金属材料のASTM E8引張試験
ASTM E8 / E8Mに従って金属の引張強度試験を実施する方法
ASTM E8 / E8Mは、金属材料の引張特性を決定するために最も広く利用されている規格の一つです。ASTM A370と共に、産業界全体で材料試験の基礎的な方法として機能しています。
1924年にASTM E8-24Tという名称で最初に導入されたこの規格は、現在も活発に使用されている最も古い金属試験規格という特徴を持っています。数十年にわたり、ASTM E8は試験実践の進歩と産業界のニーズを反映するために数多くの改訂が行われてきました。
2008年3月に大きな更新が行われ、ASTM E8（インペリアル単位）とASTM E8M（メートル単位）が単一の統一規格：ASTM E8 / E8Mに統合されました。この統合により、グローバルな試験のためのコンプライアンスが簡素化され、明確性が向上しました。
このガイドでは、ASTM E8 / E8M引張試験について以下を含む包括的な紹介を提供します：
- 引張試験プロセスの概要
- 必要な材料試験装置
- ソフトウェアとひずみ測定アクセサリー
- 標準化された引張試験片
このガイドは有用な概要を提供することを目的としていますが、ASTM E8 / E8M規格の全文を読む代わりにはなりません。この規格に基づいて試験を実施する方は、完全なコンプライアンスを確保するために公式文書を直接参照してください。
ASTM E8 / E8Mで測定される主要な引張特性
ASTM E8 / E8Mは、10°Cから38°C（50°Fから100°F）の範囲の周囲温度で金属材料の引張特性を評価するために使用されます。この規格は、シート、プレート、ワイヤー、バーなど様々な形態の金属の機械的性能を評価するために不可欠です。
ASTM E8 / E8Mは幅広い引張特性をカバーしていますが、以下が最も一般的に測定される特性です：
- 降伏強度 - 材料が永久変形を起こす応力。
- 降伏点伸び - 材料が弾性変形から塑性変形へ移行する過渡期。
- 引張強度 - 材料が破断する前に耐えることができる最大の力または応力。
- 断面積減少率 - 破断後の断面積の減少によって計算される延性の指標。
これらの特性は、材料選択、品質管理、工学設計に不可欠であり、ASTM E8 / E8Mを冶金試験と機械的分析の基礎としています。
適切な試験システムの選択
ASTM E8 / E8M引張試験は、薄い金属シートから厚い鋼板まで幅広い金属材料に対して実施されるため、必要な試験力は大きく異なる場合があります。この多様性に対応するため、Instronの6800シリーズ万能試験システムは、軽量材料（例：金属シート）用の10 kNから、鋼板試験などの重負荷用途向けの600 kNまでの荷重容量を持つ万能試験機の多様なラインナップを提供しています。
6800シリーズのロードフレームは、精度と耐久性を考慮して設計されており、以下の特徴があります：
- 予荷重されたベアリング
- 精密ボールねじ
- 堅牢なクロスヘッドとベースビーム
- 低伸縮性ドライブベルト
これらの先進的な機械部品は、高精度の結果と最小限のエネルギー蓄積に貢献し、航空宇宙推進システム合金、吊り橋用構造用鋼、自動車シャーシに使用される金属などの高強度材料を試験する際に特に重要です。
試験片の種類と標準寸法
ASTM E8 / E8Mは、金属材料のさまざまな形態に適合するよう、多様な試験片タイプに対応しています。この規格は、各試験片カテゴリーの正確な形状と寸法を概説し、一貫性のある信頼性の高い引張試験結果を確保します。
一般的な試験片タイプには以下が含まれます：
- 平板および丸棒
- チューブおよびシート
- ピン装着式試験片
- 粉末冶金製品
これらの中で、最も頻繁に使用される試験片タイプは以下の通りです：
- 幅12.5 mm（0.5インチ）、標点距離50 mm（2インチ）のダンベル形状の平板試験片
- 一般的な直径が6.35〜12.7 mm（0.25〜0.50インチ）、標点距離が25.4〜50.8 mm（1〜2インチ）のボタンヘッド丸棒試験片
標準化された試験片形状を定義することにより、ASTM E8 / E8Mは実験室や産業界全体で再現可能な試験手順を確保し、金属の機械的試験の基礎となっています。
試験制御方法
多くの広く使用されている金属試験規格と同様に、ASTM E8 / E8Mは試験速度を調整するための3つの異なる種類の試験制御方法を概説しています：
- 方法a - 応力速度制御
- 方法b - ひずみ速度制御
- 方法c - クロスヘッド速度制御
