การทดสอบแรงดึงของวัสดุโลหะตามมาตรฐาน ASTM E8
วิธีการทดสอบความแข็งแรงดึงของโลหะตามมาตรฐาน ASTM E8 / E8M
ASTM E8 / E8M เป็นหนึ่งในมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการหาคุณสมบัติแรงดึงของวัสดุโลหะ ควบคู่ไปกับ ASTM A370 ซึ่งเป็นวิธีพื้นฐานในการทดสอบวัสดุในหลากหลายอุตสาหกรรม
เริ่มแรกนำมาใช้ในปี 1924 ภายใต้ชื่อ ASTM E8-24T มาตรฐานนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นมาตรฐานการทดสอบโลหะที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังคงใช้งานอยู่ ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา ASTM E8 ได้ผ่านการปรับปรุงหลายครั้งเพื่อสะท้อนความก้าวหน้าในการทดสอบและความต้องการของอุตสาหกรรม
การปรับปรุงครั้งสำคัญเกิดขึ้นในเดือนมีนาคม 2008 เมื่อ ASTM E8 (หน่วยอิมพีเรียล) และ ASTM E8M (หน่วยเมตริก) ถูกรวมเข้าเป็นมาตรฐานเดียวกัน: ASTM E8 / E8M การรวมนี้ทำให้การปฏิบัติตามง่ายขึ้นและปรับปรุงความชัดเจนสำหรับการทดสอบทั่วโลก
คู่มือนี้ให้ข้อมูลเบื้องต้นที่ครอบคลุมเกี่ยวกับการทดสอบแรงดึง ASTM E8 / E8M รวมถึง:
- ภาพรวมของกระบวนการทดสอบแรงดึง
- อุปกรณ์ทดสอบวัสดุที่จำเป็น
- ซอฟต์แวร์และอุปกรณ์เสริมวัดความเครียด
- ชิ้นทดสอบแรงดึงมาตรฐาน
แม้ว่าคู่มือนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ภาพรวมที่เป็นประโยชน์ แต่ไม่ได้ทดแทนมาตรฐาน ASTM E8 / E8M ฉบับเต็ม ผู้ที่ทำการทดสอบตามมาตรฐานนี้ควรอ้างอิงเอกสารทางการโดยตรงเพื่อให้แน่ใจว่าปฏิบัติตามอย่างครบถ้วน
คุณสมบัติแรงดึงหลักที่วัดโดย ASTM E8 / E8M
ASTM E8 / E8M ใช้ในการประเมินคุณสมบัติแรงดึงของวัสดุโลหะที่อุณหภูมิแวดล้อมตั้งแต่ 10°C ถึง 38°C (50°F ถึง 100°F) มาตรฐานนี้มีความสำคัญในการประเมินสมรรถนะทางกลของโลหะในรูปแบบต่างๆ รวมถึงแผ่น แผ่นหนา ลวด และแท่ง
แม้ว่า ASTM E8 / E8M จะครอบคลุมคุณลักษณะแรงดึงที่หลากหลาย แต่คุณสมบัติที่วัดบ่อยที่สุดมีดังนี้:
- ความแข็งแรงคราก - ความเค้นที่วัสดุเกิดการเปลี่ยนรูปถาวร
- การยืดตัว ณ จุดคราก - ช่วงเปลี่ยนผ่านที่วัสดุเปลี่ยนจากการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเป็นแบบพลาสติก
- ความแข็งแรงดึง - แรงหรือความเค้นสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้ก่อนการแตกหัก
- การลดลงของพื้นที่หน้าตัด - การวัดความเหนียว คำนวณจากการลดลงของพื้นที่หน้าตัดหลังการแตกหัก
คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญต่อการเลือกวัสดุ การควบคุมคุณภาพ และการออกแบบทางวิศวกรรม ทำให้ ASTM E8 / E8M เป็นหลักสำคัญในการทดสอบโลหะวิทยาและการวิเคราะห์ทางกล
การเลือกระบบทดสอบที่เหมาะสม
