ISO 6892 金属材料拉伸测试

如何按照 ISO 6892 执行金属材料拉伸测试

ISO 6892 金属片材

 

ISO 6892-1 是在环境温度下执行金属材料拉伸测试最常用的测试标准之一。此标准的最新版本于 2016 年发布,其中介绍了三种不同的测试方法:方法 A1、方法 A2 和方法 B。ISO 6892-1 与 ASTM E8/E8M 相似,但并不等同。本指南旨在向您介绍 ISO 6892-1 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

标准的修订历史

ISO 6892-1:2016 为当前版本的金属材料测试标准,已经过多次迭代。Instron 积极参与标准委员会,因此能够确保我们的产品符合该标准,并让我们的团队了解即将发生的变更。上一版 ISO 6892-1:2009 为之前的 ISO 6892 标准和流行的 EN10002-1:2001 标准的替代版本。

ISO 6892-1 最大的其中一个变化主要与测控方法有关,这可能会为金属材料拉伸测试带来重大挑战。这种变化主要以 TENSTAND 项目涉及的工作为导向,在该项目中经证实,由于材料的应变率敏感性,按照同一标准进行的不同机器测试的测试速率会产生不同的结果。2009 版标准中介绍的测试速率基于应变率(方法 A),成为了首选方法。EN10002:2001 中介绍的传统测试方法基于在弹性区域保持应力率,这种方法适用于手动操作的机器。这一原始方法也得以保留,并成为 2009 版标准中的“方法 B”。

方法 A 的引入造成了困惑,因为很多用户认为只有使用支持闭环应变控制的设备才能实现方法 A,而实际上还可以通过使用十字头恒速来实现。为将这一情况解释清楚,ISO 6892-1 再次经过修订,变成了当前版本,即 ISO 6892-1:2016。2016 版标准中包含三种测试方法:方法 A1、方法 A2 和方法 B。其中,方法 A 分为明确定义的两种不同测试方法:方法 A1(闭环应变控制)和方法 A2(十字头恒速),而方法 B 继续基于在弹性区域保持应力率。方法 B 中添加了一项备注,以说明必须保持应力控制的测试范围。有关方法 A1 的更多详细信息,请观看以下视频。


该标准测量什么?

ISO 6892-1 旨在测量任何形式的金属材料在环境温度下的拉伸性能。在受控条件下进行的测试必须满足 23℃ (±5℃) 的温度条件。ISO 6892-1 可以测量多种不同的拉伸性能,以下几种最为常见:

屈服强度 - 材料永久变形时的应力。ISO 6892-1 可测定屈服强度上限和下限:根据屈服现象,ISO 6892-1 规定了不连续屈服材料的屈服强度上限和下限要求,以及连续屈服材料的补偿屈服方法。

屈服点伸长率 - 仅适用于不连续屈服材料,屈服点伸长率是指试样从开始不连续屈服到结束不连续屈服之间的伸长率差异(即应变增加但应力不增加的范围)。

抗拉强度 - 材料在拉伸测试中能够承受的最大力或应力。

断面收缩率 - 材料延展性的度量标准。是指试样初始横截面面积与测试后最小横截面面积的差值,通常表示为初始横截面面积减小的百分比。可在断裂时或断裂后测量最小横截面面积。

 

金属材料屈服类型

 

试样

得益于金属材料广泛的应用范围,ISO 6892-1 适用于各种试样类型。主要的试样类型包括片材、板材、线材、棒材管材。有关试样制备和测量的完整详细信息,请参阅附录:

附录 B:用于板材、带材和扁材等薄型材料(厚度为 0 至 1 mm 之间以及 3 mm)的试样类型。

附录 C:用于线材、棒材和型材(直径或厚度小于 4 mm)的试样类型。

附录 D:用于片板、扁材(厚度等于或大于 3 mm)以及线材、棒材和型材(直径或厚度等于或大于 4 mm)的试样类型。

材料测试系统

ISO 6892-1 测试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。测试机的测力系统必须满足 ISO 7500-1 的 1 类或更高要求。Instron® 6800 系列是适合测试金属片材 (10kN) 到钢板 (600kN) 等的测试机架。6800 系列为高品质负载机架,该机架由预紧轴承、精密滚珠丝杠、刚度极高的十字头、基础梁和低弹传动带组成。这些特性提升了整体高级性能,可产生高精度结果,还有助于最大限度减少测试期间的储能,这在按照 ISO 6892-1 测试高强度金属材料时尤为明显。

ISO 6892 system setup

夹具

适用于 ISO 6892-1 测试的夹持技术有很多种(楔形夹具、液压夹具、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。

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,夹持力可调性通常更高,因此具有更多潜在的应用优势。例如,测试未经机器加工的试样时,微调即可帮助用户获得最佳的夹持压力,同时最大限度减少可能导致过早失效的应力集中现象。

Instron 强力夹具

引伸计

ISO 6892-1 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。引伸计必须符合 ISO 9513 的 1 类或 2 类要求,具体取决于所需计算。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,如果在测试期间未卸下,可以吸收高性能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,可减少不同操作员手动放置夹式引伸计时造成的差异。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。AutoX 具有坚固的设计,能够在测试失效期间保持启用状态。不过,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物理接触所造成的任何影响。例如,如果试样很薄,比如使用金属包装,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

 

测试软件

几乎所有的现代测试机均预装了软件,应确保测试软件中的计算与 ISO 6892-1 相符并与现有数据匹配,这一点十分重要。并非所有的软件包在创建时都是等同的,重要的是确保所选平台能够提供可靠的结果。

