Der maßgebliche Leitfaden zu ASTM A370

Zugprüfung von Metallen

Verfasser: Michael Boyd

ASTM A370 ist eine der anerkanntesten und umfassendsten Normen für das Messen der Zugfestigkeit von Metallen. Sie wird in vielen Branchen wie Bauwesen und Kfz-Herstellung eingesetzt, in denen die Sicherheit von der Qualität der verwendeten Materialien abhängig ist. Zusätzlich zu den Zugprüfverfahren werden in der Norm auch die Charpy Einschlag-, Biege-, sowie Brinell- und Rockwell-Härteprüfungen an Metallen beschrieben, die dann weiter in den Normen ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 und ASTM E18 definiert werden.

Mit dieser Anleitung sollen Sie in die grundlegenden Elemente einer ASTM A370 Zugprüfung eingeführt werden und eine Übersicht über erforderliche Prüfgeräte, Software und Proben erhalten. Diese Anleitung darf nicht als zureichender Ersatz für das Lesen und Befolgen der vollständigen Norm missverstanden werden.


Unterschiede zwischen ASTM A370 und ASTM E8

Für ASTM A370 kommen die gleichen Prüfgerätschaften und Prüfmethoden zur Anwendung wie für eine andere wichtige Prüfnorm, die ASTM E8. A370 weicht von E8 insofern ab, dass sie die Probeneigenschaften von Stählen, die für mehrere verschiedene Produkttypen spezifisch sind, beschreibt. Diese Produkte beschreiben das Prüfen von Stab, Rohr, Befestigungselementen und Runddraht und sind zusammen mit einigen verfahrensmäßigen Klarstellungen in den Anhängen von ASTM A370 zu finden. Es muss hier angemerkt werden, dass die Anhänge zwar als Zusätze zum allgemeinen Teil der Norm dienen, aber die Produktnorm oft bei Unstimmigkeiten vorgezogen wird.

Was wird gemessen?

Obwohl ASTM A370 verschieden Testtypen bespricht, liegt der Hauptfokus auf der Zugprüfung. Die am häufigsten gemessenen Eigenschaften sind:

Materialprüfsystem

Da das Prüfen gemäß ASTM A370 an einer derart großen Vielfalt von Stahlprodukten und Probenformen ausgeführt wird, können die Anforderungen an die Systemkraft ebenso vielfältig sein. Die Serie Industrial von Instron bietet Prüfrahmen zum Prüfen von bearbeiteten Edelstahl-Rundstücken (300 kN) bis hin zu dickwändigen Rohrprodukten (2000 kN). Die Lastrahmen der Serie Industrial enthalten hochsteife Kugelschrauben und Säulen, Dehnungsmessstreifen-Lastmessung und Verhinderung von Rückschlag für erhöhte Haltbarkeit. Mit diesen Funktionen wird eine bessere Leistung erzielt, da genauere Ergebnisse erhalten werden und die während einer Prüfung gespeicherte Energie minimiert wird. Dies wird besonders deutlich bei Prüfen von hochfesten Materialien wie Federdraht und Befestigungslementen mit großem Durchmesser.

ASTM A370 Prüfeinrichtung

ASTM A370 Systemoptionem

1. Instron DX-Serie

2. Instron 5980

3. Instron KPX-Serie

4. Instron HDX-Serie

 

Zugfestigkeitsproben

ASTM A370 Probenformen können geschliffen rund, flach oder wie hergestellt sein. In der Norm werden die Abmessungen für viele allgemeine Probentypen vorgegeben, einschließlich Stäbe, Schläuche, Befestigungselemente, Draht und runde Proben.

