ASTM E8金属材料の引張試験

ASTM E8 / E8Mに準じた金属の引張強度試験の実施

筆者:Matthew Spiret

ASTM E8 / E8Mは、金属材料の引張特性を測定するための最も一般的な試験方法の1つです。もう1つの規格としては、ASTM A370があります。1924年に発表されたこの規格は、当初はASTM E8-24Tと呼ばれ、金属試験に関する規格としては最古ですが、今なお使われています。多くの規格と同様に、ASTM E8も頻繁にマイナーチェンジが行われています。しかし、最近になって大きな変化がありました。2011年以前は、ASTM E8 / E8Mは2つの別々の規格に分かれており、米国慣用単位のユーザーはE8、メートル単位のユーザーはE8Mに準じていました。この2つの規格は、簡略化のためにASTM E8 / E8Mに統合されました。

 

このガイドでは、ASTM E8 / E8M引張試験の基本的な要素について、必要な材料試験装置、ソフトウェア、引張試験片の概要などをご紹介します。ASTM E8 / E8Mに沿った試験を計画している場合は、このガイドを規格全文に相当するとはみなさないでください。


測定の対象となるもの

ASTM E8 / E8Mは、摂氏10~38度(華氏50~100度)の室温温度で、あらゆる形態の金属材料の引張特性を測定します。ASTM E8 / E8Mではさまざまな引張特性を測定しますが、最も一般的なものは以下の通りです。

  • 降伏強度 - 材料が永久に変形するときの応力
  • 降伏点伸び - 材料が弾性挙動から塑性挙動に移行する段階
  • 引張強度 -材料が持続可能な最大荷重または応力
  • 絞り - 材料の延性の測定法

材料試験システム

ASTM E8 / E8M試験はさまざまな金属に対して行われるため、システム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®5900シリーズは、金属薄板(10kN)から鋼板(600kN)までの試験に適した試験機を提供します。5900シリーズのロードフレームには、プリロードベアリング、精密ボールねじ、厚いクロスヘッドとベースビーム、低伸縮性のドライブベルトが含まれています。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します。これは、航空宇宙用複合材料、金属合金、結晶性ポリマーなどの高強度材料の試験において、特に顕著に現れます。

高強度金属を支える剛性フレーム

引張試験片

ASTM E8 / E8Mでは、さまざまな種類の試験片が認められており、それぞれに適した形状や寸法が定義されています。この規格に準じて試験を行う材料には、棒、管、板、ピンロード試験片、円形試験片、粉末冶金製品などが挙げられます。しかし、最も一般的な試験片は、幅12.5 mm(0.5インチ)、ゲージ長50 mm(2インチ)のドッグボーン型の長方形です。

 ASTM E8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、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。以下のビデオでは、試験制御方法の違いについてより詳しく説明しています。

グリップ

E8 / E8M試験に適したさまざまなグリップ技術(くさび式、サイドアクション式、油圧式、空気圧式など)がありますが、これらはすべて、試験片にクランプ力を与える方法によって、比例型と非比例型に分類することができます。

ASTM E8比例グリップと非比例グリップのグラフ

比例グリップでは、試験片にかかる力が引張荷重に比例します。試験中に引張荷重が増加すると、試験片のグリップ力も増加します。比例グリップの一般的なオプションである、くさび式グリップは、手動、空気圧、油圧といった種類があり、さまざまな試験用途に対応できます。くさび式グリップの形状は、比例した圧力をかけることができるようにできています。試験片に引張力が加わると、試験片はくさびの最も狭い部分に強く引き込まれ、グリップ圧が高くなります。

非比例グリップでは、試験片にかかるクランプ力は一定で、引張荷重に依存しません。これは、クランプ力が試験片の引張負荷とは直接関係のない動力源によって生成されるサイドアクショングリップや疲労試験用油圧くさび式グリップに典型的なものです。この供給源は、通常、高圧(210 bar/3000 psi以上)の油圧供給源です。非比例式グリップの利点は、一般的にクランプ力を調整できることであり、より多くの潜在的なアプリケーションの利点があります。