เนื่องจากการทดสอบแรงดึง ASTM E8 / E8M ทำกับวัสดุโลหะที่หลากหลาย ตั้งแต่แผ่นโลหะบางไปจนถึงแผ่นเหล็กหนา แรงทดสอบที่ต้องการจึงแตกต่างกันอย่างมาก เพื่อรองรับความหลากหลายนี้ เครื่องทดสอบอเนกประสงค์ซีรีส์ 6800 ของ Instron มีเครื่องทดสอบอเนกประสงค์หลายรุ่นที่มีความสามารถในการรับโหลดตั้งแต่ 10 kN สำหรับวัสดุน้ำหนักเบา (เช่น แผ่นโลหะ) ไปจนถึง 600 kN สำหรับงานหนักเช่นการทดสอบแผ่นเหล็ก
โครงเครื่องซีรีส์ 6800 ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อความแม่นยำและความทนทาน มีคุณสมบัติดังนี้:
- แบริ่งแบบโหลดล่วงหน้า
- บอลสกรูความแม่นยำสูง
- คานขวางและคานฐานที่แข็งแรง
- สายพานขับที่ยืดตัวต่ำ
ส่วนประกอบทางกลขั้นสูงเหล่านี้ช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำสูงและมีการสะสมพลังงานต่ำ ซึ่งสำคัญมากเมื่อทดสอบวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง เช่น โลหะผสมสำหรับระบบขับเคลื่อนอากาศยาน เหล็กโครงสร้างสำหรับสะพานแขวน และโลหะที่ใช้ในโครงรถยนต์
ประเภทชิ้นทดสอบและขนาดมาตรฐาน
ASTM E8 / E8M รองรับชิ้นทดสอบหลายประเภทเพื่อให้เหมาะกับวัสดุโลหะรูปแบบต่างๆ มาตรฐานกำหนดรูปทรงเรขาคณิตและขนาดที่แม่นยำสำหรับชิ้นทดสอบแต่ละประเภท เพื่อให้มั่นใจในผลการทดสอบแรงดึงที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้
ประเภทชิ้นทดสอบทั่วไปได้แก่:
- แท่งแบนและแท่งกลม
- ท่อและแผ่น
- ชิ้นทดสอบแบบรับโหลดด้วยสลัก
- ผลิตภัณฑ์โลหะผง
ในบรรดาเหล่านี้ ประเภทชิ้นทดสอบที่ใช้บ่อยที่สุดคือ:
- ชิ้นทดสอบแบนรูปดัมเบล มีความกว้าง 12.5 มม. (0.5 นิ้ว) และความยาวเกจ 50 มม. (2 นิ้ว)
- ชิ้นทดสอบกลมแบบหัวกระดุม มีเส้นผ่านศูนย์กลางทั่วไป 6.35 -12.7 มม. (0.25 - 0.50 นิ้ว) และความยาวเกจ 25.4 - 50.8 มม. (1 - 2 นิ้ว)
การกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นทดสอบมาตรฐาน ASTM E8 / E8M ช่วยให้มั่นใจในขั้นตอนการทดสอบที่สามารถทำซ้ำได้ในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมต่างๆ ทำให้เป็นหลักสำคัญในการทดสอบทางกลของโลหะ
วิธีควบคุมการทดสอบ
เช่นเดียวกับมาตรฐานการทดสอบโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ASTM E8 / E8M กำหนดวิธีควบคุมการทดสอบสามประเภทที่แตกต่างกันเพื่อควบคุมความเร็วทดสอบ:
- วิธี a - ควบคุมอัตราความเค้น
- วิธี b - ควบคุมอัตราความเครียด
- วิธี c - ควบคุมความเร็วคานขวาง
วิธีควบคุมเหล่านี้มีความสำคัญในการให้ผลการทดสอบแรงดึงที่สม่ำเสมอและทำซ้ำได้ โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบวัสดุหรือตรวจสอบคุณสมบัติทางกล วิดีโอนี้อธิบายรายละเอียด: การควบคุมอัตราความเครียดคืออะไร ทำไมจึงสำคัญ จะนำไปใช้ได้อย่างไร รวมถึงความท้าทายที่อาจเกิดขึ้น
ตัวเลือกหัวจับแรงดึง
การทดสอบแรงดึง ASTM E8 / E8M รองรับเทคโนโลยีการจับยึดหลากหลาย รวมถึงหัวจับแบบลิ่ม หัวจับแบบกระทำด้านข้าง หัวจับไฮดรอลิก และหัวจับนิวเมติก หัวจับเหล่านี้จำเป็นสำหรับการยึดชิ้นทดสอบระหว่างการทดสอบและสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทตามวิธีการให้แรงจับ:
