ASTM E8 金属材料的拉伸测试
如何按照 ASTM E8 / E8M 标准进行金属拉伸强度测试
ASTM E8 / E8M 是确定金属材料拉伸性能最广泛使用的标准之一。与 ASTM A370 一样，是各行业材料测试的基础方法。
该标准最初于 1924 年以 ASTM E8-24T 的名称推出，是目前最古老的活跃金属测试标准。几十年来，ASTM E8 经历了多次修订，以反映测试实践和行业需求的进步。
2008 年 3 月发生了一次重大更新，ASTM E8（英制单位）和 ASTM E8M（公制单位）合并为一个统一标准：ASTM E8 / E8M。这次合并简化了合规流程，提高了全球测试的清晰度。
本指南全面介绍了 ASTM E8 / E8M 拉伸测试，包括：
- 拉伸测试过程概述
- 所需材料测试设备
- 软件和应变测量附件
- 标准化拉伸试样
虽然本指南旨在提供有用的概述，但它不能替代阅读完整的 ASTM E8 / E8M 标准。进行此标准测试的人员应直接参考官方文档以确保完全合规。
ASTM E8 / E8M 测量的关键拉伸性能
ASTM E8 / E8M 用于评估金属材料在 10°C 至 38°C（50°F 至 100°F）环境温度下的拉伸性能。该标准对于评估各种形式的金属（包括板材、板材、线材和棒材）的力学性能至关重要。
虽然 ASTM E8 / E8M 涵盖了广泛的拉伸特性，但以下是最常测量的性能：
- 屈服强度 - 材料发生永久变形时的应力。
- 屈服点延伸率 - 材料从弹性变形转变为塑性变形的过渡阶段。
- 抗拉强度 - 材料在断裂前能承受的最大力或应力。
- 断面收缩率 - 断裂后横截面积减小的量度，用于衡量延展性。
这些性能对于材料选择、质量控制和工程设计至关重要，使 ASTM E8 / E8M 成为冶金测试和机械分析的基石。
选择正确的试验系统
由于 ASTM E8 / E8M 拉伸测试在各种金属材料上进行，从薄板金属到厚钢板，所需的测试力可能有很大差异。为适应这种多样性，Instron 6800 系列万能试验系统提供了一系列万能试验系统，载荷能力从轻质材料（如板材）的 10 kN 到重型应用（如钢板测试）的 600 kN。
6800 系列机架在工程设计上注重精密性和耐久性，具有以下特点：
- 预加载轴承
- 精密滚珠丝杠
- 坚固的横梁和底座梁
- 低伸长驱动带
这些先进的机械部件有助于获得高精度结果和最小的能量储存，这在测试航空推进系统合金、悬索桥结构钢和汽车底盘用金属等高强度材料时尤为重要。
试样类型和标准尺寸
ASTM E8 / E8M 适用于各种试样类型，以适应不同形式的金属材料。该标准为每种试样类别规定了精确的几何形状和尺寸，确保一致和可靠的拉伸测试结果。
常见的试样类型包括：
- 扁平和圆形棒材
- 管材和板材
- 销钉加载试样
- 粉末冶金产品
其中，最常用的试样类型是：
- 哑铃形扁平试样，宽度为 12.5 mm（0.5 英寸）和标距长度为 50 mm（2 英寸）
- 钮扣头圆形试样，常见直径为 6.35-12.7 mm（0.25-0.50 英寸）和标距长度为 25.4-50.8 mm（1-2 英寸）
通过定义标准化试样几何形状，ASTM E8 / E8M 确保了实验室和行业间测试程序的可重复性，使其成为金属机械测试的基石。
测试控制方法
与许多广泛使用的金属测试标准一样，ASTM E8 / E8M 概述了三种不同类型的测试控制方法来调节测试速度：
- 方法 a - 应力速率控制
- 方法 b - 应变速率控制
- 方法 c - 横梁速度控制
这些控制方法对于确保一致和可重复的拉伸测试结果至关重要，特别是在比较材料或验证机械性能时。本视频详细介绍了：什么是应变速率控制，为什么它很重要，如何实施它，以及可能出现的一些挑战。
拉伸夹具选项
ASTM E8 / E8M 拉伸测试支持各种 夹持技术，包括楔形夹具、侧作用夹具、液压夹具和气动夹具。这些夹具对于在测试过程中固定试样至关重要，根据施加夹持力的方式，可大致分为两类：
比例夹具的夹持力与测试过程中施加的拉伸负载成正比。随着负载的增加，夹持压力也随之增加，确保整个测试过程中试样的安全固定。
- 楔形夹具是最常见的比例夹具类型。它们有手动、气动和液压配置，适用于广泛的测试应用。
- 楔形设计自然增强了夹持强度：当试样被拉动时，它会滑入变窄的楔形中，增加压力并防止滑动。
非比例夹具保持恒定的夹持力，与拉伸负载无关。这种力通常由外部动力源产生，如高压液压系统（通常额定压力为 210 巴/3000 psi 或更高）。
- 常见示例包括侧作用夹具和疲劳额定液压楔形夹具。
- 许多非比例夹具的一个主要优势是可调节的夹持力，这允许在测试不同材料和试样类型时具有更大的灵活性。
选择正确的夹具类型对于在 ASTM E8 / E8M 拉伸测试中获得准确和可重复的结果至关重要。决定取决于试样几何形状、材料性能和测试要求等因素。
±130 kN 静态负载能力
目录号 2743-401
±312 kN 静态负载能力
目录号 2742-501
试样保护
在拉伸测试设置过程中，将试样插入夹具可能会无意中引入压缩力。这些力是由于夹持压力略微使材料发生位移，然后被推回试样本体，对负载传感器产生负载。这可能导致过早变形和不准确的测试结果。
为减轻这个问题，建议使用比例夹具。与非比例夹具不同，比例夹具在设置过程中施加较小的力，减少不必要的压缩负载。
为加强保护，Instron 6800 系列万能测试系统配备了试样保护技术。这个智能系统在设置过程中自动调节横梁位置以消除压缩力，无论使用何种夹具类型。这确保了更准确的数据收集，并有助于在测试开始前保持试样的完整性。
用于测量拉伸强度的引伸计
