Tensile strength คือ ค่าความแข็งแรงของวัสดุเมื่อถูกแรงดึงมากระทำ ซึ่งวิธีการทดสอบจะใช้เครื่องมือทดสอบที่ เรียกว่า Tensile tester, Tensile testing machine หรือ Universal testing machine สำหรับภาษาไทยเรามักเรียกว่า เครื่องทดสอบแรงดึง หรือ เครื่องทดสอบแรงดึงวัสดุแบบเอนกประสงค์

เพื่อให้เข้าใจถึงความหมายต่างๆที่จะอธิบายในหัวข้อถัดไปได้ง่ายยิ่งขึ้น ขอแนะนำให้ดูวีดีโอการทดสอบแรงดึง ตามวีดีโอด้านล่างนี้


เครื่องมือและอุปกรณ์สำหรับทดสอบ Tensile Strength tester
  • ชุดขับเคลื่อนบอลสกรูด้วยมอเตอร์ Servo
  • Load cell ตรวจวัดแรง
  • Grip สำหรับจับชิ้นงาน
  • หน้าจอแสดงผล

Universal testing machines


การอ่านค่าผลการทดสอบ Tensile strength

เมื่อวัสดุถูกดึงจากแรงกระทำภายนอกจนกระทั่งขาด ผลการทดสอบจะแสดงตามรูปกราฟด้านล่าง โดยแกนตั้งคือแรง Load (Kgf) และแกนนอน คือระยะทาง Displacement (mm) เราสามารถวิเคราะห์ข้อมูลที่เกิดจากวัสดุได้ 3 จุดดังนี้

  • A เรียกว่า จุด Yield point คือเป็นจุดที่วัสดุเริ่มเปลี่ยนรูปและไม่สามารถกลับมามีสภาพดังเดิมได้
  • B เรียกว่า จุด Maximum load, Maximum Force หรือ Ultimate load คือจุดที่วัสดุสามารถทนแรงได้สูงสุด
  • C เรียกว่า จุด Break point  คือจุดที่วัสดุขาด เสียหาย (ข้อสังเกตุคือจุดที่ขาดไม่จำเป็นต้องเป็นจุดที่วัสดุทนแรงสูงสุด ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุนั้นๆ)
tensile strength tester

กราฟแสดงผล ค่าแรง Force ต่อ ระยะทาง Displacement

หลังจากที่เราได้ทราบความหมายของจุด A, B และ C แล้ว ต่อไปจะมาอ่านผลการทดสอบในแต่ละจุดว่ามีอะไรบ้าง

  1. Force คือค่าแรงดึง ที่เกิดจากการอ่านค่าของ โหลดเซล Load cell มีหน่วย เช่น N, Kgf, Ton
  2. Stress หรือ Tensile strength คือแรงเค้น คำนวนได้จากสูตร Stress = Force/Area มีหน่วยเป็น Mpa, N/sq.cm โดย Area คือ พื้นที่หน้าตัดของวัสดุ
  3. Strian คือ ค่าความตึงเครียดแรงดึง
  4. Elongation คือ เปอร์เซ็นต์การยืดตัวของวัสดุ
สรุป

ดังนั้นเราจึงสามารถอ่านผลการทดสอบในแต่ละจุดได้ดังนี้

  • จุด Yield point
    • Force at Yield point
    • Stress at Yield point
    • Strian at Yield point
    • Elongation at Yield point
  • จุด Maximum Load
    • Force at Maximum Load
    • Stress at Maximum Load
    • Strian at Maximum Load
    • Elongation at Maximum Load
  • จุด Break point
    • Force at Break point, Break load
    • Stress at Break point
    • Strian at Break point
    • Elongation at Break point

โหลดเซล Load cell ความหมาย และการเลือกใช้ให้เหมาะสมกับการทดสอบ
Load cell for Tensile strength

                   โหลดเซล ชนิด Circle

  • Load cell โหลดเซล ที่ใช้ในเครื่องทดสอบ Tensile tester คือเซนเซอร์ที่รับแรงกระทำกับวัสดุ จากนั้นทำการเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก และส่งไปที่ระบบแปลงสัญญาณ อนาล็อกเป็นดิจิตอลของตัวเครื่องทดสอบ เพื่อประมวลผลแสดงผลเป็นค่าแรงแบบดิจิตอล
  • โหลดเซล มีหลายขนาดด้วยกัน เช่น 10N, 50N, 500N, 1KN, 100KN เป็นตั้น แล้วเราจะเลือกขนาดเท่าไรดี การเลือกขนาดที่ไม่เหมาะสม จะทำให้ค่าการทดสอบไม่เที่ยงตรง ( Accuracy) และได้ค่าความละเอียดต่ำ (Resolution) หรืออาจทำให้เกิดความเสี่ยงที่ทำให้ Load cell เสียหายได้
ดังนั้นการเลือกใช้ Load cell ต้องคำนึงถึงรายละเอียดดังนี้
  1. เลือกใช้ขนาด Load cell เป็น 2 เท่าของแรงสูงสุดที่จะทดสอบ เช่น ค่าแรงสูงสุดการทดสอบคือ 500 N เราควรเลือกโหลดเซลขนาด 1000 N
  2. ย่านการวัด Range ที่ใช้งานได้ดีสำหรับโหลดเซลจะมีค่าระหว่าง 2-98% เช่น โหลดเซลขนาด 1000 N จะมีช่วงใช้งานที่เหมาะสมอยู่ระหว่าง 20-980 N
  3. ความเที่ยงตรง Accuracy จะมีสเปกใช้งานทั่วไป เช่น 1% (Class 1.0) และ 0.5% (Class 0.5)
  4. ความละเอียด Resolution จะมีสเปกการใช้งานทั่วไป เช่น 1/50,000 , 1/100,000 เป็นต้น

Force, Load, Weight และ Mass แตกต่างกันอย่างไร
  • Mass(มวล ) คือการวัดปริมาณวัสดุในวัตถุซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับจำนวนและประเภทของอะตอมที่มีอยู่ในวัตถุ มวลไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อมีการเปลี่ยนตำแหน่ง การเคลื่อนไหวหรือการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ยกเว้นแต่จะมีการเพิ่มหรือนำวัสดุออก หน่วยของมวลในระบบ SI คือกิโลกรัม (kg)
  • Weight (น้ำหนัก) ซึ่งใช้ทั่วไปสำหรับซื้อขายสินค้า ในที่นี้ น้ำหนักจะหมายถึงมวลและมีหน่วยวัดเป็นกิโลกรัม อย่างไรก็ตามในทางวิทยาศาสตร์ปกติเราจะระบุน้ำหนักของวัตถุตามแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อมัน ด้วยเหตุนี้เราจึงควรวัดเป็นนิวตัน (N)
  • Force (แรง) คือ การวัดค่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุ มีหลายรูปแบบเช่น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง แรง เรียกว่าปริมาณเวกเตอร์เนื่องจากมีทั้งทิศทางและขนาด
  • Load (ภาระ) โหลดเป็นคำที่ใช้บ่อยในงานวิศวกรรมหมายถึงแรงที่กระทำบนพื้นผิวหรือวัตถุ

Ref. https://www.npl.co.uk


Universal testing machines
QC-505M1F ( 50 kN )

Tensile (Compression ) testing machine

Universal testing machines
QC-501M1F ( 300 kN )

Tensile (Compression ) testing machine

Universal testing machines
QC-50AM1F ( 600 kN )

Tensile (Compression ) testing machine