ASTM E8 Zugprüfung von metallischen Werkstoffen
Wie man eine Zugfestigkeitsprüfung an Metallen gemäß ASTM E8 / E8M durchführt
ASTM E8 / E8M ist eine der am häufigsten verwendeten Normen zur Bestimmung der Zugeigenschaften metallischer Werkstoffe. Zusammen mit ASTM A370 dient sie als grundlegende Methode in der Werkstoffprüfung über alle Branchen hinweg.
Ursprünglich 1924 unter der Bezeichnung ASTM E8-24T eingeführt, ist diese Norm die älteste aktiv genutzte Metallprüfnorm. Im Laufe der Jahrzehnte wurde ASTM E8 zahlreichen Überarbeitungen unterzogen, um Fortschritte in den Prüfpraktiken und den Bedürfnissen der Industrie widerzuspiegeln.
Eine wichtige Aktualisierung erfolgte im März 2008, als ASTM E8 (imperiale Einheiten) und ASTM E8M (metrische Einheiten) zu einer einzigen, vereinheitlichten Norm zusammengeführt wurden: ASTM E8 / E8M. Diese Konsolidierung vereinfachte die Einhaltung und verbesserte die Klarheit für globale Prüfungen.
Dieser Leitfaden bietet eine umfassende Einführung in die ASTM E8 / E8M Zugprüfung, einschließlich:
- Übersicht über den Zugversuch
- Erforderliche Werkstoffprüfgeräte
- Software und Zubehör zur Dehnungsmessung
- Standardisierte Zugproben
Dieser Leitfaden soll zwar einen hilfreichen Überblick bieten, ersetzt jedoch nicht das Lesen der vollständigen ASTM E8 / E8M Norm. Diejenigen, die Prüfungen nach dieser Norm durchführen, sollten sich direkt auf die offizielle Dokumentation beziehen, um die vollständige Einhaltung zu gewährleisten.
Wichtige Zugeigenschaften, gemessen nach ASTM E8 / E8M
ASTM E8 / E8M wird zur Bewertung der Zugeigenschaften metallischer Werkstoffe bei Umgebungstemperaturen von 10 °C bis 38 °C (50 °F bis 100 °F) verwendet. Diese Norm ist unerlässlich für die Beurteilung der mechanischen Leistung von Metallen in verschiedenen Formen, einschließlich Blech, Platte, Draht und Stange.
Während ASTM E8 / E8M eine breite Palette von Zugeigenschaften abdeckt, sind die folgenden die am häufigsten gemessenen Eigenschaften:
- Streckgrenze - Die Spannung, bei der ein Material eine bleibende Verformung erfährt.
- Streckgrenzen-Dehnung - Die Übergangsphase, in der das Material von elastischer zu plastischer Verformung übergeht.
- Zugfestigkeit - Die maximale Kraft oder Spannung, die ein Material vor dem Versagen aushalten kann.
- Brucheinschnürung - Ein Maß für die Duktilität, berechnet durch die Abnahme der Querschnittsfläche nach dem Bruch.
Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Materialauswahl, Qualitätskontrolle und Konstruktion, wodurch ASTM E8 / E8M ein Eckpfeiler in der metallurgischen Prüfung und mechanischen Analyse ist.
AUSWAHL DES RICHTIGEN PRÜFSYSTEMS
Da die ASTM E8 / E8M Zugprüfung an einer Vielzahl metallischer Werkstoffe durchgeführt wird, von dünnen Blechen bis zu dicken Stahlplatten, kann die erforderliche Prüfkraft erheblich variieren. Um dieser Vielfalt gerecht zu werden, bietet die Instron 6800er Serie universeller Prüfsysteme eine vielseitige Auswahl an Universalprüfmaschinen mit Lastkapazitäten von 10 kN für leichte Materialien (d.h. Blech) bis 600 kN für Hochleistungsanwendungen wie die Prüfung von Stahlplatten.
Die Lastrahmen der 6800er Serie sind für Präzision und Langlebigkeit konzipiert und verfügen über:
- Vorgespannte Lager
- Präzisions-Kugelgewindetriebe
- Robuster Querbalken und Grundträger
- Dehnungsarme Antriebsriemen
Diese fortschrittlichen mechanischen Komponenten tragen zu hochgenauen Ergebnissen und minimaler Energiespeicherung bei, was besonders kritisch ist bei der Prüfung hochfester Materialien wie Legierungen für Luft- und Raumfahrtantriebssysteme, Baustähle für Hängebrücken und Metalle, die in Automobilfahrgestellen verwendet werden.
