ASTM A370: การทดสอบทางกลของผลิตภัณฑ์เหล็กกล้า
การทดสอบแรงดึงของโลหะ
ASTM A370 เป็นหนึ่งในมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและครอบคลุมที่สุดสำหรับการวัดความต้านทานแรงดึงของโลหะ มาตรฐานนี้ถูกนำไปใช้ในหลายอุตสาหกรรม เช่น การก่อสร้างและ การผลิตยานยนต์ ซึ่งความปลอดภัยขึ้นอยู่กับคุณภาพของวัสดุ นอกเหนือจากการทดสอบแรงดึงแล้ว มาตรฐานนี้ยังระบุถึงการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี การดัดโค้ง และการทดสอบความแข็งแบบบริเนลและร็อกเวลล์ในโลหะ ซึ่งมีการกล่าวถึงเพิ่มเติมในมาตรฐาน ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 และ ASTM E18
คู่มือนี้ออกแบบมาเพื่อแนะนำให้คุณรู้จักกับองค์ประกอบพื้นฐานของ การทดสอบแรงดึง ตามมาตรฐาน ASTM A370 และให้ภาพรวมของอุปกรณ์ทดสอบ ซอฟต์แวร์ และชิ้นงานทดสอบที่จำเป็น คู่มือนี้ไม่ถือเป็นสิ่งทดแทนที่เพียงพอสำหรับการอ่านและปฏิบัติตาม มาตรฐานฉบับเต็ม
ความแตกต่างระหว่าง ASTM A370 และ ASTM E8
ASTM A370 ใช้อุปกรณ์ทดสอบและวิธีการทดสอบเดียวกันกับมาตรฐานการทดสอบโลหะที่สำคัญอีกมาตรฐานหนึ่งคือ ASTM E8 โดย A370 แตกต่างจาก E8 ตรงที่มีการกำหนดลักษณะชิ้นงานทดสอบของเหล็กกล้าเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์หลายประเภทเพิ่มเติม ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ครอบคลุมถึงการทดสอบเหล็กแท่ง ท่อ ตัวยึด และลวดกลม และรวมอยู่ในภาคผนวกของ ASTM A370 พร้อมด้วยคำอธิบายขั้นตอนบางประการ สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ แม้ว่าส่วนภาคผนวกจะเป็นส่วนเสริมของส่วนทั่วไปของมาตรฐาน แต่มาตรฐานผลิตภัณฑ์มักจะมีผลบังคับใช้เหนือกว่าในกรณีที่มีข้อขัดแย้ง
มันวัดอะไร?
แม้ว่า ASTM A370 จะอ้างถึงการทดสอบประเภทต่างๆ แต่การทดสอบแรงดึงคือจุดเน้นหลัก คุณสมบัติที่วัดได้บ่อยที่สุดมีดังนี้:
- โมดูลัสความยืดหยุ่น – การวัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปถาวรในช่วงยืดหยุ่น
- ความเค้นคราก - ความเค้นที่วัสดุเริ่มเกิดการเสียรูปอย่างถาวร
- ความต้านทานแรงดึง - แรงหรือความเค้นสูงสุดที่วัสดุสามารถรับได้
- การลดลงของพื้นที่หน้าตัด - การวัดความเหนียวของวัสดุ
- ความยืดรวม – การวัดเปอร์เซ็นต์ความยาวที่เพิ่มขึ้นหลังจากการแตกหัก
ระบบทดสอบวัสดุ
เนื่องจากการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM A370 ดำเนินการกับผลิตภัณฑ์เหล็กและรูปทรงชิ้นงานทดสอบที่หลากหลาย ข้อกำหนดด้านแรงของระบบจึงอาจแตกต่างกันอย่างมาก Industrial Series ของ Instron มีโครงเครื่องทดสอบที่เหมาะสมสำหรับการทดสอบเหล็กกล้าไร้สนิมกลมที่ผ่านการกลึง (300kN) ไปจนถึงผลิตภัณฑ์ท่อผนังหนา (2000kN) โครงเครื่องรับภาระรุ่น Industrial Series ประกอบด้วยบอลสกรูและเสาที่มีความแข็งเกร็งสูง การวัดภาระด้วยสเตรนเกจ และการกำจัดระยะรุน (backlash) เพื่อความทนทาน คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ประสิทธิภาพดีขึ้นโดยให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นและลดพลังงานที่สะสมระหว่างการทดสอบ ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อทดสอบวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง เช่น ลวดสปริงและตัวยึดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่