全球成千上万的客户依靠 Bluehill Universal® 执行 ISO 6892-1 材料测试。ISO 6892-1 测试所需的所有计算均已在 Buehill Universal 中预先配置,如果用户要从头开始并构建自己的方法,可通过该软件界面轻松地手动输入自己的计算。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 A370、ASTM 615、ASTM E646、ASTM E517、EN10002、ISO10113 和 ISO10275。

测试量

按照 ISO 6892-1 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,提高实验室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。

Specimens

ISO 6892-2 enables a wide variety of specimen types to accommodate the broad range of applications that metallic materials are used for. The standard references Annex B through E of normative reference ISO 6892-1 for description of typical specimen types. However, the most common elevated temperature specimens are described in detail in Annex A of this standard. These include test pieces produced from flat products, such as sheet metal and machined round products with threaded gripping ends. Flat specimens are typically secured with a bolt through a hole at either end of the specimen. This is because friction gripping often becomes unreliable at higher temperatures. Machined round products are typically connected to pull rods using a threaded coupler to allow the grips to be located outside of the chamber or furnace.

pin and clevis holder
pin and clevis holder
Materials Testing System

The force measuring system of the testing machine used in ISO 6892-2 testing must be in accordance with ISO 75001-1 class 1, or better. The Instron 6800 Series offers test frames suitable for sheet metal testing (10kN) all the way up to the strongest aerospace alloys (300kN). The 6800 Series provides a superior load frame including pre-loaded bearings, precision ball screws, an extremely stiff crosshead and base beam, and low-stretch drive belts. These features contribute to an overall advanced performance, producing highly accurate results. The features also help to minimize the energy stored during a test, which is especially evident when testing high-strength metallic materials to ISO 6892-2.

As noted in the standard, during the pretest heat-up and soaking period thermal expansion can lead to compressive stresses on the specimen if a force is not applied. These 6800 Series test frames can be programmed to maintain a low, constant tensile load on the specimen, preventing this compression from occurring and ensuring good alignment of the load string once the test begins.

Furnace and Load String

For testing up to 350°C, an environmental chamber can be used that typically encloses the specimens as well as the grips. For higher temperatures, more common in the testing of aerospace alloys, a furnace will be needed. Because furnaces operate at temperatures that exceed the recommended service temperature of most grips, specimens are typically coupled to Inconel pull rods. This can be accomplished using either a threaded coupler on round specimens, or a pin and clevis for flat specimens.

For specimens with gauge lengths 50 mm or smaller, temperature sensors called thermocouples are used to measure the temperature of the specimen at each end of the parallel length. For specimens of gauge length 50 mm or greater, an additional thermocouple is attached near the center of the parallel length. The furnace selected must be able to maintain the specified temperature, as measured along the test piece, within a narrow range, as specified by a table in the standard.

Each component of the temperature measuring system — including all sensors, cables, indicating device, and reference junction — must have a resolution equal to or better than 1°C and an accuracy of ±0.004 x the set temperature, or ±2°C (whichever is greater).

Instron’s 3 Zone Split Tube Furnaces, including the new 3119-160 1200°C option, ensure conformance to ISO 6892-2. Instron furnaces are manufactured with high-grade insulation that does not use refractory ceramic fiber (RFC). Each furnace is equipped with a protective shield to minimize contact for operator safety as well as for protection of the surrounding equipment.



ISO 6892-2 Test Setup
1) 6800 Series Universal Testing System
2) Bluehill Universal Software
3) 3119-160 Dual Furnaces
4) High Temperature Extensometer

 

ISO 6892-2 test setup 
Extensometers

The extensometer used for the determination of proof strength at elevated temperature must be in accordance with ISO 9513, class 1 or better, in the relevant range. For other properties determined at higher extensions, an ISO 9513 Class 2 extensometer is permitted. Extensometers used in elevated temperature testing are either self-supported on the specimen or hot mountable. Both configurations meet the requirements of the standard and offer unique benefits depending on the application. Hot-mountable extensometers are particularly valued for their consistent specimen alignment, and the ability to increase throughput on test frames configured with multiple furnaces.

Testing Software

Nearly all modern testing machines come with pre-installed software, and it is important that the calculations in the testing software are in compliance with ISO 6892-2 and match with existing data. Not all software packages are created equal, and it is important to know that the platform you choose provides reliable results. Thousands of customers around the globe rely on Bluehill Universal to test their material to ISO 6892-2. All calculations required in ISO 6892-2 testing are already pre-configured into Bluehill Universal, but for those who prefer to start from scratch and build their own method, the interface makes it easy for users to manually input their own calculations. The metals methods package also provides pre-built methods to all of the following standards: ISO 6892-1, ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM A615, ASTM E646, ASTM E517, EN10002, ISO 10113, and ISO 10275.

High-Volume Hot Tensile Testing

For labs seeking to increase throughput in their elevated temperature testing, Instron offers a dual furnace setup on 6800 Series high-capacity frames. The dual furnace carousel paired with a hot mountable extensometer enables one high temperature test to proceed while the next specimen is heating up.

Related Content

6800 系列 - 万能材料试验系统

Instron 的6800 系列万能材料试验系统提供出色的精度及可靠性。 6800 系列基于正在申请专利的操作员保护架构,具有全新的智能气动控制装置和碰撞保护功能,使材料测试比以往任何时候都更简单、更智能、更安全。

Bluehill Universal 手册

Bluehill Universal 软件专为直观的触摸交互式用户体验而构建。通过预加载试验方法、数秒内的QuickTest、增强数据导出,以及 Instron Connect(一项可与服务工程师直接联系的新功能)等功能去探索更简单、更智能的测试方式。Bluehill 2、 Bluehill 3 等旧版本软件的用户可以轻松升级到最新版本的 Bluehill。