PROBENTYPEN UND STANDARDABMESSUNGEN
ASTM E8 / E8M berücksichtigt eine Vielzahl von Probentypen, um verschiedenen Formen metallischer Werkstoffe gerecht zu werden. Die Norm legt präzise Geometrien und Abmessungen für jede Probenkategorie fest, um konsistente und zuverlässige Zugprüfergebnisse zu gewährleisten.
Gängige Probentypen sind:
- Flach- und Rundstäbe
- Rohre und Bleche
- Stiftgelagerte Proben
- Pulvermetallurgische Produkte
Unter diesen sind die am häufigsten verwendeten Probentypen:
- Flachproben in Hundeknochenform mit einer Breite von 12,5 mm (0,5 Zoll) und einer Messlänge von 50 mm (2 Zoll)
- Rundproben mit Knopfkopf mit gängigen Durchmessern von 6,35 - 12,7 mm (0,25 - 0,50 Zoll) und Messlängen von 25,4 - 50,8 mm (1 - 2 Zoll)
Durch die Definition standardisierter Probengeometrien gewährleistet ASTM E8 / E8M wiederholbare Prüfverfahren in Laboren und Industrien, was sie zu einem Eckpfeiler in der mechanischen Prüfung von Metallen.
PRÜFSTEUERUNGSMETHODEN
Wie viele weit verbreitete Metallprüfnormen beschreibt ASTM E8 / E8M drei verschiedene Arten von Prüfsteuerungsmethoden zur Regulierung der Prüfgeschwindigkeit:
- Methode a - Spannungsratenregelung
- Methode b - Dehnratenregelung
- Methode c - Traversengeschwindigkeitsregelung
Diese Steuerungsmethoden sind entscheidend für die Sicherstellung konsistenter und wiederholbarer Zugprüfergebnisse, insbesondere beim Vergleich von Materialien oder der Validierung mechanischer Eigenschaften. Dieses Video erklärt: Was ist Dehnratenregelung, warum ist sie wichtig, wie kann man sie implementieren und welche Herausforderungen können auftreten.
SPANNZEUGOPTIONEN FÜR ZUGPRÜFUNGEN
Die ASTM E8 / E8M Zugprüfung unterstützt eine Vielzahl von Spanntechnologien, einschließlich Keilspannzeugen, Seiten-Spannzeugen, hydraulischen Spannzeugen und pneumatischen Spannzeugen. Diese Spannzeuge sind unerlässlich, um die Probe während der Prüfung zu sichern, und können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden, basierend auf der Art und Weise, wie sie die Klemmkraft aufbringen:
Proportionale Spannzeuge erhöhen die Klemmkraft in direktem Verhältnis zur während der Prüfung aufgebrachten Zuglast. Mit steigender Last steigt auch der Spanndruck, was eine sichere Probenhaltung während des gesamten Prüfprozesses gewährleistet.
- Keilspannzeuge sind die häufigste Art proportionaler Spannzeuge. Sie sind in manuellen, pneumatischen und hydraulischen Konfigurationen erhältlich, sind vielseitig einsetzbar und für eine breite Palette von Prüfanwendungen geeignet.
- Das Keildesign erhöht auf natürliche Weise die Klemmkraft: Wenn die Probe gezogen wird, gleitet sie tiefer in den sich verengenden Keil, wodurch der Druck erhöht und ein Verrutschen verhindert wird.
Nicht-proportionale Spannzeuge halten eine konstante Klemmkraft aufrecht, die unabhängig von der Zuglast ist. Diese Kraft wird typischerweise von einer externen Energiequelle erzeugt, wie einem Hochdruck-Hydrauliksystem (oft ausgelegt für 210 bar / 3000 psi oder höher).
- Gängige Beispiele sind Seiten-Spannzeuge und ermüdungsgeprüfte hydraulische Keilspannzeuge.
- Ein wesentlicher Vorteil vieler nicht-proportionaler Spannzeuge ist die einstellbare Klemmkraft, die eine größere Flexibilität bei der Prüfung verschiedener Materialien und Probentypen ermöglicht.