วิธีการทดสอบ
เช่นเดียวกับมาตรฐานการทดสอบโลหะทั่วไป ASTM A370 อธิบายการควบคุมการทดสอบสามประเภท ได้แก่ การควบคุมอัตราความเค้น (Stress Rate Control) การควบคุมอัตราความเครียด (Strain Rate Control) และการควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวขับ (Crosshead Displacement Control) สำหรับ ASTM E8 / E8M การควบคุมประเภทเหล่านี้จะเรียกว่าวิธี A, B และ C ใน ASTM A370 การควบคุมการทดสอบแรงดึงจะอ้างอิงกลับไปยังวิธีการของ ASTM E8/E8M พร้อมด้วยการเพิ่มการคำนวณบางอย่างที่เฉพาะเจาะจงสำหรับวัสดุและการใช้งานที่แตกต่างกันภายในมาตรฐาน ASTM A370 ผู้ผลิตมักทำการทดสอบโดยใช้การเคลื่อนที่ของหัวขับตลอดระยะเวลาการทดสอบ หรือพึ่งพาการควบคุมอัตราความเค้นผ่านการคำนวณโมดูลัสความยืดหยุ่น จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นการควบคุม การเคลื่อนที่ของหัวขับ สำหรับการทดสอบส่วนที่เหลือ วิดีโอด้านล่างจะอธิบายวิธีการควบคุมอัตราความเครียดโดยละเอียดมากขึ้น
ปากจับและเครื่องวัดความยืดหยุ่น
แม้ว่าจะมีเทคโนโลยีการจับยึดที่แตกต่างกันมากมายที่เหมาะสำหรับการทดสอบวัสดุรูปทรงกลมและแบน แต่ปากจับแบบ ลิ่ม ไฮดรอลิก หรือปากจับแบบ เลื่อนด้านข้าง เป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมและใช้งานได้หลากหลาย แม้ว่าวัสดุบางอย่างใน ASTM A370 (เช่น ท่อและตัวยึด) จะต้องการโซลูชันที่เฉพาะเจาะจงมากกว่าก็ตาม
ภาคผนวก 1 - เหล็กแท่ง
ภาคผนวกนี้ครอบคลุมถึงขนาดชิ้นงานทดสอบและข้อกำหนดความยาวเกจของ เครื่องวัดความยืดหยุ่น สำหรับวัสดุเหล็กแท่งรีดร้อนและเหล็กแท่งสำเร็จรูปเย็นสำหรับชิ้นงานรูปทรงแบน กลม สี่เหลี่ยมจัตุรัส หกเหลี่ยม และแปดเหลี่ยม โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้ปากจับแบบลิ่มชนิด Proportional เมื่อทดสอบวัสดุเหล็กแท่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้านทานแรงดึงที่สูงมาก วัสดุเหล็กแท่งบางชนิด (โดยเฉพาะประเภทที่ใช้ผลิตสปริง) อาจทำให้หน้าฟันของปากจับแบบลิ่มมาตรฐานเสียหายอย่างรุนแรงเมื่อเกิดการลื่นไถลระหว่างการทดสอบแรงดึง ในกรณีเหล่านี้ เราแนะนำให้ใช้ปากจับแบบเลื่อนด้านข้างชนิด non-proportional เพื่อยึดวัสดุให้แน่นหนายิ่งขึ้นระหว่างการทดสอบและเมื่อชิ้นงานแตกหัก
ชิ้นงานเหล็กแท่งรีดร้อนทั้งหมดต้องใช้เครื่องมือวัดความเครียดที่มีความยาวเกจ 8 นิ้ว เนื่องจากเป็นส่วนเต็มและไม่ได้ผ่านการกลึง ตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับเครื่องวัดความยืดหยุ่นคือ Instron AUTOX750 ที่ปรับความยาวเกจได้ หรืออุปกรณ์แบบคลิปออนด้วยตนเองที่มีความยาวเกจ 8 นิ้วโดยเฉพาะ เช่น Instron E-series W-6280-8 และ W-6280-200 น่าเสียดายที่วัสดุรีดร้อนไม่สามารถทดสอบโดยใช้เครื่องวัดความยืดหยุ่นแบบไม่สัมผัส เช่น Instron AVE3 ได้ เนื่องจากเศษสะเก็ดระหว่างการทดสอบจะทำให้เครื่องหมายเกจหลุดออกจากชิ้นงานหรือทำให้เครื่องมือสูญเสียการตรวจจับเครื่องหมายเกจ
