ISO 6892: การทดสอบแรงดึงของวัสดุโลหะ

วิธีการทดสอบแรงดึงบนโลหะตามมาตรฐาน ISO 6892

วิวัฒนาการของมาตรฐาน

หนึ่งในวิวัฒนาการที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ ISO 6892-1 ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวิธีการควบคุมการทดสอบ ซึ่งอาจเป็นความท้าทายที่สำคัญในการทดสอบแรงดึงของโลหะ วิวัฒนาการนี้ได้รับอิทธิพลหลักจากงานวิจัยภายใต้โครงการ TENSTAND ซึ่งพบว่าอัตราการทดสอบระหว่างเครื่องทดสอบที่แตกต่างกันภายใต้มาตรฐานเดียวกันจะให้ผลลัพธ์ที่ต่างกันเนื่องจากความไวต่ออัตราความเครียดของวัสดุ เวอร์ชันปี 2009 ได้แนะนำอัตราการทดสอบตามอัตราความเครียด (วิธี A) ซึ่งกลายเป็นวิธีที่นิยมใช้ วิธีการทดสอบแบบดั้งเดิมที่สืบทอดมาจาก EN10002:2001 นั้นอิงตามการรักษาอัตราความเค้นในช่วงอีลาสติก ซึ่งจำเป็นสำหรับเครื่องทดสอบที่ควบคุมด้วยมือ วิธีการดั้งเดิมนี้ยังคงถูกรักษาไว้และกลายเป็น 'วิธี B' ในมาตรฐานเวอร์ชันปี 2009

การนำวิธี A มาใช้ทำให้เกิดความสับสน เนื่องจากผู้ใช้หลายคนคิดว่าวิธี A สามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์ที่สามารถควบคุมความเครียดแบบวงจรปิด (closed-loop strain control) เท่านั้น แต่ในความเป็นจริงยังสามารถทำได้โดยใช้ความเร็วหัวจับ (crosshead speed) ที่คงที่ เพื่อความชัดเจน ISO 6892-1 จึงได้รับการปรับปรุงอีกครั้งในฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง คือ ISO 6892-1:2016 โดยเวอร์ชันปี 2016 ประกอบด้วยวิธีการทดสอบสามวิธี ได้แก่ A1, A2 และ B ซึ่งวิธี A เดิมถูกแบ่งออกเป็นสองวิธีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน คือ วิธี A1 (การควบคุมความเครียดแบบวงจรปิด) และวิธี A2 (ความเร็วหัวจับคงที่) ในขณะที่วิธี B ยังคงอิงตามการรักษาอัตราความเค้นในช่วงอีลาสติก มีการเพิ่มหมายเหตุในวิธี B เพื่อชี้แจงช่วงของการทดสอบที่ต้องรักษาการควบคุมความเค้น วิดีโอด้านล่างจะอธิบายวิธี A1 โดยละเอียด

มันวัดอะไร?

ISO 6892-1 วัดคุณสมบัติการรับแรงดึงของวัสดุโลหะในทุกรูปแบบที่อุณหภูมิแวดล้อม การทดสอบภายใต้สภาวะที่มีการควบคุมต้องดำเนินการที่อุณหภูมิ 23 องศาเซลเซียส บวกหรือลบ 5 องศา สำหรับการทดสอบที่อุณหภูมิสูง โปรดอ้างอิง ISO 6892-2 มาตรฐาน ISO 6892-1 ใช้สำหรับวัดค่าคุณสมบัติแรงดึงที่หลากหลาย โดยคุณสมบัติที่พบบ่อยที่สุดมีดังนี้:

ความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก (Yield strength) คือความเค้นที่วัสดุเริ่มเสียรูปอย่างถาวร ISO 6892-1 กำหนดทั้งค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดครากบนและล่าง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การคราก ISO 6892-1 กำหนดข้อกำหนดสำหรับทั้งจุดครากบนและล่างสำหรับวัสดุที่มีการครากแบบไม่ต่อเนื่อง และใช้วิธี offset yield สำหรับวัสดุที่มีการครากแบบต่อเนื่อง

