ASTM E8/E8M 금속 인장 시험에 대한 최종 가이드

ASTM E8/E8M에 따라 금속에 인장 강도 시험을 수행하는 방법

저자: Matthew Spiret

ASTM E8/E8M은 금속 소재의 인장 특성을 결정하는 가장 일반적인 시험 방법 중 하나이며, 다른 하나는 ASTM A370입니다. 1924년에 처음 발표된 이 표준은 원래 ASTM E8-24T로 명명되었으며 금속 시험에 활발하게 사용되는 가장 오래된 표준입니다. 대부분의 표준과 마찬가지로, ASTM E8 역시 작은 변경을 자주 거쳤습니다. 그런데, 최근 이러한 변경 중 하나가 중요해졌습니다. 2011년 이전에는 ASTM E8/E8M은 야드파운드법 사용자를 위한 E8과 미터법 사용자를 위한 E8M의 두 가지 개별 표준으로 구분되어 있었으나, 두 표준은 이제 단순성 확보 차원에서 ASTM E8/E8M으로 결합되었습니다.

 

이 가이드는 ASTM E8/E8M 인장 시험의 기본 요소를 소개하고 필요한 소재 시험 장비, 소프트웨어 및 인장 시편에 대한 개요를 제공합니다. 그러나 ASTM E8/E8M 시험을 수행하려는 사용자는 이 가이드를 읽으면 전체 표준은 읽지 않아도 되는 것으로 간주해서는 안 됩니다.


무엇을 측정하나요?

ASTM E8/E8M은 섭씨 10~38도(화씨 50~100도)의 주변 온도에서 모든 형태의 금속 소재의 인장 특성을 측정합니다. ASTM E8/E8M은 다양한 인장 특성을 측정하지만, 가장 일반적으로 사용되는 것은 다음과 같습니다.

재료 시험기

ASTM E8/E8M 시험은 매우 다양한 금속에 대해 수행되기 때문에, 시스템의 힘 요구사항은 크게 다를 수 있습니다. Instron®5900 시리즈는 10kN 판금에서 600kN 강판까지 시험하는 데 적합한 시험 프레임을 제공합니다. 5900 시리즈 로드 프레임에는 사전 장착된 베어링, 정밀 볼 나사, 두꺼운 크로스헤드 및 베이스 빔, 저연신 구동 벨트가 포함됩니다. 이러한 기능은 더 정확한 결과를 생성하고 시험 중에 저장된 에너지를 최소화하여 더 나은 성능에 기여하게 되는데, 이는 특히 항공우주 복합소재, 금속 합금 및 결정질 폴리머와 같은 고강도 소재를 시험할 때 분명해집니다.

고강도 금속용 강성 프레임

인장 시편

ASTM E8/E8M에서는 다양한 시편 유형을 사용할 수 있고, 각각에 적합한 형상과 치수가 정해져 있습니다. 바, 튜브, 시트, 핀 로드된 시편, 원형 시편 및 분말 야금 제품은 이 표준에 대한 시험을 위한 많은 옵션 중 일부입니다. 그러나 가장 일반적인 시편은 너비가 12.5mm(0.5인치)이고 게이지 길이가 50mm(2인치)인 개뼈 모양의 직사각형입니다.

 ASTM E8 시편

시험 방법

가장 일반적인 금속 시험 표준과 마찬가지로 세 가지 유형의 시험 제어 방법, 즉 응력 속도 제어, 변형률 제어 및 크로스헤드 변위 제어가 설명되어 있습니다. ASTM E8/E8M의 경우, 이러한 유형의 제어를 방법 A, B 및 C라고 합니다. 아래 비디오에서 시험 제어 방법 간의 차이점에 대해 자세히 설명합니다. 

그립

E8/E8M 시험에 적합한 다양한 파지 기술(웨지, 사이드 액션, 유압식, 공압식 등)이 있지만, 모두 시편에 클램핑력을 가하는 방식에 따라 비례 또는 비비례로 분류할 수 있습니다.

ASTM E8 비례 대 비비례 그립 그래프

비례 그립을 이용하면, 시편에 가해지는 힘은 가해지는 인장 하중에 비례합니다. 시험 중 인장 하중이 증가하면 시편에 대한 파지력도 증가합니다. 웨지 그립은 비례 그리핑에 널리 사용되는 옵션이며 다양한 시험 응용 분야에 맞게 수동, 공압 및 유압 형식으로 제공됩니다. 웨지 그립의 모양은 비례 압력을 가할 수 있게 해주는 형태로, 인장력이 시편에 가해지면 시편이 웨지의 가장 좁은 영역으로 더 단단히 당겨져서 파지 압력이 증가합니다.

비비례 그립을 이용하면 시편에 가해지는 파지력이 일정하게 유지되고, 가해지는 인장 하중과 무관하게 됩니다. 이는 시편의 인장 하중과 직접적으로 관련이 없는 소스에 의해 파지력이 생성되는 사이드 액션 그립 및 피로 정격 유압 웨지 그립에서 일반적입니다. 이 소스는 일반적으로 고압(210bar/3,000psi 이상) 유압 공급 장치를 이용합니다. 비비례 그립의 한 가지 이점은 일반적으로 파지력을 조정할 수 있어서 더 많은 잠재적인 적용 이점이 있다는 것입니다.