Die Wahl des richtigen Spannzeugtyps ist entscheidend für genaue und wiederholbare Ergebnisse bei der ASTM E8 / E8M Zugprüfung. Die Entscheidung hängt von Faktoren wie Probengeometrie, Materialeigenschaften und Prüfanforderungen ab.
±130 kN statische Belastbarkeit
Katalog-Nr. 2743-401
±312 kN statische Belastbarkeit
Katalog-Nr. 2742-501
PROBENSCHUTZ
Während des Aufbaus eines Zugversuchs kann das Einsetzen einer Probe in die Spannzeuge unbeabsichtigt Druckkräfte einführen. Diese Kräfte treten auf, wenn der Spanndruck Material leicht verschiebt, das dann in den Probenkörper zurückgedrückt wird, wodurch eine Last gegen die Kraftmessdose entsteht. Dies kann zu vorzeitiger Verformung und ungenauen Prüfergebnissen führen.
Um dieses Problem zu mindern, werden proportionale Spannzeuge empfohlen. Im Gegensatz zu nicht-proportionalen Spannzeugen üben proportionale Spannzeuge während des Aufbaus eine geringere Kraft aus, wodurch unerwünschte Drucklasten reduziert werden.
Für verbesserten Schutz verfügen die Universalprüfsysteme der Instron 6800er Serie über die Specimen Protection Technologie. Dieses intelligente System passt die Traversenposition während des Aufbaus automatisch an, um Druckkräfte zu eliminieren, unabhängig vom verwendeten Spannzeugtyp. Dies gewährleistet eine genauere Datenerfassung und hilft, die Integrität der Probe vor Beginn der Prüfung zu bewahren.
Extensometer zur Messung der Zugfestigkeit
Der für ASTM E8 / E8M benötigte Extensometertyp variiert je nach Dehnungswert. Die meisten Metallprüfnormen erfordern ein hochgenaues Gerät zur Bestimmung der Materialeigenschaften bei niedrigeren Dehnungswerten – einschließlich Modul und Streckgrenze. Während ein Gerät mit etwas geringerer Genauigkeit für hohe Dehnungswerte – einschließlich Gleichmaßdehnung und Gesamtdehnung – akzeptabel ist.
Um Präzision zu gewährleisten, verweist ASTM E8 / E8M auf ASTM E83 für die Extensometer-Klassifizierung:
- Für Dehnungswerte unter 5 % ist ein Extensometer der Klasse B2 oder besser erforderlich.
- Für Dehnungswerte über 5 % ist ein Extensometer der Klasse C oder besser erforderlich.
Es gibt drei Haupttypen von Extensometern, die üblicherweise bei ASTM E8 / E8M Prüfungen verwendet werden:
- Clip-On Extensometer - Clip-on-Geräte, wie die 2630er Serie von Instron, sind aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und Kosteneffizienz am weitesten verbreitet. Es ist entscheidend, dass das Design robust genug ist, um Umgebungen mit hohem Prüfdurchsatz standzuhalten und den Schock eines Probenbruchs bei Hochleistungstests absorbieren zu können.
- Automatische Kontakt-Extensometer - Geräte wie der Instron AutoX750 bieten eine automatisierte Probenbefestigung, konsistente Platzierung und Anpassungsfähigkeit an mehrere Messlängen – wodurch die Bedienervariabilität reduziert und die Wiederholbarkeit verbessert wird. In Verbindung mit der Bluehill® Universal Software kann der AutoX750 automatisch vor dem Probenversagen abgenommen werden, wodurch der Verschleiß an den Messschneiden minimiert wird.
- Berührungslose Dehnungsmesser – Instrons AVE3 Advanced Video Extensometer ermöglicht die optische Dehnungsmessung, ohne die Probe physisch zu berühren. Dies ist besonders vorteilhaft bei dünnen oder zerbrechlichen Materialien, bei denen Clip-On-Geräte die Ergebnisse verfälschen oder ein vorzeitiges Versagen verursachen können. Berührungslose Systeme eliminieren auch das Risiko von Beschädigungen bei Hochlastprüfungen und gewährleisten so langfristige Betriebssicherheit und Messgenauigkeit.
