขาดแบบเปราะหรือขาดแบบไม่มีจุด yield ในกรณีที่เป็นมาตรฐาน EN ISO 527 เราควรระบุลักษณะการเสียหายของชิ้นงาน ในส่วนของความละเอียดของอุปกรณ์วัดระยะยืด (extensometer) ถ้าหากตามมาตรฐาน EN ISO 527 จะแปลผันตามระยะวัดถ้ายิ่งระยะวัดสั้นยิ่งต้องใช้ความละเอียดมาก แต่ต่างจากมาตรฐาน ASTM ที่แบ่งระยะออกเป็นแค่สองช่วงคือช่วงระยะยืดที่สั้นกว่า 20% ต้องมีความละเอียดคงที่ที่ 0.1% แต่หากระยะยืดของชิ้นงานมากกว่า 20% ของ gauge length ต้องมีความละเอียดดีกว่า 1%

 

ในหัวข้อต่อไปเราจะมีดูกราฟที่เป็นแบบ type b, c, และ d ของการทดสอบแรงดึงวัสดุที่เป็นชิ้นงานพลาสติกกันนะครับ
ข้อมูลเพิ่มเติม : Contact Us