ASTM D370 Proben

Prüfmethoden

Wie bei den meisten gewöhnlichen Metallprüfungsnormen, werden in ASTM A370 drei Arten von Prüfungskontrollen beschrieben: Kontrolle von Belastungsrate, Dehnungsrate und Traversenverschiebung. Für ASTM E8/E8M werden diese Arten von Kontrolle als Methoden A, B und C bezeichnet. In ASTM A370 bezieht sich der Ausdruck Zugversuchkontrolle auf die Methoden von ASTM E8/E8M mit dem Zusatz von bestimmten Berechnungen für Materialien und Anwendungen innerhalb der Norm ASTM A370. Hersteller führen gewöhnlich Prüfungen mittels Traversenverschiebung für die gesamte Prüfungsdauer aus oder verlassen sich auf die Kontrolle der Belastungsrate des Elastizitätsmoduls und wechseln dann zu Traversenverschiebung-Kontrolle für die verbleibende Prüfung. Im Video wird die Dehnungsrate-Kontrollmethode näher beschrieben.


Spannzeuge und Extensometer

Es gibt zwar viele verschiedene Spannzeug-Technologien, die sich zum Prüfen von runden und flachen Materialien eignen, aber hydraulische Keil- oder seitlich wirkende Spannzeuge sind sehr beliebte und vielseitige Optionen. Manche der Materialien der ASTM A370 (z. B. Schläuche und Befestigungselementen) erfordern speziellere Lösungen.

Anhang 1: Stäbe

In diesem Anhang werden die Probenabmessungen und Extensometer-Messlängen für warm- und kaltgewalztes Stabmaterial für flache, runde, vier-, sechs- und achteckige Probenformen besprochen. Proportionale Keilspannzeuge werden im Allgemeinen zum Prüfen von Stabmaterialien empfohlen. Manche Stabmaterialien (besonders Federmaterial) können jedoch aufgrund ihrer extrem hohen Zugfestigkeit ernste Schäden an den Spannflächen eines Standard-Keilspannzeugs verursachen, wenn bei einem Zugversuch Rutschen auftritt. In solchen Fällen empfehlen wir ein seitlich wirkendes, nicht-proportionales Spannzeug, das das Material während der Prüfung und beim Materialversagen sicherer hält.

Für alle warm gewalzten Stabproben ist für die Dehnungsmessung ein Instrument mit einer Messlänge von 8“ erforderlich, da sie Abschnitte und unbearbeitet sind. Geeignete Optionen für Extensometer sind entweder ein Instron AUTOX750 mit verstellbarer Messlänge oder ein manuelles Aufsteckgerät mit 8“ Messlänge wie das Instron E-Serie W-6280-8 und W-6280-200. Leider kann warmgewalztes Material nicht mit einem berührungslosen Extensometer wie demAVE2 von Instron geprüft werden, da das während der Prüfung abplatzende Material entweder die Messmarker von der Probe entfernt oder dazu führt, dass das Instrument die Messmarker nicht mehr erkennen kann.

Proben aus kaltgezogenem Material haben einen durch Bearbeitung reduzierten Abschnitt. Daher kann ein angemessenes Extensometer mit einer Messlänge von 2“ wie das AUTOX750, AVE2, oder ein Aufsteckgerät verwendet werden. Klasse B2 Extensometrie eignet sich für eine 0,2%-Dehngrenze, aber ein Gerät der Klasse B1 wird empfohlen, wenn eine niedrigere Grenzberechnung erforderlich ist.

Anhang 1 behandelt auch die Biegeanforderungen für warmgewalzte und kaltgezogene bearbeitete Stäbe. Soweit die Materialabmessungen es zulassen, werden Prüfungen an vollen Abschnitten durchgeführt, und der Anhang gibt die Abmessungen für bearbeitete Proben vor, falls erforderlich. Biegeprüfungen werden zum Zweck der Sichtprüfung des Materials auf Oberflächenrisse durchgeführt und erfordern die Biegeprüfungsvorrichtungen W-6810 and W-6812 von Instron.