การยืดตัว ณ จุดคราก (Yield Point Elongation) - เหมาะสำหรับวัสดุที่มีการครากแบบไม่ต่อเนื่องเท่านั้น การยืดตัว ณ จุดครากคือความแตกต่างระหว่างการยืดตัวของชิ้นงานทดสอบที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการครากแบบไม่ต่อเนื่อง (บริเวณที่มีความเครียดเพิ่มขึ้นโดยไม่มีความเค้นเพิ่มขึ้น)

ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (Tensile Strength) - แรงหรือความเค้นสูงสุดที่วัสดุสามารถรับได้ในระหว่างการทดสอบแรงดึง

การลดลงของพื้นที่หน้าตัด (Reduction of Area) - การวัดความเหนียวของวัสดุ คือความแตกต่างระหว่างพื้นที่หน้าตัดเดิมของชิ้นงานทดสอบกับพื้นที่หน้าตัดที่เล็กที่สุดหลังการทดสอบ โดยมักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ที่ลดลงจากพื้นที่หน้าตัดเดิม พื้นที่หน้าตัดที่เล็กที่สุดสามารถวัดได้ที่จุดขาดหรือหลังการขาด

ตัวอย่าง

ISO 6892-1 รองรับชิ้นงานทดสอบที่หลากหลายเนื่องจากวัสดุโลหะถูกนำไปใช้งานในขอบเขตที่กว้างขวาง ประเภทชิ้นงานหลัก ได้แก่ แผ่นบาง, แผ่นหนา, ลวด, แท่ง และ ท่อ รายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับการเตรียมชิ้นงานและการวัดสามารถดูได้ในภาคผนวก:

ภาคผนวก B: ประเภทของชิ้นงานทดสอบที่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์บาง: แผ่นบาง, แถบ และแผ่นแบนที่มีความหนาระหว่าง 0.1 ถึง 3 มม.

ภาคผนวก C: ประเภทของชิ้นงานทดสอบที่ใช้สำหรับลวด, แท่ง และหน้าตัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนาน้อยกว่า 4 มม.

ภาคผนวก D: ประเภทของชิ้นงานทดสอบที่ใช้สำหรับแผ่นบางและแผ่นแบนที่มีความหนาตั้งแต่ 3 มม. ขึ้นไป และลวด, แท่ง และหน้าตัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนาตั้งแต่ 4 มม. ขึ้นไป

ระบบทดสอบวัสดุ

เนื่องจากการทดสอบตามมาตรฐาน ISO 6892-1 ดำเนินการกับโลหะที่หลากหลาย ข้อกำหนดด้านแรงของระบบจึงอาจแตกต่างกันมาก ระบบวัดแรงของเครื่องทดสอบต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 7500-1 คลาส 1 หรือดีกว่า Instron 6800 Series มีโครงเครื่องทดสอบที่เหมาะสำหรับการทดสอบตั้งแต่แผ่นโลหะบาง (10kN) ไปจนถึงแผ่นเหล็กหนา (600kN) 6800 Series มีโครงรับภาระที่เหนือกว่า รวมถึงตลับลูกปืนแบบ pre-loaded, บอลสกรูที่มีความแม่นยำ, หัวจับและคานฐานที่มีความแข็งเกร็งสูง และสายพานขับเคลื่อนที่มีการยืดตัวต่ำ คุณสมบัติเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพขั้นสูงโดยรวม ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูง นอกจากนี้ยังช่วยลดพลังงานที่สะสมระหว่างการทดสอบ ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนเมื่อทดสอบวัสดุโลหะที่มีความแข็งแรงสูงตามมาตรฐาน ISO 6892-1

ที่จับ

มี เทคโนโลยีการจับยึด ที่แตกต่างกันมากมายที่เหมาะสำหรับการทดสอบตามมาตรฐาน ISO 6892-1 (ลิ่ม, ไฮดรอลิก, นิวแมติก ฯลฯ) ซึ่งทั้งหมดสามารถจำแนกได้ว่าเป็นแบบแปรผันตามแรง (proportional) หรือแบบไม่แปรผันตามแรง (non-proportional) ตามลักษณะการออกแรงจับยึดบนชิ้นงานทดสอบ

