ASTM A370: Mechanical Testing of Steel Products

金属の引張試験

筆者:Michael Boyd

ASTM A370は、金属の引張強度を測定するための、最も広く認知され、包括的な規格の1つです。建設業や自動車メーカーなど、材料の品質が安全性を左右する多くの産業で使用されています。この規格では、引張試験に加え、金属に対するシャルピー衝撃試験、曲げ試験、ブリネル硬さ試験、ロックウェル硬さ試験の概要が記載されています。これらはさらにASTM E-23ASTM E190、ASTM E10、ASTM E18の規格でも説明されています。

このガイドは、ASTM A370引張試験の基本的な要素について、必要な試験装置、ソフトウェア、試験片の概要などをご紹介します。本ガイドを精読して、その内容に従っても、規格全体を読み、それに従うことには相当しません。


ASTM A370とASTM E8の相違点

ASTM A370は、もう1つの主要な金属試験規格であるASTM E8と試験装置と試験メソッドを共有しています。A370は、E8と異なり、いくつかの異なる製品タイプに特有の鋼材の試験片特性をさらに定義しています。これらの製品は、棒材、管材、ファスナー、丸線の試験について述べており、いくつかの手順の明確化とともにASTM A370の付属書にも記載されています。重要なのは、付属書のセクションは規格の一般セクションを補足するものであるが、矛盾が生じた場合は、製品規格が優先されることが多い点です。

測定の対象となるもの

ASTM A370では、さまざまな種類の試験を参照していますが、引張試験が主体となっています。よく測定される特性は以下のとおりです。

  • 弾性係数 – 材料の弾性変形に対する抵抗力を測定します
  • 降伏強度 - 材料が永久に変形するときの応力
  • 引張強度 - 材料が維持できる最大の力または応力
  • 絞り - 材料の延性の測定法
  • 全伸び – 破壊後の長さの増加率の測定法

材料試験システム

ASTM A370の試験は多種多様な鋼材と試験片の形状に対して行われるため、システムの応力の要件は大きく異なる可能性があります。インストロンのIndustrialシリーズは、機械加工されたステンレス鋼の丸棒(300kN)から厚肉の管状製品(2000kN)までの試験に適した試験フレームを提供します。Industrialシリーズの荷重フレームは、高剛性ボールネジとコラム、ひずみゲージによる荷重測定、バックラッシュの除去など、耐久性を重視しています。これらの特長は、より正確な結果を示し、試験中に蓄積されるエネルギーを最小限に抑えることで、性能の向上に貢献しています。これは特に、スプリングワイヤーや大径ファスナーなどの高強度材料の試験で顕著です。

ASTM A370に準じた試験の設定

ASTM A370システムオプション

1. Instron DXシリーズ

2. Instron 5980

3. Instron KPXシリーズ

4. Instron HDXシリーズ

 

引張試験片

ASTM A370の試験片には、丸く削ったもの、平らなもの、製造時のままのものなど、さまざまな形状があります。この規格では、棒材、管材、ファスナー、線材、丸材など、多数の一般的な試験片の寸法を定義しています。

ASTM A370の試験片

試験メソッド

一般的な金属試験規格の大半と同様、ASTM A370にも応力速度制御、ひずみ率制御、クロスヘッド変位制御の3つの試験コントロールが記載されています。ASTM E8/E8Mでは、これらのタイプの制御は、A法、B法、C法と呼ばれています。ASTM A370では、引張試験コントロールはASTM E8/E8Mの方法を参考に、ASTM A370規格内のさまざまな材料と用途に応じた特有の計算が追加されています。メーカーは一般的に、試験の全期間にわたってクロスヘッド変位を使用して試験を実施するか、弾性係数の計算では応力速度制御に依存し、その後、試験の残りの期間についてはクロスヘッド変位制御に切り替えます。以下のビデオでは、「ひずみ率制御」の方法についてより詳しく説明しています。