ASTM E8 / E8M 所需的引伸计类型取决于应变值。大多数金属测试标准要求使用高精度设备来确定低应变值下的材料性能 - 包括模量和屈服强度。而对于高应变值 - 包括均匀延伸率和总延伸率，精度略低的设备是可接受的。
为确保精度，ASTM E8 / E8M 参考 ASTM E83 进行引伸计分类：
- 对于 5% 以下的应变值，需要 B2 级或更好的引伸计。
- 对于 5% 以上的应变值，需要 C 级或更好的引伸计。
在 ASTM E8 / E8M 测试中常用的 引伸计 主要有三种类型：
- 夹持式引伸计 - 夹持式设备，如 Instron 的 2630 系列，由于其高精度和成本效益而被最广泛使用。设计必须足够坚固以承受高通量测试环境，并能够在高容量测试期间吸收试样断裂时的冲击。
- 自动接触式引伸计 - 像 Instron AutoX750 这样的设备提供自动试样安装、一致的放置和多标距适应性 - 减少操作者变异性并提高重复性。当与 Bluehill® Universal 软件配对时，AutoX750 可以在试样断裂前自动脱离，最大限度地减少刀口的磨损。
- 非接触式引伸计 - Instron 的 AVE3 高级视频引伸计提供光学应变测量，无需物理接触样品。这对于薄或易碎材料尤其有利，因为夹式设备可能会改变结果或导致过早失效。非接触式系统还消除了在高容量测试期间损坏的风险，从而确保长期的运行完整性和测量精度。
计算和结果
Bluehill Universal 软件通过为 ASTM E8 / E8M 提供预配置的计算来简化拉伸测试，从而无需手动设置。这使用户能够快速开始测试，并确信其结果的准确性和合规性。
对于那些喜欢定制方法的人，Bluehill Universal 还支持手动配置计算，使用户能够构建满足 ASTM E8 / E8M 和其他标准的特定要求的定制方法。
金属方法包进一步增强了灵活性，为广泛的国际和行业标准提供预建测试方法，包括：
| 弹簧模板 ASTM A370 ASTM A615 ASTM C39 ASTM C78 |
ASTM E8 / E8M ASTM E21 ASTM E345 ASTM E517 ASTM E646 |
ASTM F606 ISO 10113 ISO 10275 ISO 898 ISO 6892-1 |
提高效率
许多进行 ASTM E8 / E8M 拉伸测试的实验室定期处理大量试样。因此，提高测试效率对于最大化效率和降低运营成本至关重要。
幸运的是，有几种策略可以简化测试过程：
- 软件增强：测试软件的微小调整，如自动化重复任务和简化输入，可以显著减少设置时间和操作者工作量。请访问我们的 YouTube 频道获取软件提示和最佳实践。
- 先进的夹具和引伸计：使用设计用于快速设置和高重复性的设备可以最大限度地减少错误并减少重新测试的需要。
- 完全自动化：对于追求最高效率的实验室，全自动测试系统可以在无需操作者干预的情况下运行数小时，非常适合高通量环境。
通过实施这些解决方案，实验室可以在符合 ASTM E8 / E8M 标准的测试中实现更快的周转时间、更一致的结果和更高的生产力。
6800 系列旗舰级测试系统手册
Instron 6800 系列万能材料试验系统提供无与伦比的准确性和可靠性。6800 系列基于正在申请专利的 Operator Protect 系统架构，配备全新的 Smart-Close 气动套件和碰撞缓解功能，使材料测试比以往任何时候都更简单、更智能、更安全。
Bluehill Universal 产品手册
Bluehill Universal 是 Instron 先进的材料测试软件，专为直观的触控交互和简化的工作流程而设计。它提供预加载的测试方法、用于快速设置的 QuickTest、增强的数据导出功能以及用于直接服务沟通的 Instron Connect。Bluehill 2 和 Bluehill 3 的用户可以轻松升级到最新版本，以获得更佳的性能和易用性。
AVE3 Advanced Video Extensometer Data Sheet
The AVE3 Advanced Video Extensometer offers precision strain measurement for tensile, compression, and bend tests without the need for multiple clip-on devices.
Automatic Contacting Extensometer – Model AutoX 750
The AutoX 750 is a high-resolution, long-travel automatic contacting extensometer. It can be mounted onto any electromechanical 3300, 3400, 5500, 5900, or 6800 Series tabletop or floor model system as well as LX, DX, HDX, and KPX static hydraulic testing systems. It is well suited for applications involving plastics, metals, biomedical, composites, elastomers, and more. The AutoX has a maximum travel of 750 mm and accuracy of ± 1 µm.
2630 系列应变片式引伸计
2630-100 系列的引伸计可以与设备迅速连接，且易于使用。自重较轻且交叉设计的坚固支撑消除了试样因物理变形而引起的误差，而内置的保护功能可以确保试样不会因过度拉伸而被损坏。