試験片保護機能

試験の設定中に試験片がグリップに挿入されると、通常、不要な圧縮荷重が発生します。これは、圧力によって少量の材料が変位し、試験片本体に押し戻されることによって、事実上ロードセルを押すことになるためです。このような不要な荷重は、サンプルを変形させ、試験データに誤差を生じさせる原因となります。比例グリップは、試験の設定時に大きな力を加えないため、非比例グリップでないグリップに比べて、これらの不要な力を低く抑えることができます。Instron 5900シリーズは、試験用に選択されたグリップソリューションにかかわらず、試験の設定中にクロスヘッドの位置を自動的に調整し、圧縮荷重を自動的に除去する試験片保護機能を備えています。

高容量のインストロングリップ

引張強度測定用伸び計

多くの金属試験規格では、弾性係数や降伏などの低ひずみ値での特性測定には高精度な装置を、均一伸度や全伸びなどの高ひずみ値にはやや低精度な装置を使用することが求められています。ASTM E8 / E8Mでは、5%ひずみ以下の降伏値および伸び値を測定するために、クラスB2以上の装置(ASTM E83による)を要求しています。5%以上のひずみを測定する場合は、クラスC以上の装置が必要です。

ASTM E8の試験で一般的に使用される伸び計には、クリップ式装置、非接触式装置、自動接触式伸び計の3つのタイプがあります。一般的には、2630シリーズなどのクリップ式伸び計が使用されています。これらのデバイスは、非常に正確で安定したひずみデータを提供することができ、一般的に他のタイプよりも安価で購入することができます。また、高処理能力の試験室に耐え、高容量の金属試験片の破損によるあらゆる衝撃を吸収するのに十分な堅牢性が必要です。

AutoX750のような自動接触装置では、繰り返しクランプ力と配置が可能なため、クリップ式伸び計を手動で配置する際のばらつきをなくすことができます。また、自動接触式装置は複数のゲージ長に対応できるため、さまざまな種類の試験片を試験する必要があるユーザーにとって、高いコスト効率を実現します。AutoX750をBluehill® Universalソフトウェアと組み合わせて、試験片の破断直前に自動的に取り外すように設定し、ナイフエッジの過剰な摩耗を防ぐことができます。

AVE 2自動ビデオ伸び計のような非接触式の装置では、伸び計が試験片に接触することで発生する影響を取り除くことができるという利点があります。たとえば、試験片が非常に薄い場合、クリップ式装置の重量で結果が大きく変わってしまうことがあります。また、壊れやすい試験片に装置を貼り付けるためのナイフエッジは、試験片を傷つけ、早期破断の原因になることがあります。さらに、AVEは材料に接触しないため、高容量材料の試験でも伸び計の破損や摩耗の心配はありません。

伸び計 

計算と結果

ASTM E8/E8M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。ゼロから独自のメソッドを構築したい方のために、手動で計算を入力してASTME8に沿う試験を簡単に設定することもできます。また、金属試験メソッドパッケージでは、ASTM E8/E8M、ASTM A370ASTM 615ASTM E646ASTM E517ISO 6892-1EN10002ISO 10113、ISO 10275のすべてに準じた予め構築済みのメソッドを提供します。

Bluehill Universal試験メソッド

試験処理能力

ASTM E8/E8Mに準拠した試験を行う試験室の多くは、定期的に大量の試験片を試験する必要があります。そのため、試験処理能力の向上は試験室に非常に有利です。幸いなことに、ASTME8/E8M試験の処理能力を上げるための多くのオプションがあります。ソフトウェアの設定のちょっとした変更によって、繰り返しの操作を削減したり、グリップや伸び計の中には、セットアップ時間を短縮し、再現性を高めることで、再試験の必要性を低減できるものがあります。最後に、試験工程全体を完全に自動化するオプションがあり、オペレーターの操作なしで数時間にわたって試験を実行することができます。

 

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