これらの制御方法は、特に材料を比較したり機械的特性を検証したりする際に、一貫性のある再現可能な引張試験結果を確保するために重要です。このビデオでは、ひずみ速度制御とは何か、なぜ重要なのか、どのように実装できるのか、また発生する可能性のある課題について説明しています。
引張グリップオプション
ASTM E8 / E8M引張試験は、ウェッジグリップ、サイドアクショングリップ、油圧グリップ、空気圧グリップなど、さまざまな把持技術をサポートしています。これらのグリップは試験中に試験片を固定するために不可欠であり、クランプ力の適用方法に基づいて大きく2つのカテゴリーに分類できます：
比例グリップは、試験中に適用される引張荷重に直接関連してクランプ力を増加させます。荷重が上昇するにつれてグリップ圧力も上昇し、試験プロセス全体を通じて試験片の確実な保持を確保します。
- ウェッジグリップは最も一般的な比例グリップのタイプです。手動、空気圧、油圧の構成で利用可能であり、幅広い試験用途に適しています。
- ウェッジデザインは自然にグリップ強度を高めます：試験片が引っ張られると、狭くなるウェッジの奥深くに滑り込み、圧力が増加して滑りを防止します。
非比例グリップは、引張荷重とは無関係に一定のクランプ力を維持します。この力は通常、高圧油圧システム（多くの場合210バール/3000 psi以上）などの外部電源によって生成されます。
- 一般的な例には、サイドアクショングリップと疲労定格油圧ウェッジグリップが含まれます。
- 多くの非比例グリップの主な利点は、調整可能なクランプ力であり、これにより異なる材料や試験片タイプの試験においてより大きな柔軟性が可能になります。
適切なグリップタイプの選択は、ASTM E8 / E8M引張試験で正確で再現可能な結果を達成するために重要です。この決定は、試験片の形状、材料特性、試験要件などの要因に依存します。
±130 kN静的荷重容量
カタログ番号 2743-401
±312 kN静的荷重容量
カタログ番号 2742-501
試験片保護
引張試験のセットアップ中、グリップに試験片を挿入すると、意図せずに圧縮力が導入される可能性があります。これらの力は、グリップ圧力が材料をわずかに変位させ、それが試験片本体に押し戻されることで発生し、ロードセルに対する荷重を生み出します。これにより、早期変形や不正確な試験結果につながる可能性があります。
この問題を軽減するために、比例グリップが推奨されます。非比例グリップとは異なり、比例グリップはセットアップ中に小さな力を適用し、不要な圧縮荷重を減少させます。
保護を強化するために、Instron 6800シリーズ万能試験システムには試験片保護技術が搭載されています。このインテリジェントシステムは、使用されるグリップタイプに関係なく、セットアップ中にクロスヘッド位置を自動的に調整して圧縮力を排除します。これにより、より正確なデータ収集が確保され、試験開始前の試験片の完全性を保つのに役立ちます。
引張強度測定用の伸び計
ASTM E8 / E8Mに必要な伸び計のタイプは、ひずみ値によって異なります。ほとんどの金属試験規格では、弾性率や降伏強度を含む低いひずみ値での材料特性を決定するために高精度のデバイスが必要です。一方、均一伸びや全伸びを含む高いひずみ値では、やや精度の低いデバイスが許容されます。
精度を確保するために、ASTM E8 / E8Mは伸び計分類についてASTM E83を参照しています：
- 5%未満のひずみ値には、クラスB2以上の伸び計が必要です。
- 5%を超えるひずみ値には、クラスC以上の伸び計が必要です。
ASTM E8 / E8M試験で一般的に使用される伸び計には、主に3つのタイプがあります：
- クリップオン伸び計 - Instronの2630シリーズなどのクリップオンデバイスは、高精度とコスト効率の高さから最も広く使用されています。高スループットの試験環境に耐え、高容量試験中の試験片破断からのショックを吸収できるほど堅牢な設計であることが重要です。
- 自動接触伸び計 - InstronのAutoX750などのデバイスは、試験片の自動取り付け、一貫した配置、複数のゲージ長への適応性を提供し、オペレーターの変動を減少させ、再現性を向上させます。Bluehill® Universalソフトウェアと組み合わせると、AutoX750は試験片の破断前に自動的に取り外し、ナイフエッジの摩耗を最小限に抑えることができます。