หัวจับแบบสัดส่วนเพิ่มแรงจับโดยตรงตามโหลดแรงดึงที่ใช้ระหว่างการทดสอบ เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น แรงดันที่หัวจับก็เพิ่มขึ้นด้วย ทำให้มั่นใจว่าชิ้นทดสอบถูกยึดไว้อย่างมั่นคงตลอดกระบวนการทดสอบ
- หัวจับแบบลิ่มเป็นประเภทของหัวจับแบบสัดส่วนที่พบบ่อยที่สุด มีทั้งแบบควบคุมด้วยมือ นิวเมติก และไฮดรอลิก เหมาะสำหรับการทดสอบหลากหลายรูปแบบ
- การออกแบบแบบลิ่มช่วยเพิ่มแรงจับตามธรรมชาติ: เมื่อดึงชิ้นทดสอบ มันจะเลื่อนลึกลงไปในลิ่มที่แคบลง เพิ่มแรงดันและป้องกันการลื่นไถล
หัวจับแบบไม่เป็นสัดส่วนรักษาแรงจับคงที่ที่ไม่ขึ้นกับโหลดแรงดึง แรงนี้มักเกิดจากแหล่งพลังงานภายนอก เช่น ระบบไฮดรอลิกแรงดันสูง (มักมีพิกัด 210 บาร์ / 3000 psi หรือสูงกว่า)
- ตัวอย่างทั่วไปได้แก่ หัวจับแบบกระทำด้านข้างและหัวจับลิ่มไฮดรอลิกสำหรับการทดสอบความล้า
- ข้อดีสำคัญของหัวจับแบบไม่เป็นสัดส่วนหลายรุ่นคือแรงจับที่ปรับได้ ซึ่งช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการทดสอบวัสดุและชิ้นทดสอบประเภทต่างๆ
การเลือกประเภทหัวจับที่เหมาะสมมีความสำคัญต่อการได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและทำซ้ำได้ในการทดสอบแรงดึง ASTM E8 / E8M การตัดสินใจขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น รูปทรงของชิ้นทดสอบ คุณสมบัติของวัสดุ และข้อกำหนดการทดสอบ
ความสามารถรับโหลดสถิต ±130 kN
หมายเลขแคตตาล็อก 2743-401
ความสามารถรับโหลดสถิต ±312 kN
หมายเลขแคตตาล็อก 2742-501
การป้องกันชิ้นทดสอบ
ระหว่างการติดตั้งการทดสอบแรงดึง การใส่ชิ้นทดสอบเข้าไปในหัวจับอาจทำให้เกิดแรงอัดโดยไม่ตั้งใจ แรงเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อแรงดันจากการจับทำให้วัสดุเคลื่อนที่เล็กน้อย ซึ่งถูกดันกลับเข้าไปในตัวชิ้นทดสอบ ทำให้เกิดโหลดต่อโหลดเซลล์ สิ่งนี้อาจนำไปสู่การเสียรูปก่อนกำหนดและผลการทดสอบที่ไม่แม่นยำ
เพื่อลดปัญหานี้ แนะนำให้ใช้หัวจับแบบสัดส่วน ต่างจากหัวจับแบบไม่เป็นสัดส่วน หัวจับแบบสัดส่วนใช้แรงน้อยกว่าระหว่างการติดตั้ง ลดโหลดอัดที่ไม่ต้องการ
เพื่อการป้องกันที่ดียิ่งขึ้น เครื่องทดสอบอเนกประสงค์ Instron ซีรีส์ 6800 มีเทคโนโลยีป้องกันชิ้นทดสอบ ระบบอัจฉริยะนี้ปรับตำแหน่งคานขวางโดยอัตโนมัติระหว่างการติดตั้งเพื่อกำจัดแรงอัด ไม่ว่าจะใช้หัวจับประเภทใด สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจในการเก็บข้อมูลที่แม่นยำมากขึ้นและช่วยรักษาความสมบูรณ์ของชิ้นทดสอบก่อนเริ่มการทดสอบ
เอ็กซ์เทนโซมิเตอร์สำหรับวัดความแข็งแรงดึง