สำหรับอุปกรณ์จับยึดแบบแปรผันตามแรง แรงที่กระทำต่อชิ้นงานจะแปรผันตามภาระแรงดึงที่ใช้ เมื่อภาระแรงดึงเพิ่มขึ้นระหว่างการทดสอบ แรงจับยึดบนชิ้นงานก็จะเพิ่มขึ้นด้วย อุปกรณ์จับยึดแบบลิ่ม (Wedge grips) เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการจับยึดแบบแปรผันตามแรง และมีทั้งแบบแมนนวล, นิวแมติก และไฮดรอลิก เพื่อให้เหมาะกับการใช้งานทดสอบที่หลากหลาย รูปทรงของอุปกรณ์จับยึดแบบลิ่มคือสิ่งที่ช่วยให้สามารถออกแรงกดตามสัดส่วนได้: เมื่อมีการใช้แรงดึงกับชิ้นงาน ชิ้นงานจะถูกดึงเข้าไปในส่วนที่แคบที่สุดของลิ่มให้แน่นยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มแรงกดในการจับยึด

สำหรับอุปกรณ์จับยึดแบบไม่แปรผันตามแรง แรงจับยึดบนชิ้นงานจะคงที่และเป็นอิสระจากภาระแรงดึงที่ใช้ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์จับยึดแบบออกแรงด้านข้าง (side-acting) และอุปกรณ์จับยึดแบบลิ่มไฮดรอลิกสำหรับงานล้า (fatigue-rated) โดยแรงจับยึดจะถูกสร้างขึ้นจากแหล่งพลังงานที่ไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการดึงชิ้นงาน แหล่งพลังงานนี้มักจะเป็นระบบไฮดรอลิกแรงดันสูง (210 bar/3000 psi หรือสูงกว่า) ข้อดีอย่างหนึ่งของอุปกรณ์จับยึดแบบไม่แปรผันตามแรงคือแรงจับยึดมักจะปรับได้มากกว่า ซึ่งให้ข้อได้เปรียบในการใช้งานที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น เมื่อทดสอบชิ้นงานที่ไม่ได้ผ่านการกลึง การปรับแต่งอย่างละเอียดสามารถช่วยให้ผู้ใช้ได้รับแรงจับยึดที่เหมาะสมที่สุด ในขณะที่ลดการรวมตัวของความเค้นที่อาจทำให้เกิดการเสียหายก่อนเวลาอันควร

เครื่องวัดการยืดตัว

มี เครื่องวัดความยืดหยุ่น (extensometers) สามประเภทที่มักใช้สำหรับการทดสอบตามมาตรฐาน ISO 6892-1 ได้แก่ อุปกรณ์แบบคลิปออน, อุปกรณ์แบบไม่สัมผัส และเครื่องวัดความยืดหยุ่นแบบสัมผัสอัตโนมัติ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการคำนวณที่ต้องการ เครื่องวัดความยืดหยุ่นต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 9513 คลาส 1 หรือ 2 เครื่องวัดความยืดหยุ่นแบบคลิปออน เช่น 2630 Series เป็นประเภทที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด อุปกรณ์เหล่านี้สามารถให้ข้อมูลความเครียดที่แม่นยำและเสถียรอย่างเหลือเชื่อ และมักจะมีราคาถูกกว่าประเภทอื่นๆ อุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องมีความทนทานเพียงพอที่จะรองรับห้องปฏิบัติการทดสอบที่มีปริมาณงานสูง และดูดซับแรงกระแทกจากการขาดของชิ้นงานโลหะที่มีความจุสูงหากไม่ได้ถอดออกระหว่างการทดสอบ

อุปกรณ์สัมผัสอัตโนมัติ เช่น AutoX750 ให้ประโยชน์ในเรื่องแรงจับยึดและตำแหน่งที่ทำซ้ำได้ ซึ่งสามารถลดความคลาดเคลื่อนระหว่างผู้ปฏิบัติงานที่ติดตั้งเครื่องวัดความยืดหยุ่นแบบคลิปออนด้วยตนเอง อุปกรณ์สัมผัสอัตโนมัติยังสามารถปรับให้เข้ากับระยะเกจ (gauge lengths) ได้หลายระยะ ซึ่งคุ้มค่าสำหรับผู้ใช้ที่ต้องการทดสอบชิ้นงานหลากหลายประเภท AutoX ได้รับการออกแบบมาให้ทนทานเพียงพอที่จะติดตั้งไว้ตลอดการทดสอบจนถึงจุดขาด อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์ Bluehill® Universal จะสามารถตั้งค่า AutoX750 ให้ถอดตัวเองออกโดยอัตโนมัติก่อนที่ชิ้นงานจะขาด เพื่อป้องกันการสึกหรอที่มากเกินไปของคมมีด