Berechnungen und Ergebnisse
Die Bluehill Universal-Software rationalisiert Zugversuche, indem sie vorkonfigurierte Berechnungen für ASTM E8 / E8M bietet, wodurch die Notwendigkeit einer manuellen Einrichtung entfällt. Dies ermöglicht es Benutzern, schnell mit dem Testen zu beginnen und sich auf die Genauigkeit und Konformität ihrer Ergebnisse zu verlassen.
Für diejenigen, die einen kundenspezifischen Ansatz bevorzugen, unterstützt Bluehill Universal auch die manuelle Konfiguration von Berechnungen, sodass Benutzer maßgeschneiderte Methoden erstellen können, die die spezifischen Anforderungen von ASTM E8 / E8M und anderen Normen erfüllen.
Das Metals Methods Package erhöht die Flexibilität zusätzlich, indem es vorgefertigte Prüfmethoden für eine breite Palette internationaler und Industriestandards bereitstellt, einschließlich:
| Federvorlagen 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 |
Durchsatz verbessern
Viele Labore, die ASTM E8 / E8M Zugversuche durchführen, bearbeiten regelmäßig ein hohes Probenvolumen. Folglich ist die Verbesserung des Prüfdurchsatzes unerlässlich, um die Effizienz zu maximieren und die Betriebskosten zu senken.
Glücklicherweise gibt es mehrere Strategien zur Optimierung des Prüfprozesses:
- Software-Verbesserungen: Kleinere Anpassungen in der Prüfsoftware, wie die Automatisierung wiederkehrender Aufgaben und die Optimierung von Eingaben, können die Einrichtungszeit und die Arbeitsbelastung des Bedieners erheblich reduzieren. Besuchen Sie unseren YouTube-Kanal für Software-Tipps und Best Practices.
- Fortschrittliche Spannzeuge und Extensometer: Der Einsatz von Geräten, die für eine schnelle Einrichtung und hohe Wiederholbarkeit ausgelegt sind, minimiert Fehler und reduziert die Notwendigkeit von Wiederholungsprüfungen.
- Volle Automatisierung: Für Labore, die maximale Effizienz anstreben, können vollautomatisierte Prüfsysteme stundenlang ohne Bedienereingriff laufen, was sie ideal für Umgebungen mit hohem Durchsatz macht.
Durch die Implementierung dieser Lösungen können Labore schnellere Bearbeitungszeiten, konsistentere Ergebnisse und eine verbesserte Produktivität bei ASTM E8 / E8M konformen Prüfungen erzielen.
Broschüre Serie 6800 Premier Testing Systems
Universal-Testsysteme der Instron Serie 6800 bieten unvergleichliche Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Die 6800 Serie basiert auf einer zum Patent angemeldeten Operator-Protect-Systemarchitektur mit einem brandneuen Smart-Close Air Kit und Collision-Mitigation-Funktionen, wodurch Materialtests einfacher, intelligenter und sicherer sind als je zuvor.
Bluehill Universal Broschüre
Bluehill Universal ist die fortschrittliche Materialprüfsoftware von Instron, entwickelt für intuitive Touch-Interaktion und optimierte Arbeitsabläufe. Sie bietet vorinstallierte Prüfmethoden, QuickTest für eine schnelle Einrichtung, verbesserten Datenexport und Instron Connect für die direkte Servicekommunikation. Anwender von Bluehill 2 und Bluehill 3 können problemlos auf die neueste Version upgraden, um die Leistung und Benutzerfreundlichkeit zu verbessern.
2743-401 Hydraulische Keilzugspannzeuge
Die hydraulischen Keilzug-Spannzeuge von Instron mit 100 kN bieten eine innovative Lösung für Tests und Ergebnisse mit hoher Kapazität zur Verbesserung der Greifleistung, Benutzerfreundlichkeit und Bedienersicherheit.
Hydraulic Side-Action Grips (DuraSync)
Instron hydraulic side-action grips are designed for high-capacity testing and maintain a constant clamping force on the specimen that acts perpendicular to the direction of testing and is independent of tensile loading.
AVE3 Advanced Video Extensometer
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 Series Strain Gauge Extensometers
The 2630-100 series of extensometers offers speed of attachment and ease-of-use. The light-weight, rugged cross-brace design eliminates errors caused by physical distortion, while built-in protection ensures that damage is not caused by over-extension.
