Skúška ťahom

Skúšky ťahom kontrolujú materiály ako oceľ na ich pevnosť v ťahu. Štandardizované skúšobné vzorky pre skúšku ťahom umožňujú vyvodiť závery o vlastnostiach a ťahovom správaní príslušných materiálov.

Skúšky ťahom sú normalizované kvázi-statické skúšobné metódy, pri ktorých sa merajú určité parametre materiálu. Sú to deštruktívne metódy, pretože skúšobné vzorky sú často zaťažené nad medzu klzu. Skúšanie materiálov sa vykonáva na strojoch na skúšanie ťahom (trhacie stroje) a na univerzálnych skúšobných strojoch. Zariadenia zobrazujú jednorozmerné pohyby v krivke napätie-deformácia a krivke sila-posun. Stanovené parametre poskytujú informácie o vlastnostiach a správaní materiálov skúšaných ťahom. Výber skúšobného stroja závisí od konkrétnych požiadaviek. K dispozícií sú stroje so stolným systémom (3 kN) cez systémy s nosnosťou 50 kN vybavené dvojitým vretenom až po stroje na skúšky ťahom s vysokou nosnosťou medzi 300 kN a 2000 kN.

Normy platné pre trhacie stroje sú všeobecná norma DIN 51222, DIN EN ISO 6892-1 a DIN EN ISO 7500-1 pre kovové materiály a ISO 5893 pre plasty a kaučuk. DIN 50125 stanovuje požiadavky na materiály skúšobnej vzorky na skúšanie ťahom. Pre deformáciu pri pretrhnutí sa u niektorých materiálov používa meraná dĺžka a u iných materiálov činiteľ úmernosti. Účelom skúšobného postupu je zistiť napríklad, aké zaťaženie materiál znesie bez plastickej deformácie a pri akej sile sa materiál zničí. Ďalej sa zisťujú vlastnosti a deformačné správanie tvrdej peny, mäkko-pružnej peny, kaučuku a kompozitov vystužených vláknami.

Prierez použitej skúšobnej vzorky závisí od zvoleného východiskového materiálu. Ak má oceľ veľký objem, z pevného materiálu sa vyrobí vzorka s kruhovým prierezom. Na skúšanie plechov je potrebná plochá skúšobná tyč (obdĺžnikový alebo štvorcový prierez). Tento skúšobný postup sa uprednostňuje v strojárstve, pretože umožňuje vyvodiť závery aj o iných typoch zaťaženia.

Skúšky ťahom možno vykonávať s dotykovými (násadkovými prieťahomermi) a bezkontaktnými meracími systémami. Pri násadkových prieťahomeroch (extenzometroch) sa na skúšobné teleso priložia aspoň dve meracie ostria (noža). Tie merajú predĺženie vzorky upnutej medzi nimi. Dnes sa bezkontaktné meranie vykonáva pomocou digitálnych optických extenzometrov. Senzor umiestnený v meracom zariadení zachytáva predĺženie. Výhodou týchto meracích zariadení je, že dokážu presne zachytiť aj veľmi rýchle deformácie. Niektoré modely sú vhodné aj na meranie veľmi horúcich materiálov. Tieto extenzometre možno použiť aj na deštruktívne skúšky ťahom, pretože majú dostatočnú vzdialenosť od vzorky.

Tradičná skúška ťahom je takzvaná skúška na pretrhnutie: Štandardizované skúšobné teleso sa upne do skúšobného stroja a so zvyšujúcim sa ťahovým zaťažením sa napína, až kým sa nepretrhne alebo neroztrhne. Používajú sa iba vzorky s malým prierezom. Deformácia vzorky sa vykonáva bez nárazov a pri nízkej rýchlosti. Počas skúšky sa meria sila pôsobiaca na vzorku a predĺženie v meracom rozsahu. Statický skúšobný stroj generuje krivku sily-posunu a zobrazuje ju na monitore PC.

Stroje pre skúšku na ťah obsahujú pevnú a pohyblivú priečnu hlavu, ktorá je poháňaná jedným alebo dvoma vretenami. Pohon funguje hydraulicky alebo elektricky. Pred skúškou ťahom sa definuje rýchlosť priečnej hlavy a vzorka sa pomocou držiakov upne medzi priečne hlavy. Potom sa priečna hlava pohybuje konštantnou rýchlosťou jedným smerom, až kým sa materiál neroztrhne. Skúšobné zariadenie zaznamenáva deformáciu skúšobnej vzorky aj potrebnú silu pomocou priečnej hlavy alebo extenzometra. Následne sa vypočíta ťahové napätie a deformácia tak, že sa namerané hodnoty porovnajú s rozmermi ťahovej vzorky. Ťahové napätie sa určí z prierezu pred skúškou. Deformácia pri pretrhnutí sa vypočíta z posunu priečnej hlavy.

V iných skúškach ťahom sú súčasti alebo skúšobné vzorky vystavené ťahovej sile, až kým sa nedosiahne požadované skúšobné zaťaženie. Ide o nedeštruktívnu skúšku ťahom. Takéto skúšky materiálov sa vykonávajú, aby sa zaistilo, že zaťažená súčasť spĺňa technické požiadavky. Keďže ďalšie spracovanie mení vlastnosti materiálu, materiál musí byť neskôr znova otestovaný.

Na základe krivky napätia-deformácie vygenerovanej po skúške ťahom sa určujú tieto parametre:

• Pevnosť v ťahu
• Youngov modul pružnosti
• Dolná a horná výrazná medza klzu (yield strength)
• Medza klzu (yield point)
• Deformácia pri pretrhnutí (predĺženie pri pretrhnutí)
• Rovnomerná deformácia (predĺženie)
• Zúženie
  

Rozlišuje sa horná a dolná medza klzu. Horná medza klzu opisuje bod, keď sa skúšobná vzorka prvýkrát plasticky deformuje. Vlákna materiálu sa trhajú. To má za následok pokles napätia a trvalé predĺženie vzorky. Dolná medza klzu opisuje bod po prvej deformácii, kde je pokles napätia v ťahu najvyšší. Potom napätie v ťahu opäť nepretržite rastie. Pri vzorkách s výraznou medzou klzu v ťahu sa napätie pred pretrhnutím znižuje: Deformácia naďalej rastie, keď materiál začína tiecť. Pre materiály bez výraznej medze klzu, ako je valcovaná oceľ tvárnená a valcovaná za studena, dochádza k pretrhnutiu v oblasti medze pevnosti v ťahu. Materiály ako nelegovaná konštrukčná oceľ (St 37) majú výraznú medzu klzu v ťahu.

Skúšky ťahom sa používajú v mnohých priemyselných odvetviach, v súčasnosti často podporované bezkontaktnými optickými meracími zariadeniami s kamerou. Tieto meracie zariadenia poskytujú presnejšie výsledky merania a sú vhodné aj pre skúšky, pri ktorých dochádza ku zničeniu vzorky.