ASTM A370 Prüfeinrichtung

A370 Prüfeinrichtung für Stangenprodukte

1. Instron 600DX

2. W-5197 Spannflächen

3. Automatisches Extensometer AUTOX750

 

Anhang 2: Rohr und Schlauch

Beim Prüfen von rohrförmigen Produkten wie vollen Rohrabschnitten oder aus Rohr oder Schlauch geschnittenen, taillierten Abschnitten bietet sich ein Keilspannzeug als eine ausreichende und wirtschaftliche Lösung an. Wenn das Abflachen der Enden der taillierten Probe nicht erwünscht ist, empfehlen wir den Einsatz von gekrümmten Backeneinsätzen, die sich besonders für dickwändige Proben mit höherer Zugefestigkeit eignen, da sie Rutschen verhindern und die Genauigkeit der Dehnung zu Beginn der Prüfung verbessern.

Dehnungsmesssysteme für Rohre und Schläuche können entweder Extensometer mit automatischem Kontakt wie das AUTOX750 oder ein Aufsteckgerät wie Serie W-6280 von Instron sein. Zum Prüfen von kompletten Abschnitten von Rohrprodukten kann das AUTO750X Proben mit einem Höchstdurchmesser von 100 mm bei einer Messlänge von 2" aufnehmen. Klasse B2 Extensometrie eignet sich für eine 0,2%-Dehngrenze, aber ein Gerät der Klasse B1 wird empfohlen, wenn eine niedrigere Grenzberechnung erforderlich ist.

In Anhang 2 werden auch mehrere Druckprüfungen zur Untersuchung der Verformbarkeit bestimmter rohrförmiger Produkte beschrieben: Abflachungs-, Umgekehrte Abflachungs-, Stauch-, Flansch-, Aufweitungs-, Biege- und Transversen-geführte Biegeprüfung. Viele dieser Prüfungen können mit gewöhnlichen Stütz- und Druckpunkten durchgeführt werden, mit Ausnahme der geführten Biegeprüfung, für die Instron die W-6810 Vorrichtunganbietet.

Annex 3: Befestigungselemente

Für das Prüfen von Befestigungselementen ist spezielles Zubehör erforderlich, das den Kopf des Elements unterstützt und die Zugdehnung auf den Gewindeteil der Probe konzentriert Es besteht aus Bolzenhalterungen und Unterlegscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern, Winkeln, Gewinden und Steigung für jede spezifische Größe von Befestigungselement. Sollte der Fall eintreten, dass ein Befestigungeelement zu groß für das Prüfen auf einem bestimmten Prüfgerät ist, ist es zulässig, eine herkömmliche 0,505”-Probe mit einer Messlänge von 2“ zum Prüfen herzustellen. Zusätzlich zu axialen Prüfungen sind zwei Arten von Scherprüfungen (doppelt und einzeln) von Bedeutung und von ASTM F-606 und MIL-STD 1312 vorgeschrieben, zusammen mit Eignungsprüfungen von Muttern mihilfe eines Mutternprüfdornes.

Extensometrie ist gewöhnlich zum Prüfen von Befestigungselementen nicht erforderlich, es kann sich jedoch bei der Bestimmung, ob das Material Dehnung aufweist, als hilfreich erweisen. Dafür ist die geeignete Auswahl das Instron W-E439.

A370 Prüfeinrichtung für Befestigungselemente

A370 Prüfeinrichtung für Befestigungselemente

1. Instron 300 LX

2. W-5155-B Bolzenhalterung

 

Anhang 4: Runddrahtprodukte


A370 Runddrahtprodukte

1. 2714-107 Spannzeug für Reifencord

 

Anhang 4 behandelt hauptsächlich zwei Spannzeugarten für Runddrahtprodukte: Ein sekundäres Keilspannzeug und ein Nockenstangen-Spannzeug Beide Systeme sind geeignet zum Prüfen von Draht niedriger Kapazität, der auch verformbar ist. Die Messlänge für das Prüfen von vollen Abschnitten von Runddrahtproben beträgt 10". Brüche an den Spannflächen sind eine herkömmliche Herausforderung beim Prüfen dieser Probentypen. Wenn das Probenversagen nahe an den Spannflächen erfolgt, sind die Prüfergebnisse nicht akzeptabel. Aus diesem Grund kommt der Ausrichtung der Spannflächen eine hohe Bedeutung zu. Wenn eine Dehnungsmessung erfordert ist, ist ein Aufsteckgerät mit einer Messlänge von 10 Zoll geeignet, wie auch ein automatisches System wie das AUTOX750.