グリップと伸び計

丸棒や平板の試験に適したさまざまなグリップ技術がありますが、油圧のくさび式グリップやサイドアクショングリップは一般的で汎用性の高いオプションです。ただし、ASTM A370の一部の材料(たとえばチューブやファスナーなど)には、より特殊なソリューションが必要となります。

付属書1 - 棒材

この付属書は、平板、円形、矩形、六角形、および八角形の形状を持つ試験片の熱延と冷延棒材の試験片寸法と伸び計ゲージ長さの要求事項について述べています。棒材を試験する場合は、一般的に比例くさび式グリップを推奨します。しかし、棒材は引張強度が非常に高いため、標準的なくさび式グリップで引張試験中に滑りが生じると、一部の棒材(特にばねの製造に用いられるタイプ)がフェースに大きな損傷を与える可能性があります。このような場合、試験中や試験片の破壊時に材料をより確実に保持するために、非比例グリップを使用することを推奨します。

熱間圧延棒鋼の試験片は、全断面で未加工のため、ひずみ測定には8インチのゲージ長の測定器が必要です。伸び計に適したオプションは、ゲージ長が調整可能なインストロンAUTOX750か、インストロンのEシリーズW-6280-8やW-6280-200など、専用の8インチゲージ長の手動クリップ式装置のどちらかです。熱間圧延材は、インストロンのAVE2のような非接触式伸び計では試験できません。試験中の薄片の破片により、ゲージマークが試験片から外れたり、装置のゲージマークが見えなくなる可能性があります。

冷間加工された材料は機械加工により断面が減少しているので、AUTOX750、AVE2、または手動クリップ式装置などの適切な2インチゲージ長の伸び計を使用します。クラスB2の伸び計は0.2%のオフセット降伏点に適していますが、より低いパーセンテージの降伏計算が必要な場合は、B1クラスの装置を推奨します。

また、付属書1は、熱間圧延棒鋼と冷間圧延棒鋼の両方に対する曲げ試験の要件を網羅しています。材料寸法が許せば全断面の材料で試験を行いますが、必要であれば機械加工した試験片の寸法を付属書で規定していますばん 曲げ試験は、材料の表面に亀裂がないかどうかを目視で検査する目的で行われ、インストロンのW-6810とW-6812曲げ試験用治具が必要です。

ASTM A370に準じた試験の設定

A370の棒材試験の設定

1. Instron 600DX

2. W-5197フェース

3. AUTOX750自動伸び計

 

付属書2 - パイプとチューブ

パイプやチューブから切り出した全断面パイプやドッグボーン型試験片などのチューブ製品を試験する場合、比例くさび式グリップは適切かつ経済的なソリューションとなります。ドッグボーン型試験片の端面を平らにすることが望ましくない場合は、湾曲した固定具セットの使用をお勧めします。これは、スリップをなくし、試験開始時のひずみ精度を高めるため、肉厚で引張強度の高い試験片の試験に特に有効です。

パイプやチューブのひずみ測定には、AUTOX750のような自動接触式伸び計や、インストロンのW-6280シリーズのような手動クリップ式装置があります。全断面管状製品の試験には、AUTOX750は最大直径100 mm、ゲージ長2インチの試験片を受け入れることができます。クラスB2の伸び計は0.2%のオフセット降伏点に適していますが、より低いパーセンテージの降伏計算が必要な場合は、B1クラスの装置を推奨します。

付属書2は、平坦化、逆平坦化、破砕、フランジ、フレアリング、曲げ、および横断ガイド曲げ試験を含む特定の管状製品の延性を証明するための、いくつかの圧縮試験についても記述しています。基本的な圧縮アンビルやダイは、これらの試験の多くを容易に満たすことができますが、ガイド曲げ試験については例外で、インストロンはW-6810治具を提供しています。

付属書3 - ファスナー

ファスナー試験には、ファスナーの頭部を支え、試験片のねじ部に引張応力を集中させる特殊なグリップ付属品が必要です。ボルトホルダーとワッシャーで構成され、ファスナーのサイズに合わせて、直径、角度、ねじ山、ピッチが異なります。ファスナーが大きすぎて所定の試験システムで試験できない場合は、標準2インチゲージ長の従来の0.505インチ試験片を加工して試験することが可能です。軸方向試験に加えて、2種類のせん断試験(ダブルとシングル)も重要で、ASTM F-606とMIL-STD 1312では、ナットプルーフマンドレルによる証明試験とともに要求されています。