ประเภทของเอ็กซ์เทนโซมิเตอร์ที่ต้องการสำหรับ ASTM E8 / E8M แตกต่างกันไปตามค่าความเครียด มาตรฐานการทดสอบโลหะส่วนใหญ่ต้องการอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงเพื่อหาคุณสมบัติของวัสดุที่ค่าความเครียดต่ำ - รวมถึงมอดูลัสและความแข็งแรงคราก ในขณะที่อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำต่ำกว่าเล็กน้อยสามารถยอมรับได้สำหรับค่าความเครียดสูง - รวมถึงการยืดตัวสม่ำเสมอและการยืดตัวทั้งหมด
เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำ ASTM E8 / E8M อ้างอิง ASTM E83 สำหรับการจำแนกประเภทเอ็กซ์เทนโซมิเตอร์:
- สำหรับค่าความเครียดต่ำกว่า 5% ต้องใช้เอ็กซ์เทนโซมิเตอร์ Class B2 หรือดีกว่า
- สำหรับค่าความเครียดสูงกว่า 5% ต้องใช้เอ็กซ์เทนโซมิเตอร์ Class C หรือดีกว่า
มีเอ็กซ์เทนโซมิเตอร์สามประเภทหลักที่ใช้บ่อยในการทดสอบ ASTM E8 / E8M:
- เอ็กซ์เทนโซมิเตอร์แบบหนีบ - อุปกรณ์แบบหนีบ เช่น ซีรีส์ 2630 ของ Instron เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดเนื่องจากมีความแม่นยำสูงและคุ้มค่า การออกแบบต้องแข็งแรงพอที่จะทนต่อสภาพแวดล้อมการทดสอบที่มีปริมาณมากและสามารถดูดซับแรงกระแทกจากการแตกหักของชิ้นทดสอบระหว่างการทดสอบที่มีความสามารถสูง
- เอ็กซ์เทนโซมิเตอร์แบบสัมผัสอัตโนมัติ - อุปกรณ์เช่น AutoX750 ของ Instron มีการติดตั้งชิ้นทดสอบอัตโนมัติ การวางตำแหน่งที่สม่ำเสมอ และความสามารถในการปรับความยาวเกจหลายขนาด - ลดความแปรปรวนจากผู้ปฏิบัติงานและปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำ เมื่อใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์ Bluehill® Universal AutoX750 สามารถถอดออกโดยอัตโนมัติก่อนชิ้นทดสอบแตกหัก ลดการสึกหรอของขอบมีด
- เครื่องวัดการยืดแบบไม่สัมผัส - AVE3 Advanced Video Extensometer ของ Instron ให้การวัดความเครียดแบบออปติคัลโดยไม่ต้องสัมผัสตัวอย่างทดสอบ สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่บางหรือเปราะบาง ซึ่งอุปกรณ์แบบหนีบอาจทำให้ผลการทดสอบเปลี่ยนแปลงหรือทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนกำหนด ระบบแบบไม่สัมผัสยังช่วยขจัดความเสี่ยงของความเสียหายระหว่างการทดสอบที่มีความจุสูง ทำให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของการดำเนินงานระยะยาวและความแม่นยำของการวัด
การคำนวณและผลลัพธ์
ซอฟต์แวร์ Bluehill Universal ช่วยปรับปรุงการทดสอบแรงดึงโดยเสนอการคำนวณที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้าสำหรับ ASTM E8 / E8M ซึ่งช่วยขจัดความจำเป็นในการตั้งค่าด้วยตนเอง สิ่งนี้ช่วยให้ผู้ใช้สามารถเริ่มการทดสอบได้อย่างรวดเร็วพร้อมความมั่นใจในความแม่นยำและการปฏิบัติตามมาตรฐานของผลลัพธ์
สำหรับผู้ที่ต้องการแนวทางที่ปรับแต่งได้ Bluehill Universal ยังรองรับการกำหนดค่าการคำนวณด้วยตนเอง ทำให้ผู้ใช้สามารถสร้างวิธีการที่ปรับแต่งเฉพาะเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของ ASTM E8 / E8M และมาตรฐานอื่นๆ