Runddrahtvorrichtung

Anhang A5: Charpy Kerbschlagversuch

Der Charpy Kerbschlagversuch für gesamte absorbierte Energie wird sowohl im Hauptteil von A370 als auch in Anhang A5 eingehend besprochen. Es handelt sich dabei um eine vorgeschriebene Prüfung der meisten in der Norm beschriebenen Stahlsorten. Probenabmessungen werden gut beschrieben und Bilder der verschiedenen Versagensarten sind ebenfalls enthalten. Für weiterführende Einzelheiten verweist ASTM A370 auf die Charpy Impact Norm ASTM E-23. Instron bietet passende Lösungen von 300 Joule bis 900 Joule, wie das MPX-System mit Bluehill Impact Software.

Ehemalige Anhänge

In der neuesten Aktualisierung von ASTM A370 wurden Anhang A7 (mehrdrähtige Spannlitzen) und Anhang A9 (Kohlenstoffstahlstäbe) zu ihren entsprechenden ProduktnormenASTM A1061/A1061M bzw. ASTM A615 umgesetzt. Aufgrund ihrer ausführlichen Einbeziehung in früheren Versionen von ASTM A370 wollen wir uns weiterhin in dieser Anleitung mit diesen Anwendungen befassen.

Spannlitze – ehemals Anhang A7

Litzen mit 7 Drähten werden gewöhnlich bei der Produktion von vorgespanntem Beton verwendet. Ohne die richtige Ausrüstung ist das Prüfen von Litzen schwierig, und obwohl die Verwendung eines nicht-proportionalen Keilspannzeugs akzeptabel ist, ist ein nicht-proportionales, seitlich wirkendes Spannzeug eine viel bessere Wahl sowohl für Beständigkeit als auch für die Ergebnisse. Gemäß ASTM A1061/A1061M betragen die Probenlängen 48 Zoll und erfordern ein 24-Zoll-Dehnungsmessgerät für ürdnungsgemäßes Messen von Längenänderungen.

Kohlenstoffstahlstäbe zur Betonbewehrung, ehemals Anhang A9

Stäbe zur Betonbewehrung oder „Rebar“ sind ein weiteres Material, bei dem Proben keinen reduzierten Abschnitt aufweisen. Daher ist ein Extensometer mit 200 mm Messlänge erforderlich. Für diese Prüfung eignet sich ein proportionales Keilspannzeug. In Nordamerika basiert das Bemessungsübereinkommen darauf, dass Rebar Nr. 8 nominell 1 Zoll oder 8/8tel ist. Das Material mit dem größten Durchmesser, das in den letzten Jahren in die Produktnorm aufgenommen wurde, sind Gewindestäbe Nr. 20 mit einer Zugfestigkeit von 100 ksi. Das Prüfen des größten Produkts ergibt Spitzenbelastungen von 720,000 lbs. Eine zusätzliche Prüfung nach Norm AC133 ist eine zyklische Rebar-Kopplungsprüfung mittels eines doppelseitig oder einseitig wirkenden nicht-proportionalen Spannzeugs.

Berechnungen und Ergebnisse

Alle in ASTM A370-Prüfungen erforderten Berechnungen sind bereits in Bluehill Universal programmiert. Wenn Sie jedoch vorziehen, von Grund auf zu beginnen und Ihre eigene Methode zu entwickeln, kann die Eingabe Ihrer eigenen Berechnungen zum Prüfen nach ASTM A370 konfiguriert werden.. Das Metallmethoden-Paket enthält auch vorprogrammierte Methoden für alle folgende Normen: ASTM E8/E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 und ISO 1027.


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