ASTM E8 金属材料拉伸测试

如何按照 ASTM E8/E8M 执行金属材料抗拉强度测试

作者:Matthew Spiret

ASTM E8/E8M 是测定金属材料拉伸性能最常用的测试方法之一,还有一种是 ASTM A370。该标准于 1924 年首次发布,原名为 ASTM E8-24T,是最早的金属材料测试常用标准。与大多数标准一样,ASTM E8 经常经历小幅更改。不过,该标准近期经历了某些重大更改。2011 年以前,ASTM E8/E8M 分为两个独立的标准:E8 适用于英制单位用户,E8M 适用于公制单位用户。为方便起见,这两种标准现已合并为 ASTM E8/E8M。

 

本指南旨在向您介绍 ASTM E8/E8M 拉伸测试的基本要素,并概述所需的材料测试设备、软件和拉伸试样。但是,计划进行 ASTM E8/E8M 测试的任何人员都不应认为参阅本指南后便不必再阅读完整标准


该标准测量什么?

ASTM E8/E8M 可以在 10℃ – 38℃(50℉ – 100℉)环境温度条件下测量任何形式的金属材料的拉伸性能。ASTM E8/E8M 可以测量多种不同的拉伸性能,以下几种最为常见:

材料测试系统

ASTM E8/E8M 是针对各种金属材料进行,因此系统力要求会有很大的差异。Instron® 6800 系列提供的测试机架适合测试金属片材 (10kN) 和钢板 (600kN) 等材料。6800 系列负载机架由预紧轴承、精密滚珠丝杠、厚十字头、基础梁和低弹传动带组成。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(例如航天复合材料、金属合金和晶体聚合物)时尤为明显。

ASTM E8 system setup

拉伸试样

ASTM E8/E8M 可以测试多种不同的试样类型,并为每种类型定义合适的几何形状和尺寸。该标准可以测试多种材料,包括棒材、管材、片材、装有销钉的试样、圆形试样和粉末状冶金产品。不过,最常用的试样为宽 12.5 mm(0.5 英寸)、标距长度为 50 mm(2 英寸)的狗骨式矩形。

 ASTM E8 试样

测试方法

与最常见的金属材料测试标准一样,此方法描述了三种类型的测试控制:应力率控制、应变率控制和十字头位移控制。在 ASTM E8/E8M 中,这些类型的控制称为方法 A、方法 B 和方法 C。以下视频详细介绍了这些测控方式之间的差异。

夹具

适用于 E8/E8M 测试的夹持技术有很多种(楔形夹具、侧动夹具、气动夹具等),可以根据对试样施加的夹持力分为比例型夹具或非比例型夹具。

ASTM E8 比例型夹具和非比例型夹具的对比图

使用比例型夹具时,对试样施加的力与施加的拉伸载荷成正比。测试过程中,随着拉伸载荷的增加,对试样施加的夹持力也会增加。楔形夹具是常用的比例型夹具,分为手动、气动和液压等类型,适用于广泛的测试用途。楔形夹具的形状使其能够施加比例压力:当拉伸力作用于试样时,试样被更紧地拉向楔形最窄的区域,从而增加夹持压力。

使用非比例型夹具时,对试样施加的夹持力保持恒定,并且与施加的拉伸载荷无关。这是侧动夹具和额定疲劳液压楔形夹具的典型特征,使用这种楔形夹具时,夹持力由与试样的拉伸载荷无直接关系的动力源产生。此动力源通常为高压(210 bar/3000 psi 或更高)液压供给装置。非比例型夹具的其中一个优势在于,夹持力通常可调,因此具有更多潜在的应用优势。


Catalog no. 2743-401

Catalog no. 2742-501

试样保护

在测试设置过程中,将试样插入夹具时通常会产生多余的压缩力。这是因为有少量的材料在压力作用下发生位移,并被压回试样本体,从而有效地推动了载荷传感器。多余的力会导致试样变形和测试数据错误。比例型夹具在测试设置过程中不会施加很大的力,因此可以将多余的力保持在比非比例型夹具施加的力更小的水平。Instron 5900 系列具有试样保护功能,无论采用何种夹持解决方案进行测试,均可在测试设置过程中自动调整十字头的位置,从而自动消除压缩载荷。

Instron 强力夹具

适用于测量抗拉强度的引伸计

大多数金属材料测试标准要求使用高精度装置来测定较低应变值(例如模量或屈服)条件下的性能,而高应变值(例如均匀伸长率或总伸长率)条件下则需要使用精度稍低的装置。ASTM E8/E8M 要求使用 B2 类或更高等级的装置(根据 ASTM E83)来测定应变低于 5% 时的屈服值和伸长率值。对于应变大于 5% 的结果,必须使用 C 类或更高等级的装置。

ASTM E8 测试常用的引伸计分为三种:夹式引伸计、非接触式引伸计和自动接触式引伸计。诸如 2630 系列的夹式引伸计为最常用的引伸计类型。此类引伸计可以提供非常精确和稳定的应变数据,而且通常比其他类型的引伸计更便宜。它们必须足够坚固才能适应高测试量的实验室工况,并吸收高容量金属试样断裂时带来的冲击。

AutoX750 等自动接触式引伸计具有可重复施加夹持力和重复放置的优势,可避免不同操作员手动放置夹式引伸计时造成差异。自动接触式引伸计还适用于各种标距长度,对于需要测试多种试样类型的用户而言,这种引伸计具有高性价比。与 Bluehill® Universal 软件结合使用时,可以将 AutoX750 设置为在试样失效前自动卸下,以防刀口过度磨损。

AVE 2 自动视频引伸计等非接触式引伸计的优势在于,可消除引伸计与试样接触所造成的任何影响。例如,如果试样很薄,则夹式引伸计的重量会显著改变结果。将引伸计夹附于易碎试样的刀口还会导致试样破损,并造成过早失效。此外,AVE 不会与材料接触,因此在测试高容量材料时不存在引伸计受损或磨损的潜在风险。

引伸计 

计算和结果

ASTM E8/E8M 测试要求的所有计算均已预先配置到 Buehill 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 E8 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 A370ASTM 615ASTM E646ASTM E517ISO 6892-1、EN10002、ISO 10113 和 ISO 10275。

Bluehill Universal 测试方法

测试量

按照 ASTM E8/E8M 测试的大多数实验室均需要定期测试大量试样。因此,任何可以提高测试量的方法都具有优势。所幸,提高 ASTM E8/E8M 测试量的方法有很多。仅需对软件稍作修改即可减少重复任务,某些夹具和引伸计可减少设置时间并提升可重复性,从而减少重复测试的需求。最后,可以为整个测试过程选择全自动选项,即可在无需任何操作员交互的情况下运行测试数小时。

 

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