ชุดวิธีการทดสอบโลหะยังเพิ่มความยืดหยุ่นด้วยการให้วิธีการทดสอบที่สร้างไว้ล่วงหน้าสำหรับมาตรฐานนานาชาติและอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึง:
| แม่แบบสปริง 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 |
การปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน
ห้องปฏิบัติการหลายแห่งที่ทำการทดสอบแรงดึง ASTM E8 / E8M มีการจัดการชิ้นงานทดสอบจำนวนมากเป็นประจำ ดังนั้น การปรับปรุงประสิทธิภาพการทดสอบจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุนการดำเนินงาน
โชคดีที่มีกลยุทธ์หลายอย่างในการปรับปรุงกระบวนการทดสอบ:
- การปรับปรุงซอฟต์แวร์: การปรับเปลี่ยนเล็กๆ น้อยๆ ในซอฟต์แวร์ทดสอบ เช่น การทำงานอัตโนมัติของงานที่ทำซ้ำและการปรับปรุงการป้อนข้อมูล สามารถลดเวลาการตั้งค่าและภาระงานของผู้ปฏิบัติงานได้อย่างมาก ดูช่อง YouTube ของเรา สำหรับเคล็ดลับซอฟต์แวร์และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด
- ที่จับและเครื่องวัดการยืดตัวขั้นสูง: การใช้อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับการตั้งค่าที่รวดเร็วและมีความซ้ำได้สูงช่วยลดข้อผิดพลาดและลดความจำเป็นในการทดสอบซ้ำ
- ระบบอัตโนมัติแบบสมบูรณ์: สำหรับห้องปฏิบัติการที่ต้องการประสิทธิภาพสูงสุด ระบบทดสอบอัตโนมัติแบบสมบูรณ์สามารถทำงานได้หลายชั่วโมงโดยไม่ต้องมีผู้ปฏิบัติงาน ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีปริมาณงานสูง
ด้วยการนำโซลูชันเหล่านี้มาใช้ ห้องปฏิบัติการสามารถบรรลุเวลาดำเนินการที่เร็วขึ้น ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอมากขึ้น และปรับปรุงผลิตภาพในการทดสอบที่สอดคล้องกับ ASTM E8 / E8M
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.
Hydraulic Side-Action 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.
AVE3 Advanced Video Extensometer
The AVE3 Advanced Video Extensometer offers precision strain measurement for tensile, compression, and bend tests without the need for multiple clip-on devices.
Automatic Contacting Extensometer – Model AutoX 750
The AutoX 750 is a high-resolution, long-travel automatic contacting extensometer. It can be mounted onto any electromechanical 3300, 3400, 5500, 5900, or 6800 Series tabletop or floor model system as well as LX, DX, HDX, and KPX static hydraulic testing systems. It is well suited for applications involving plastics, metals, biomedical, composites, elastomers, and more. The AutoX has a maximum travel of 750 mm and accuracy of ± 1 µm.
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.