ชิ้นงานวัสดุสำเร็จรูปเย็นจะมีส่วนที่ลดขนาดลงโดยการกลึง ดังนั้นจึงใช้เครื่องวัดความยืดหยุ่นที่มีความยาวเกจ 2 นิ้วที่เหมาะสม เช่น AUTOX750, AVE2 หรืออุปกรณ์แบบคลิปออนด้วยตนเอง เครื่องวัดความยืดหยุ่น Class B2 เหมาะสำหรับการหา ค่าความเค้นครากที่ระยะเยื้อง 0.2% แต่แนะนำให้ใช้อุปกรณ์ Class B1 หากต้องการคำนวณค่าครากที่เปอร์เซ็นต์ต่ำกว่านั้น
ภาคผนวก 1 ยังครอบคลุมถึงข้อกำหนดการทดสอบการดัดโค้งสำหรับทั้งเหล็กแท่งรีดร้อนและเหล็กแท่งสำเร็จรูปเย็น การทดสอบจะดำเนินการกับวัสดุส่วนเต็มเมื่อขนาดวัสดุเอื้ออำนวย และภาคผนวกจะระบุขนาดสำหรับชิ้นงานที่ผ่านการกลึงเมื่อจำเป็น การทดสอบการดัดโค้งมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบวัสดุด้วยสายตาเพื่อหารอยแตกที่พื้นผิว และต้องใช้อุปกรณ์ยึดสำหรับการทดสอบการดัดโค้งรุ่น W-6810 และ W-6812 ของ Instron
ภาคผนวก 2 - ท่อและท่อทรงกระบอก
เมื่อทดสอบผลิตภัณฑ์ท่อ เช่น ท่อส่วนเต็มหรือชิ้นงานรูปกระดูกหมา (dogbone) ที่ตัดจากท่อ ปากจับแบบลิ่มชนิด proportional เป็นโซลูชันที่เพียงพอและประหยัด หากไม่ต้องการให้ปลายชิ้นงานรูปกระดูกหมาแบนราบ เราแนะนำให้ใช้ชุดปากจับแบบโค้ง ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการทดสอบชิ้นงานที่มีผนังหนาและความต้านทานแรงดึงสูง เนื่องจากช่วยขจัดปัญหาการลื่นไถลและเพิ่มความแม่นยำของความเครียดในช่วงเริ่มต้นของการทดสอบ
โซลูชันการวัดความเครียดสำหรับท่อสามารถเป็นได้ทั้งเครื่องวัดความยืดหยุ่นแบบสัมผัสอัตโนมัติอย่าง AUTOX750 หรืออุปกรณ์แบบคลิปออนด้วยตนเอง เช่น Instron W-6280 Series สำหรับการทดสอบผลิตภัณฑ์ท่อส่วนเต็ม AUTOX750 สามารถรองรับเส้นผ่านศูนย์กลางชิ้นงานสูงสุด 100 มม. โดยมีความยาวเกจ 2 นิ้ว เครื่องวัดความยืดหยุ่น Class B2 เหมาะสำหรับการหา ค่าความเค้นครากที่ระยะเยื้อง 0.2% แต่แนะนำให้ใช้อุปกรณ์ Class B1 หากต้องการคำนวณค่าครากที่เปอร์เซ็นต์ต่ำกว่านั้น
ภาคผนวก 2 ยังอธิบายถึงการทดสอบการอัดหลายประการเพื่อพิสูจน์ความเหนียวของผลิตภัณฑ์ท่อบางประเภท รวมถึงการทดสอบการทำให้แบน (flattening), การทำให้แบนย้อนกลับ (reverse flattening), การบดอัด (crush), การทำหน้าแปลน (flange), การบานปลายท่อ (flaring), การดัดโค้ง (bend) และการดัดโค้งแบบมีตัวนำในแนวขวาง (transverse guided bend) แท่นอัดและแม่พิมพ์อัดพื้นฐานสามารถตอบโจทย์การทดสอบเหล่านี้ได้หลายอย่าง ยกเว้นการทดสอบการดัดโค้งแบบมีตัวนำ ซึ่ง Instron มี อุปกรณ์ยึด W-6810 ให้บริการ
ภาคผนวก 3 - ตัวยึด
การทดสอบตัวยึดต้องใช้อุปกรณ์เสริมในการจับยึดแบบพิเศษที่รองรับส่วนหัวของตัวยึดและรวมความเค้นแรงดึงไว้ที่ส่วนที่เป็นเกลียวของชิ้นงาน อุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยตัวยึดโบลต์และแหวนรองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง มุม เกลียว และระยะพิทช์ต่างๆ เพื่อให้เหมาะกับขนาดเฉพาะของตัวยึดแต่ละตัว ในกรณีที่ตัวยึดมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะทดสอบในระบบทดสอบที่กำหนด อนุญาตให้กลึงชิ้นงานแบบดั้งเดิมขนาด 0.505 นิ้ว พร้อมความยาวเกจมาตรฐาน 2 นิ้วเพื่อทำการทดสอบได้ นอกจากการทดสอบในแนวแกนแล้ว การทดสอบแรงเฉือนสองประเภท (แบบคู่และแบบเดี่ยว) ยังมีความสำคัญและกำหนดโดย ASTM F-606 และ MIL-STD 1312 พร้อมกับการทดสอบพิสูจน์ (proof testing) ของน็อตด้วยแกนทดสอบน็อต (nut proof mandrel)
โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องวัดความยืดหยุ่นเมื่อทดสอบตัวยึด แม้ว่าจะมีประโยชน์ในการพิจารณาว่าวัสดุแสดงความเครียดใดๆ หรือไม่ ตัวเลือกที่เหมาะสมคือ W-E439 ของ Instron
ภาคผนวก 4 - ลวดกลม
ภาคผนวก 4 มุ่งเน้นไปที่ประเภทปากจับสองประเภทสำหรับผลิตภัณฑ์ลวดกลม ได้แก่ ปากจับแบบลิ่มสำรองและปากจับแบบลูกเบี้ยว (cam-type snubbing grip) โซลูชันทั้งสองนี้ถือว่าเหมาะสมสำหรับการทดสอบลวดที่มีพิกัดแรงต่ำกว่าซึ่งมีลักษณะอ่อนตัว ความยาวเกจสำหรับการทดสอบชิ้นงานลวดกลมส่วนเต็มคือ 10 นิ้ว การขาดที่ปากจับอาจเป็นความท้าทายทั่วไปเมื่อทดสอบชิ้นงานประเภทนี้ เนื่องจากเมื่อชิ้นงานแตกหักใกล้กับปากจับ ผลการทดสอบจะไม่ถือว่าสามารถรายงานได้ ด้วยเหตุนี้ การจัดแนวปากจับจึงเป็นสิ่งสำคัญ หากจำเป็นต้องวัดความเครียด อุปกรณ์แบบคลิปออนที่มีความยาวเกจ 10 นิ้วก็เหมาะสม เช่นเดียวกับโซลูชันอัตโนมัติอย่าง AUTOX750
| อุปกรณ์ยึดลวดกลม ASTM A370 | |
|---|---|
| ปากจับ Tire Cord 2714-107 | |
ภาคผนวก A5 - การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี
การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปีเพื่อหาพลังงานที่ดูดซับทั้งหมดมีการกล่าวถึงอย่างละเอียดทั้งในส่วนทั่วไปของ A370 และในภาคผนวก A5 นี่เป็นการทดสอบที่จำเป็นในการผลิตเหล็กกล้าส่วนใหญ่ที่อธิบายไว้ในมาตรฐาน ขนาดชิ้นงานได้รับการกำหนดไว้อย่างดี และมีตัวอย่างภาพประกอบของประเภทการแตกหักที่แตกต่างกันรวมอยู่ด้วย สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม ASTM A370 อ้างอิงถึงมาตรฐานการทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี ASTM E-23 โดย Instron นำเสนอโซลูชันที่เหมาะสมตั้งแต่ 300 จูล ถึง 900 จูล เช่น ระบบ MPX พร้อมซอฟต์แวร์ Bluehill Impact
ภาคผนวกเดิม
ในการอัปเดตล่าสุดของ ASTM A370 ภาคผนวก A7 (ลวดตีเกลียวหลายเส้น) และภาคผนวก A9 (เหล็กเส้นเสริมแรง) ได้ถูกย้ายไปยังมาตรฐานผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องคือ ASTM A1061/A1061M และ ASTM A615 เนื่องจากการรวมอยู่ในเวอร์ชันที่ผ่านมาของ ASTM A370 เป็นเวลานาน เราจะยังคงกล่าวถึงการใช้งานเหล่านั้นในคู่มือนี้
ลวดตีเกลียว 7 เส้นมักใช้ในการผลิตคอนกรีตอัดแรง การทดสอบลวดตีเกลียวทำได้ยากหากไม่มีอุปกรณ์ที่เหมาะสม และแม้ว่าปากจับแบบลิ่มชนิด proportional จะเป็นที่ยอมรับได้ แต่ปากจับแบบเลื่อนด้านข้างชนิด non-proportional เป็นตัวเลือกที่ดีกว่ามากสำหรับทั้งความสม่ำเสมอและผลลัพธ์ ตามมาตรฐาน ASTM A1061/A1061M ความยาวชิ้นงานคือ 48 นิ้ว และต้องใช้อุปกรณ์วัดความเครียดที่มีความยาวเกจ 24 นิ้ว เพื่อการวัดการเปลี่ยนแปลงความยาวที่เหมาะสม
