ASTM A370 权威指南

金属拉力测试

作者:Michael Boyd

ASTM A370 是用于测量金属抗拉强度的最受广泛认可和最全面的标准之一。它获得许多行业广泛使用,例如建筑业和汽车制造业,这些行业的安全性取决于材料质量。除了张力测试外,该标准还概述了对金属材料的夏比冲击测试、弯曲测试、布氏和洛氏硬度测试,而 ASTM E-23ASTM E190、ASTM E10 和 ASTM E18 标准对这些测试进一步进行了讨论。

本指南旨在向您介绍 ASTM A370 拉力测试的基本要素,并概述所需的测试设备、软件和试样。不应认为参阅本指南后便不必再阅读和遵循完整标准


ASTM A370 与 ASTM E8 之间的差异

ASTM A370 与另一个主要金属测试标准 ASTM E8 采用相同的测试设备和测试方法。A370 与 E8 的不同之处在于,它进一步定义了特定于几种不同产品类型的钢的试样特性。这些产品讨论了棒材、管材、紧固件和圆线材的测试,并包含在 ASTM A370 的附录中,同时附带了一些程序性说明。需要注意的是,虽然所附章节是对标准总则的补充,但在发生冲突时,往往以产品标准为准。

该标准测量什么?

虽然 ASTM A370 引用了不同的测试类型,但拉力测试是主要焦点。最常见的测量特性如下:

材料测试系统

ASTM A370 测试是针对各种钢铁产品和试样几何形状进行,因此系统力要求可能会有很大差异。英斯特朗的工业产品系列提供的测试机架适合测试机加工不锈钢棒 (300 kN) 以及厚壁管材 (2,000 kN) 等。工业产品系列载荷机架包括高刚度滚珠丝杆和导柱、应变计载荷测量和消除齿隙以提高耐用性。这些特性通过产生更精确的结果和最小化测试过程中存储的能量来提高性能,这一点在测试高强度材料(如弹簧钢丝和大直径紧固件)时尤为明显。

Instron high force testing systems

ASTM A370 系统选项
英斯特朗 DX 系列
英斯特朗 6800
英斯特朗 KPX 系列
英斯特朗 HDX 系列

 

拉伸试样

ASTM A370 试样几何形状的范围可以为铣削圆形、平面或加工型。该标准定义了许多常见试样类型的尺寸,包括棒材、管材、紧固件、线材和圆形试样。

ASTM A370 试样
测试方法

与最常见的金属材料测试标准一样,ASTM A370 描述了三种类型的测控:应力率控制、应变率控制和十字头位移控制。对于 ASTM E8/E8M,这些类型的控制称为方法 A、B 和 C。在 ASTM A370 中,拉力测试控制是指 ASTM E8/E8M 的方法,并增加了特定于 ASTM A370 标准内不同材料和应用的某些计算。制造商通常在整个测试期间使用十字头位移运行测试,或通过计算弹性模量来依靠应力率控制,然后在测试的剩余时间切换到十字头位移控制。以下视频更详细地讨论了应变率控制方法。


夹具和引伸计

虽然有许多不同的夹持技术适合测试圆形和扁平材料,但液压楔形侧动夹具是流行且用途广泛的选择,然而 ASTM A370 中的某些材料(例如管材和紧固件)需要更具体的解决方案。

附录 1 - 棒材

此附录涵盖针对扁平、圆形、方形、六边形和八边形试样形状的热轧和冷加工棒材的试样尺寸和引伸计长度要求。测试棒材时通常建议使用比例型楔形夹具。然而,由于具有极高的抗拉强度,一些棒材(特别是用于制造弹簧的类型)在拉力测试中遇到滑动时会严重损坏标准楔形夹具的夹钳面。在这些情况下,我们建议使用侧动非比例型夹具,以便在测试期间和试样破坏时更牢固地夹持住材料。

所有热轧棒材试样都需要一个 8 英寸标距长度的仪器进行应变测量,因为它们是全截面且未经加工。适用于应变测定的选项为具有可调节标距长度的英斯特朗 AUTOX750 或具有专用 8 英寸标距长度的手动夹式装置,例如英斯特朗的 E 系列 W-6280-8 和 W-6280-200。遗憾的是,热轧材料无法使用诸如英斯特朗的 AVE2 等非接触式引伸计进行测试,因为测试过程中的片状碎屑会导致量规标记从试样上脱落,或导致仪器失去量规标记的位置。

冷加工材料试样确实有一个通过机加工减少的截面,因此使用合适的 2 英寸标距长度的引伸计,如 AUTOX750、AVE2 或手动夹式装置。B2 类应变测定适用于 0.2% 的偏移屈服,但如果需要较低的百分比屈服计算,建议使用 B1 类装置。

附录 1 还涵盖了热轧和冷加工棒材的弯曲测试要求。当材料尺寸允许时,对全截面材料进行测试,附录规定了必要时机加工试样的尺寸。执行弯曲测试的目的在于目视检查材料的表面裂纹,并需要使用英斯特朗的 W-6810 和 W-6812 弯曲测试工装。

