Guida definitiva ai test di tensione ASTM E8/E8M dei metalli

Come eseguire un test di resistenza alla trazione sui metalli secondo ASTM E8 / E8M

Scritto da Matthew Spiret

ASTM E8 / E8M è uno dei metodi di test più comuni per determinare le proprietà a trazione dei materiali metallici; l'altro è ASTM A370. Pubblicato per la prima volta nel 1924, fu originariamente chiamato ASTM E8-24T ed è la norma più vecchia e più attivamente utilizzata per i test sui metalli. Come la maggior parte delle norme, ASTM E8 ha spesso subito frequenti e piccoli cambiamenti. Recentemente, tuttavia, uno di questi cambiamenti è stato significativo. Prima del 2011, ASTM E8 / E8M era divisa in due norme separate: E8 per gli utenti delle unità anglosassoni ed E8M per gli utenti del sistema metrico decimale. Le due norme sono state ora associate per motivi di semplicità in ASTM E8 / E8M.

 

Questa guida è progettata per introdurvi agli elementi di base di un test di trazione ASTM E8 / E8M e fornirà una panoramica delle apparecchiature di test dei materiali, del software e dei campioni di trazione necessari. Tuttavia, chiunque abbia intenzione di condurre test ASTM E8 / E8M non dovrebbe considerare questa guida un sostituto adeguato per leggere la norma completa.


Cosa misura?

ASTM E8 / E8M misura le proprietà a trazione dei materiali metallici in qualsiasi forma a una temperatura ambiente tra 10 – 38 gradi Celsius (50 – 100 gradi Fahrenheit). Anche se ASTM E8 / E8M misura molte diverse proprietà a trazione, le seguenti sono le più comuni:

Sistema di test dei materiali

Poiché i test ASTM E8 / E8M sono condotti su una grande varietà di metalli, i requisiti di forza del sistema possono differire notevolmente. La serie Instron® 5900 offre telai di test adatti a testare la lamiera (10kN) fino alla lamiera d'acciaio (600kN). Il telaio di carico della Serie 5900 include cuscinetti precaricati, viti a sfera di precisione, una traversa spessa e una trave di base, e cinghie di trasmissione a basso allungamento. Queste caratteristiche contribuiscono a migliorare le prestazioni producendo risultati più accurati e minimizzando l'energia immagazzinata durante un test, il che è particolarmente evidente quando si testano materiali ad alta resistenza come i compositi aerospaziali, le leghe metalliche e i polimeri cristallini.

Telai rigidi per metalli ad alta resistenza

campioni di trazione

ASTM E8 / E8M permette molti tipi diversi di campioni e definisce geometrie e dimensioni adatte per ognuno di essi. Barre, tubi, lamiere, campioni caricati a spillo, campioni rotondi e prodotti di metallurgia delle polveri sono alcune delle molte opzioni per i test secondo questo standard. Tuttavia, il campione più comune è un rettangolo a forma di spina dorsale con una larghezza di 12,5 mm (0,5 in) e una base di misura di 50 mm (2 in).

 Campioni ASTM E8

Metodi di test

Come per gli standard di test dei metalli più comuni, ci sono tre tipi di controlli di test descritti: Controllo della velocità di stress, controllo della velocità di deformazione e controllo dello spostamento della traversa. Per ASTM E8 / E8M, questi tipi di controlli sono indicati come Metodi A, B e C. Il video qui sotto discute le differenze tra i metodi di controllo dei test in modo più dettagliato. 

Prese

Anche se ci sono molte tecnologie di presa diverse adatte ai test E8 / E8M (a cuneo, ad azione laterale, idraulica, pneumatica, ecc.), esse possono essere tutte classificate come proporzionali o non proporzionali in base al modo in cui esercitano la forza di serraggio sul campione.

ASTM E8 Grafico delle prese proporzionali e non proporzionali

Con le prese proporzionali, la forza esercitata sul campione è proporzionale al carico di trazione applicato. Quando il carico di trazione aumenta durante un test, aumenta anche la forza di presa sul campione. Le prese a cuneo sono un'opzione popolare per la presa proporzionale e sono disponibili in varietà manuali, pneumatiche e idrauliche per soddisfare una vasta gamma di applicazioni di test. La forma di una presa a cuneo è ciò che le permette di esercitare una pressione proporzionale: appena la forza di trazione è applicata al campione, il campione è tirato più saldamente nella zona più stretta del cuneo, aumentando la pressione di presa.

Con le prese non proporzionali, la forza di serraggio sul campione rimane costante ed è indipendente dal carico di trazione applicato. Questo è tipico delle prese ad azione laterale e delle prese a cuneo idraulico a fatica, dove la forza di serraggio è generata da una fonte di energia che non è direttamente associata al carico di tensione del campione. Questa fonte è tipicamente un'alimentazione idraulica ad alta pressione (210 bar/3000 psi o superiore). Un vantaggio delle prese non proporzionali è che la forza di serraggio è in genere regolabile, il che offre più vantaggi potenziali nell'applicazione.