เหล็กเส้นเสริมแรง หรือ "rebar" เป็นอีกหนึ่งวัสดุที่ชิ้นงานไม่มีส่วนลดขนาด ดังนั้นจึงต้องใช้เครื่องวัดความยืดหยุ่นที่มีความยาวเกจ 8 นิ้ว/200 มม. ปากจับแบบลิ่มชนิด proportional เหมาะสำหรับการทดสอบนี้ ในอเมริกาเหนือ รูปแบบการกำหนดขนาดจะอ้างอิงจากเหล็กเส้นเบอร์ 8 ซึ่งมีขนาดระบุ 1 นิ้ว หรือ 8/8 นิ้ว วัสดุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่สุดที่รวมอยู่ในมาตรฐานผลิตภัณฑ์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือเหล็กเส้นเกลียวเบอร์ 20 ซึ่งมีความต้านทานแรงดึง 100 ksi การทดสอบผลิตภัณฑ์ที่ใหญ่ที่สุดจะให้ภาระการทดสอบสูงสุดถึง 720,000 ปอนด์ การทดสอบเพิ่มเติมภายใต้มาตรฐาน AC133 คือการทดสอบข้อต่อเหล็กเส้นที่ทำงานในลักษณะรอบผ่านศูนย์ (through zero cyclic) โดยใช้ปากจับแบบเลื่อนด้านข้างคู่ หรือปากจับแบบเลื่อนด้านข้างเดี่ยวชนิด non-proportional
การคำนวณและผลลัพธ์
การคำนวณทั้งหมดที่จำเป็นในการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM A370 ได้รับการกำหนดค่าไว้ล่วงหน้าแล้วใน Bluehill Universal สำหรับผู้ที่ต้องการเริ่มต้นจากศูนย์และสร้างวิธีการของตนเอง การคำนวณที่ป้อนด้วยตนเองก็สามารถกำหนดค่าได้อย่างง่ายดายเพื่อทดสอบตามมาตรฐาน ASTM A370 แพ็กเกจวิธีการทดสอบโลหะยังมีวิธีการที่สร้างไว้ล่วงหน้าสำหรับมาตรฐานต่อไปนี้ทั้งหมด: ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 และ ISO 1027
High Force Universal Testing Machines Brochure
Instron’s high force systems include electromechanical and high-capacity hydraulic testing systems for tension and compression applications. Force capacities range from 100 kN to 2000kN.
โบรชัวร์ระบบทดสอบรุ่นพรีเมียร์ ซีรีส์ 6800
เครื่องทดสอบวัสดุอเนกประสงค์ Instron 6800 Series มอบความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่เหนือชั้น ด้วยสถาปัตยกรรมระบบ Operator Protect ที่อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตร พร้อมด้วยชุดอุปกรณ์ Smart-Close Air Kit และคุณสมบัติ Collision Mitigation แบบใหม่ทั้งหมด ทำให้ 6800 Series ช่วยให้การทดสอบวัสดุทำได้ง่ายขึ้น ชาญฉลาดขึ้น และปลอดภัยกว่าที่เคย
Hydraulic Side-Acting Grips (DuraSync)
Instron hydraulic side-action grips are designed for high-capacity testing and maintain a constant clamping force on the specimen that acts perpendicular to the direction of testing and is independent of tensile loading.
±100 kN Universal Hydraulic Wedge Action Grips Data Sheet
Instron’s 100 kN hydraulic wedge grips (catalog no. 2743-401) provide an innovative solution for high-capacity testing and deliver enhanced gripping performance, usability, and operator safety.
Industrial Series DX Models
Designed for high-capacity tensile, compression, bend/flex, and shear testing, DX Series testing systems feature a dual test space and single footprint. Understanding the critical importance of operator safety, these frames incorporate high-quality materials, components, and craftsmanship and are ideal for testing metals, wire rod, fasteners, concrete, and wood.
Motorized Impact Testing System (MPX)
The Instron® MPX Series of motorized pendulum impact testers are preferred for metals impact testing to Charpy and Izod standards.