시편 보호

시험 설정 중에 시편이 그립에 삽입되면 일반적으로 원치 않는 압축력이 생성됩니다. 이는 소량의 소재가 압력에 의해 변위되어 시편 본체로 다시 압출되면서 로드셀을 누르는 효과를 주기 때문입니다. 이러한 원치 않는 힘은 샘플의 변형과 시험 데이터의 오류를 유발할 수 있습니다. 시험 설정 중에 무거운 힘을 가하지 않기 때문에 비례 그립의 경우에는 이러한 원치 않는 힘을 비비례 그립보다 낮은 수준으로 유지할 수 있습니다. Instron 5900 시리즈에는 시험을 위해 선택한 그리핑 솔루션에 관계없이 압축 하중을 자동으로 제거하기 위해 시험 설정 중에 크로스헤드의 위치를 자동으로 조정하는 시편 보호기능이 있습니다.

고하중 Instron 그립

인장 강도 측정을 위한 연신계

대부분의 금속 시험 표준은 탄성계수 또는 항복과 같은 변형 값이 낮은 상태에서 특성을 결정하기 위해 고정밀 장치가 요구되며, 균일 연신율 또는 총 연신율과 같은 높은 변형 값에 대해서는 정확도가 약간 낮아도 됩니다. ASTM E8/E8M에서는 변형률 5% 미만의 항복 및 연신율 값을 결정하기 위해 Class B2 이상의 장치(ASTM E83에 따름)가 필요합니다. 5% 이상의 변형률을 얻으려면 클래스 C 이상의 장치가 필요합니다.

일반적으로 ASTM E8 시험에 사용되는 세 가지 다른 유형의 연신계가 있는데, 이들은 클립온 장치, 비접촉식 장치 및 자동 접촉식 연신계입니다. 2630 시리즈와 같은 클립온 연신계가 가장 일반적으로 사용되는 유형입니다. 이들 장치는 믿을 수 없을 정도로 정확하고 안정적인 변형 데이터를 제공할 수 있으며, 일반적으로 다른 유형보다 구입 비용이 저렴합니다. 그들은 처리량이 높은 시험실에서 버틸 수 있고 고용량 금속 시편의 파손으로 인한 충격을 흡수할 수 있을 만큼 충분히 견고해야 합니다.

AutoX750과 같은 자동 접촉식 장치는 반복 가능한 클램핑 힘과 배치의 이점이 있으므로 클립온 연신계를 수동으로 배치하는 데 따른 여러 운용자 간의 편차를 제거할 수 있습니다. 자동 접촉 장치는 또한 다양한 게이지 길이에 맞출 수 있으므로 다양한 시편 유형을 시험해야 하는 사용자에게 비용 효율적일 수 있습니다.Bluehill® Universal 소프트웨어와 결합된 AutoX750은 나이프 에지의 과도한 마모를 방지하기 위해 시편 파손 직전에 자동으로 제거되도록 설정할 수 있습니다.

AVE 2 자동 비디오 연신계와 같은 비접촉식 장치는 시편과 접촉하는 연신계의 영향이 제거되는 이점이 있습니다. 예를 들어, 시편이 매우 얇다면 클립온 장치의 무게로 인해 결과가 크게 달라질 수 있습니다. 깨지기 쉬운 시편에 장치를 고정하는 데 사용되는 나이프 에지도 시편을 손상시키고 조기 파손을 일으킬 수 있습니다. 또한 AVE는 소재와 접촉하지 않기 때문에 고용량 소재를 시험할 때 연신계가 손상되거나 마모될 가능성이 없습니다.

연신계 

계산 및 결과

ASTM E8/E8M 시험에 필요한 모든 계산은 이미 Bluehill Universal에 사전 구성되어 있습니다. 처음부터 시작하여 독자적인 방법을 구축하는 것을 선호하는 사람들을 위해 수동 입력 계산도 ASTM E8에 따라 시험할 수 있도록 쉽게 구성할 수 있습니다. 또한 금속 시험 패키지는 ASTM E8/E8M, ASTM A370, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 및 ISO 10275와 같은 모든 표준에 대한 사전 구축된 시험 방법을 제공합니다.

Bluehill Universal 시험 방법

처리량

ASTM E8/E8M에 따라 시험하는 대부분의 실험실에서는 정기적으로 많은 양의 시편을 시험해야 합니다. 이러한 이유로 어떤 방법으로든 처리량을 늘리는 것이 유리합니다. 다행히도 ASTM E8/E8M 시험의 처리량을 증가시키기 위한 옵션이 많이 있습니다. 약간의 소프트웨어 수정으로 반복적인 작업을 줄일 수 있으며, 일부 그립과 연신계는 설정 시간을 줄이고 반복성을 높여서 재시험 실행 필요성을 줄일 수 있습니다. 마지막으로 전체 시험 프로세스를 완전히 자동화하는 옵션이 있어서, 운용자의 간섭 없이 몇 시간 동안 시험을 실행할 수 있습니다.

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.