Specimen Protect

Quando un campione viene inserito nelle prese durante l'impostazione dei test, di solito vengono prodotte forze di compressione indesiderate. Questo perché una piccola quantità di materiale viene spostata dalla pressione ed estrusa di nuovo nel corpo del campione, spingendo effettivamente contro la cella di carico. Queste forze indesiderate possono causare deformazioni nel campione ed errori nei dati del test. Poiché non applicano forze pesanti durante l'impostazione del test, le prese proporzionali possono mantenere queste forze indesiderate a un livello inferiore rispetto alle prese non proporzionali. Instron Serie 5900 dispone di Specimen Protect, che regola automaticamente la posizione della traversa durante l'impostazione del test per rimuovere automaticamente il carico di compressione, indipendentemente dalla soluzione di presa scelta per il test.

prese Instron ad alta forza

Estensimetri per misurare la resistenza alla trazione

La maggior parte degli standard di test dei metalli richiede un dispositivo ad alta precisione per determinare le proprietà a valori di deformazione inferiori, come il modulo o lo snervamento, e un dispositivo di precisione leggermente inferiore per valori di deformazione elevati, come l'allungamento uniforme o l'allungamento totale. ASTM E8 / E8M richiede un dispositivo di classe B2 o migliore (secondo ASTM E83) per determinare i valori di snervamento e di allungamento che sono inferiori al 5% di deformazione. Per risultati superiori al 5% di deformazione, è necessario un dispositivo di classe C o superiore.

Ci sono tre diversi tipi di estensimetri che sono tipicamente usati per i test ASTM E8: dispositivi a clip, dispositivi senza contatto ed estensimetri a contatto automatico. Gli estensimetri a clip come la serie 2630 sono il tipo più comunemente usato. Questi dispositivi possono fornire dati di deformazione incredibilmente accurati e stabili e sono in genere più economici da acquistare rispetto ad altri tipi. Devono essere abbastanza robusti da sopravvivere ai laboratori di test ad alta produttività e assorbire qualsiasi shock dovuto alla rottura di campioni metallici ad alta capacità.

I dispositivi di contatto automatici come l'AutoX750 offrono il vantaggio di forze di serraggio e posizionamento ripetibili, che possono eliminare le variazioni tra diversi operatori che posizionano manualmente gli estensimetri a clip. I dispositivi di contatto automatico possono anche adattarsi a più lunghezze di calibro, il che può essere conveniente per gli utenti che hanno bisogno di testare una varietà di tipi di campioni. In combinazione con il software Bluehill® Universal, l'AutoX750 può essere impostato per rimuoversi automaticamente appena prima della rottura del campione, al fine di prevenire qualsiasi usura eccessiva dei bordi del coltello.

I dispositivi senza contatto come il video estensimetro automatico AVE 2 offrono il vantaggio di eliminare qualsiasi influenza dell'estensimetro che tocca il campione. Per esempio, se un campione di test è molto sottile, il peso di un dispositivo a clip può alterare notevolmente i risultati. I bordi del coltello utilizzati per fissare il dispositivo ad un campione fragile possono anche danneggiarlo e causare un fallimento prematuro. Inoltre, poiché l'AVE non entra in contatto con il materiale, non c'è il rischio che l'estensimetro si danneggi o si consumi quando si testano materiali ad alta capacità.

estensimetri 

Calcoli e risultati

Tutti i calcoli richiesti nei test ASTM E8 / E8M sono già preconfigurati in Buehill Universal. Per coloro che preferiscono partire da zero e costruire il proprio metodo, i calcoli inseriti manualmente possono anche essere facilmente configurati per testare secondo ASTM E8. Il pacchetto dei metodi dei metalli fornisce anche metodi precostruiti per tutti i seguenti standard: ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 10275.

Metodo di test universale Bluehill

Produttività

La maggior parte dei laboratori che testano secondo ASTM E8 / E8M hanno bisogno di testare un alto volume di campioni su base regolare. Per questo motivo, tutto ciò che può essere fatto per aumentare la produttività è vantaggioso. Fortunatamente, ci sono molte opzioni per aumentare la produttività dei test ASTM E8 / E8M. Piccole modifiche al software possono ridurre i compiti ripetitivi e alcune prese ed estensimetri possono ridurre il tempo di impostazione e aumentare la ripetibilità, il che ridurrà la necessità di eseguire nuovi test. Infine, c'è la possibilità di automatizzare completamente l'intero processo di test, dove i test possono essere eseguiti per diverse ore senza la necessità di alcuna interazione dell'operatore.

Bluehill Universal Brochure

Bluehill Universal Software is built from the ground-up for touch interaction and an intuitive user experience. Discover simpler and smarter testing with features such as pre-loaded test methods, QuickTest in seconds, enhanced data exporting: and Instron Connect – a new feature that provides a direct communication link to Service. Users of previous versions of software such as Bluehill 2 and Bluehill 3 can easily upgrade to the newest version of Bluehill.

2743-401 Hydraulic Wedge Grips

Instron's 100 kN hydraulic wedge grips provide an innovative solution for high-capacity testing and delivery enhanced gripping performance, usability, and operator safety. 

AVE 2 Non-Contacting Video Extensometer

The second generation Advanced Video Extensometer (AVE 2) utilizes patented measurement technology in the fastest, most accurate non-contacting strain measurement device commercially available.

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.