ASTM A370 测试设置

A370 棒材测试设置
英斯特朗 600DX
W-5197 夹钳面
AUTOX750 自动引伸计
附录 2 - 管道和管材

当测试管材(如全截面管道或从管道或管材上切下的狗骨式试样)时,比例型楔形夹具是一种适当且经济的解决方案。如果不需要压扁狗骨式试样的端部,我们建议使用曲线型虎钳支座,这对于测试具有厚壁和更高抗拉强度的试样特别有用,因为它们在测试开始时消除了滑移并提高了应变精度。

适用于管道和管材的应变测量解决方案可以是自动接触式引伸计(如 AUTOX750)或手动夹式装置(如英斯特朗的 W-6280 系列)。为测试全截面管材,AUTOX750 可以接受最大直径为 100 mm、标距长度为 2 英寸的试样。B2 类应变测定适用于 0.2% 的偏移屈服,但如果需要较低的百分比屈服计算,建议使用 B1 类装置。

附录 2 还介绍了一些用于证明某些管材延展性的压缩测试,包括压扁、反向压扁、挤压、法兰、扩口、弯曲和横向引导弯曲测试。基本的压缩铁砧和模具可以轻松满足许多此类测试的要求,但导向弯曲测试除外,英斯特朗为此测试提供了 W-6810 工装

附录 3 - 紧固件

紧固件测试需要专门的夹持配件来支撑紧固件的头部,并将拉张应力集中在试样的螺纹部分。它们由不同直径、角度、螺纹和螺距的螺栓固定器和垫圈组成,以匹配每种特定尺寸的紧固件。如果紧固件太大而无法在给定的测试系统上进行测试,则允许对具有标准 2 英寸标距长度的传统 0.505 英寸的试样进行机加工,以便进行测试。除轴向测试之外,ASTM F-606 和 MIL-STD 1312 还要求进行两种类型的剪切测试(双重和单次),以及带有螺母检验心轴的螺母检验。

测试紧固件时通常不需要应变测定,但它在确定材料是否显示任何应变时可能会有所帮助。一个合适的选择是英斯特朗的 W-E439。

A370 紧固件测试设置

A370 紧固件测试设置
英斯特朗 300 LX
W-5155-B 螺栓固定器
附录 4 - 圆线材

附录 4 主要侧重于圆线材制品的两种夹持类型:次级楔形夹具和凸轮式缓冲夹具。这两种解决方案均被认为适合测试也具有延展性的较低容量电线。用于测试全截面圆线材试样的标距长度为 10 英寸。当测试这种类型的试样时,夹头内断裂可能是一个常见的挑战,因为当试样在接近夹具的地方发生断裂时,测试结果被认为不可报告。因此,夹具对准非常重要。如果需要进行应变测量,则可以使用 10 英寸标距长度的夹式装置,即 AUTOX750 等自动解决方案。





A370 圆线材解决方案
2714-107 轮胎帘线夹具
圆线材工装
附录 A5 - 夏比冲击

A370 的总则以及附录 A5 中均详细讨论了总吸收能量的夏比冲击测试。这是标准中所描述大多数钢的生产中必需进行的测试。试样尺寸定义明确,并包含不同破坏类型的图例。为提供更多详情,ASTM A370 参考了夏比冲击标准 ASTM E-23。英斯特朗提供从 300 焦耳到 900 焦耳的合适解决方案,例如带有 Bluehill Impact 软件的 MPX 系统

以前的附录

在 ASTM A370 的最新更新中,附录 A7(多股绞线)和附录 A9(钢筋)已移至其各自的产品标准 ASTM A1061/A1061MASTM A615。由于它们长期包含在 ASTM A370 的过去版本中,我们仍将在本指南中探讨这些应用。

绞线 - 以前的附录 A7

7 股绞线一般用于预应力混凝土的生产。如果没有合适的设备,则难以测试绞线;虽然比例型楔形夹具可以接受,但非比例型侧动夹具在一致性和结果方面都是更好的选择。根据 ASTM A1061/A1061M 标准,试样长度为 48 英寸,需要 24 英寸标距长度的应变装置,以正确测量长度变化。

钢筋 - 以前的附录 A9

钢筋是另一种材料,其中试样不包括缩小的截面,因此需要 8 英寸/200 mm 的标距长度引伸计。比例型楔形夹具适用于此测试。在北美,尺寸约定基于标称 1 英寸或 8/8 ths 的 #8 钢筋。近年来列入产品标准的最大直径材料是 #20 螺杆,其中还包括 100 ksi 的抗拉强度。通过测试最大的产品可产生 720,000 lb 的峰值测试载荷。AC133 标准下的另一项测试是钢筋耦合测试,该测试使用双侧动或单侧动非比例型夹具以贯穿零循环方式进行。

计算和结果

ASTM A370 测试中要求的所有计算均已预先配置到 Bluehill Universal 中。对于喜欢从头开始构建自己的方法的人,也可以轻松将手动输入计算配置为按照 ASTM A370 执行测试。金属材料测试法软件包还提供根据以下所有标准预先构建的方法:ASTM E8/E8M、ASTM 615、ASTM E646、ASTM E517、ISO 6892-1、EN10002、ISO 10113 和 ISO 1027。


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