伸び計は一般にファスナーの試験には必要ありませんが、材料にひずみがあるかどうかを判断する際に役立ちます。インストロンのW-E439が適切な選択です。

A370ファスナー試験の設定

A370ファスナー試験の設定

1. Instron 300 LX

2. W-5155-Bボルトホルダー

 

付属書4 - 丸線


A370丸線ソリューション

1. 2714-107タイヤコードグリップ

 

付属書4では、丸線製品のグリップとして、主に補助的なくさび式グリップとカム式緩衝グリップの2種類について触れています。これらのソリューションはいずれも、性質上、可鍛性もある低容量ワイヤーのテストに適しているとみなされます。全断面丸線試験片のゲージ長は10インチです。この種の試験片に対する試験では、グリップの近くで試験片の破損が発生した場合、試験結果は報告対象とはみなされないため、フェースの破損が課題となる場合があります。そのため、グリップアライメントが重要です。ひずみ測定が必要な場合は、10インチのゲージ長のクリップ式装置や、AUTOX750のような自動ソリューションが適切です。

丸線治具

付属書A5 - シャルピー衝撃

総吸収エネルギーに関するシャルピー衝撃試験については、A370の一般セクションと付属書A5の両方で詳しく説明されています。この試験は、この規格に記載されているほとんどの鋼材の製造に必要な試験です。試験片の寸法は明確に定義され、さまざまな破壊タイプの画像による例も掲載されています。詳細情報については、ASTM A370はシャルピー衝撃規格ASTM E-23を参照しています。インストロンは、Bluehill Impactソフトウェアを搭載したMPXシステムなど、300ジュールから900ジュールまでの適切なソリューションを提供しています。

過去の付属書

ASTM A370の最新版では、付属書A7(マルチワイヤーストランド)と付属書A9(鉄筋)がそれぞれの製品規格ASTM A1061/A1061MASTM A615に移動されました。ASTM A370の過去のバージョンでは、これらのアプリケーションは長年にわたって掲載されていたため、本ガイドではこれらのアプリケーションについて触れています。

ワイヤーストランド - 旧付属書A7

7ワイヤーストランドは通常、プレストレスコンクリートの製造に使用されます。適切な装置なしにストランドワイヤーを試験するのは難しく、比例くさび式グリップを使えることもはありますが、非比例グリップの方が一貫性と結果の両方において、適切な選択肢です。ASTM A1061/A1061M規格では、試験片の長さは48インチで、長さの変化を適切に測定するために24インチゲージ長のひずみ測定装置が必要です。

鉄筋 - 旧付属書A9

鉄筋も、試験片に縮小断面が含まれない材料であるため、8インチ/200 mmゲージ長の伸び計が必要な材料です。この試験には、比例くさび式グリップが適しています。北米では、#8鉄筋が公称1インチ、つまり8/8thであることを基準にサイズ決定が行われています。近年、製品規格に含まれる最大径の材料は#20ネジ棒で、100 ksiの引張強度も含まれます。最大の製品のテストでは、720,000 lbsのピーク試験荷重が得られました。AC133規格の追加試験は、デュアルサイドアクションまたはシングルサイドアクションの非比例グリップを使用し、ゼロサイクルで実行される鉄筋カップリング試験です。

計算と結果

ASTM A370試験で必要とされるすべての計算は、Bluehill Universalにあらかじめ設定されています。ゼロから独自の方法を構築したい合は、手動入力した計算を構成して、ASTM A370に準じた試験を簡単に行うこともできます。また、金属試験メソッドパッケージでは、ASTM E8/E8M、ASTM 615、ASTM E646、ASTM E517、ISO 6892-1、EN10002、ISO 10113、ISO 1027のすべてに準じた、あらかじめ構築された方法を提供します。


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