อุปกรณ์แบบไม่สัมผัส เช่น AVE3 Automatic Video Extensometer ให้ประโยชน์ในการขจัดอิทธิพลใดๆ ที่เกิดจากการที่เครื่องวัดความยืดหยุ่นสัมผัสกับชิ้นงานโดยตรง ตัวอย่างเช่น หากชิ้นงานทดสอบบางมาก เช่น โลหะบรรจุภัณฑ์ น้ำหนักของอุปกรณ์แบบคลิปออนอาจทำให้ผลลัพธ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก คมมีดที่ใช้ยึดอุปกรณ์เข้ากับชิ้นงานที่เปราะบางอาจทำให้ชิ้นงานเสียหายและเกิดการขาดก่อนเวลาอันควร นอกจากนี้ เนื่องจาก AVE ไม่ได้สัมผัสกับวัสดุ จึงไม่มีโอกาสที่เครื่องวัดความยืดหยุ่นจะเสียหายหรือสึกหรอเมื่อทดสอบวัสดุที่มีความจุสูง

ซอฟต์แวร์ทดสอบ

เครื่องทดสอบสมัยใหม่เกือบทั้งหมดมาพร้อมกับซอฟต์แวร์ที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้า และสิ่งสำคัญคือการคำนวณในซอฟต์แวร์ทดสอบต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 6892-1 และตรงกับข้อมูลที่มีอยู่ แพ็คเกจซอฟต์แวร์บางอย่างอาจไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาให้เท่าเทียมกัน และสิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าแพลตฟอร์มที่คุณเลือกให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้

ลูกค้าหลายพันรายทั่วโลกไว้วางใจใน Bluehill Universal เพื่อทดสอบวัสดุตามมาตรฐาน ISO 6892-1 การคำนวณทั้งหมดที่จำเป็นในการทดสอบ ISO 6892-1 ได้รับการกำหนดค่าไว้ล่วงหน้าใน Bluehill Universal แล้ว แต่สำหรับผู้ที่ต้องการเริ่มจากศูนย์และสร้างวิธีการของตนเอง อินเทอร์เฟซก็ช่วยให้ผู้ใช้ป้อนการคำนวณของตนเองด้วยตนเองได้อย่างง่ายดาย แพ็คเกจวิธีการสำหรับโลหะยังมีวิธีการที่สร้างไว้ล่วงหน้าสำหรับมาตรฐานต่อไปนี้ทั้งหมด: ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM A615, ASTM E646, ASTM E517, EN10002, ISO10113 และ ISO10275

ปริมาณงาน

ห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ที่ทดสอบตามมาตรฐาน ISO 6892-1 จำเป็นต้องทดสอบชิ้นงานจำนวนมากเป็นประจำ ด้วยเหตุนี้ สิ่งใดก็ตามที่สามารถทำได้เพื่อเพิ่มปริมาณงานจึงเป็นประโยชน์ โชคดีที่มีตัวเลือกมากมายสำหรับการเพิ่มปริมาณงานทดสอบของห้องปฏิบัติการ การปรับเปลี่ยนซอฟต์แวร์เพียงเล็กน้อยสามารถลดงานที่ทำซ้ำๆ ได้ และอุปกรณ์จับยึดรวมถึงเครื่องวัดความยืดหยุ่นบางรุ่นสามารถลดเวลาในการติดตั้งและเพิ่มความสามารถในการทำซ้ำ ซึ่งจะลดความจำเป็นในการทดสอบซ้ำ สุดท้ายนี้ ยังมีตัวเลือกในการ ทำให้กระบวนการทดสอบทั้งหมดเป็นแบบอัตโนมัติ ซึ่งช่วยให้การทดสอบดำเนินไปได้หลายชั่วโมงโดยไม่จำเป็นต้องมีการโต้ตอบจากผู้ปฏิบัติงาน