- 非接触式伸び計 - InstronのAVE3先進ビデオ伸び計は、試験片に物理的に触れることなく光学的なひずみ測定を提供します。これは特に薄い材料や脆弱な材料に有効で、クリップ式デバイスが結果に影響を与えたり、早期破断を引き起こす可能性がある場合に適しています。非接触システムは高容量試験時の損傷リスクも排除し、長期的な運用の整合性と測定精度を確保します。
計算と結果
Bluehill Universalソフトウェアは、ASTM E8 / E8M用の事前設定された計算機能を提供することで引張試験を効率化し、手動設定の必要性を排除します。これにより、ユーザーは結果の精度とコンプライアンスに自信を持って迅速に試験を開始することができます。
カスタマイズされたアプローチを好むユーザーのために、Bluehill Universalは計算の手動設定もサポートしており、ASTM E8 / E8Mやその他の規格の特定要件を満たすカスタマイズされた方法を構築することができます。
Metals Methods Packageはさらに柔軟性を高め、以下を含む国際規格や業界規格の幅広い範囲に対して事前構築された試験方法を提供します：
| スプリングテンプレート 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 |
スループットの向上
ASTM E8 / E8M引張試験を実施する多くの実験室では、定期的に多数の試験片を扱っています。そのため、試験のスループットを向上させることは、効率を最大化し運用コストを削減するために不可欠です。
幸いなことに、試験プロセスを効率化するためのいくつかの戦略があります：
- ソフトウェアの強化：繰り返しのタスクを自動化し、入力を効率化するなど、試験ソフトウェアの小さな調整により、セットアップ時間とオペレーターの作業負荷を大幅に削減できます。ソフトウェアのヒントとベストプラクティスについては、YouTubeチャンネルをご覧ください。
- 高度なグリップと伸び計：迅速なセットアップと高い再現性のために設計された機器を使用することで、エラーを最小限に抑え、再試験の必要性を減らします。
- 完全な自動化：最大の効率を求める実験室では、完全に自動化された試験システムがオペレーターの介入なしに何時間も実行でき、高スループット環境に理想的です。
これらのソリューションを実装することで、実験室はASTM E8 / E8Mに準拠した試験において、より迅速な処理時間、より一貫した結果、および生産性の向上を達成できます。
6800シリーズ 万能材料試験機
インストロン6800シリーズ万能材料試験機は、他に類のない精度と信頼性を提供します。特許申請中のオペレーター保護機能に基づき、最新のスマートクローズエアキットおよび衝突緩和機能を搭載した6800シリーズは、材料試験をかつてないほどシンプルに、スマートに、安全にします。
Bluehill Universal ブローシャー
Bluehill Universalは、直感的なタッチ操作と効率的なワークフローのために設計されたInstronの高度な材料試験ソフトウェアです。事前にロードされた試験方法、迅速なセットアップのためのQuickTest、データのエクスポート強化、サービスとの直接通信のためのInstron Connectを提供します。Bluehill 2およびBluehill 3のユーザーは、最新バージョンに簡単にアップグレードして、性能と使いやすさを向上させることができます。
2743-401 油圧式くさび型グリップ
インストロンの100 kN油圧式くさび型グリップは、高容量試験のための革新的なソリューションを提供し、グリップ機能、使いやすさ、およびオペレーターの安全性を向上させます。
油圧式サイドアクショングリップ（DuraSync）
インストロン油圧式サイドアクショングリップは、高荷重試験を前提に設計されています。試験片に対し、引張荷重とは無関係に、試験方向に垂直な一定の把持力を保ちます。
自動接触式伸び計 – AutoX 750モデル
AutoX 750は、高分解能で長伸度の自動接触式伸び計です。電気機械式の3300、3400、5500、5900、6800シリーズの卓上型または床置型システムに加え、LX、DX、HDX、KPXの静止型油圧式試験システムに取り付けることが可能です。プラスチック、金属、バイオメディカル、複合材料、エラストマーなどの用途に適しています。AutoXは、最大750 mmの移動量と±1 μmの精度を備えています。
2630シリーズひずみゲージ式伸び計
2630-100シリーズ伸び計は、使い勝手がよく、取り付けも簡単です。軽量で丈夫な十字型補強設計により、物理的なゆがみによって生じる誤差を防止するとともに、内蔵の保護機構により過剰な伸びによる損傷が発生しない設計となっています。
