ASTM E8 金屬材料拉伸測試
如何根據 ASTM E8 / E8M 進行金屬拉伸強度測試
ASTM E8 / E8M 是用於測定金屬材料拉伸性能最廣泛使用的標準之一。與 ASTM A370 一起，它作為各行業材料測試的基礎方法。
該標準最初於 1924 年以 ASTM E8-24T 的名稱推出，是目前最古老的活躍使用的金屬測試標準。幾十年來，ASTM E8 經過多次修訂，以反映測試實踐和行業需求的進步。
2008 年 3 月進行了一次重大更新，將 ASTM E8（英制單位）和 ASTM E8M（公制單位）合併為單一統一標準：ASTM E8 / E8M。這種整合簡化了合規性並改善了全球測試的清晰度。
本指南提供了 ASTM E8 / E8M 拉伸測試的全面介紹，包括：
- 拉伸測試流程概述
- 所需材料測試設備
- 軟體和應變測量配件
- 標準化拉伸試樣
雖然本指南旨在提供有用的概述，但它不能替代閱讀完整的 ASTM E8 / E8M 標準。進行此標準測試的人員應直接參考官方文件以確保完全合規。
ASTM E8 / E8M 測量的關鍵拉伸性能
ASTM E8 / E8M 用於評估金屬材料在 10°C 至 38°C（50°F 至 100°F）環境溫度下的拉伸性能。該標準對於評估各種形式的金屬（包括板材、板料、線材和棒材）的機械性能至關重要。
雖然 ASTM E8 / E8M 涵蓋了廣泛的拉伸特性，但以下是最常測量的性能：
- 屈服強度 - 材料發生永久變形時的應力。
- 屈服點延伸率 - 材料從彈性變形轉變為塑性變形的過渡階段。
- 抗拉強度 - 材料在破壞前能承受的最大力或應力。
- 斷面收縮率 - 斷裂後橫截面面積減少量的延展性測量。
這些性能對於材料選擇、品質控制和工程設計至關重要，使 ASTM E8 / E8M 成為冶金測試和機械分析的基石。
選擇正確的測試系統
由於 ASTM E8 / E8M 拉伸測試在各種金屬材料上進行，從薄板金屬到厚鋼板，所需的測試力可能會有很大差異。為了適應這種多樣性，Instron 6800 系列萬能測試系統提供了多種萬能測試機，負載能力從輕質材料（如板金）的 10 kN 到重型應用（如鋼板測試）的 600 kN。
6800 系列負載框架在工程設計上注重精密度和耐久性，具有以下特點：
- 預載軸承
- 精密滾珠螺桿
- 堅固的橫梁和底座橫樑
- 低伸展驅動皮帶
這些先進的機械組件有助於實現高精度結果和最小的能量儲存，這在測試高強度材料時尤為重要，如航空推進系統合金、懸索橋結構鋼和汽車底盤用金屬。
試樣類型和標準尺寸
ASTM E8 / E8M 適用於各種試樣類型，以適應不同形式的金屬材料。該標準為每種試樣類別規定了精確的幾何形狀和尺寸，確保一致和可靠的拉伸測試結果。
常見的試樣類型包括：
- 扁平和圓形棒材
- 管材和板材
- 銷釘載荷試樣
- 粉末冶金產品
其中，最常用的試樣類型是：
- 骨型扁平試樣，寬度為 12.5 mm（0.5 英寸）和標距長度為 50 mm（2 英寸）
- 鈕扣頭圓形試樣，常見直徑為 6.35-12.7 mm（0.25-0.50 英寸）和標距長度為 25.4-50.8 mm（1-2 英寸）
通過定義標準化試樣幾何形狀，ASTM E8 / E8M 確保了實驗室和行業間的可重複測試程序，使其成為金屬機械測試的基石。
測試控制方法
與許多廣泛使用的金屬測試標準一樣，ASTM E8 / E8M 概述了三種不同類型的測試控制方法來調節測試速度：
- 方法 a - 應力速率控制
- 方法 b - 應變速率控制
- 方法 c - 橫梁速度控制
這些控制方法對於確保一致和可重複的拉伸測試結果至關重要，特別是在比較材料或驗證機械性能時。本視頻分析了：什麼是應變速率控制，為什麼它很重要，如何實施它，以及可能出現的一些挑戰。
拉伸夾具選項
ASTM E8 / E8M 拉伸測試支援各種夾持技術，包括楔形夾具、側向作用夾具、液壓夾具和氣動夾具。這些夾具對於在測試過程中固定試樣至關重要，根據其施加夾持力的方式，可以大致分為兩類：
比例夾具的夾持力與測試過程中施加的拉伸負載成正比增加。隨著負載的增加，夾持壓力也隨之增加，確保整個測試過程中試樣的穩固保持。
- 楔形夾具是最常見的比例夾具類型。它們有手動、氣動和液壓配置可選，適用於廣泛的測試應用。
- 楔形設計自然增強夾持力：當試樣被拉動時，它會滑入越來越窄的楔形中，增加壓力並防止滑動。
非比例夾具保持恆定的夾持力，與拉伸負載無關。這種力通常由外部電源產生，如高壓液壓系統（通常額定為 210 巴/3000 psi 或更高）。
- 常見的例子包括側向作用夾具和疲勞額定液壓楔形夾具。
- 許多非比例夾具的一個主要優點是可調節的夾持力，這允許在測試不同材料和試樣類型時具有更大的靈活性。
選擇正確的夾具類型對於在 ASTM E8 / E8M 拉伸測試中獲得準確和可重複的結果至關重要。決定取決於試樣幾何形狀、材料性能和測試要求等因素。
±130 kN 靜態負載能力
目錄編號 2743-401
±312 kN 靜態負載能力
目錄編號 2742-501
試樣保護
在拉伸測試設置過程中，將試樣插入夾具可能會無意中引入壓縮力。這些力的產生是因為夾持壓力略微使材料位移，然後被推回試樣本體，對負載傳感器產生負載。這可能導致過早變形和不準確的測試結果。
為了減輕這個問題，建議使用比例夾具。與非比例夾具不同，比例夾具在設置過程中施加較小的力，減少不必要的壓縮負載。
為了增強保護，Instron 6800 系列萬能測試系統具有試樣保護技術。這個智能系統在設置過程中自動調整橫梁位置以消除壓縮力，無論使用何種夾具類型。這確保了更準確的數據收集，並有助於在測試開始前保持試樣的完整性。
用於測量拉伸強度的延伸計
ASTM E8 / E8M 所需的延伸計類型取決於應變值。大多數金屬測試標準在較低應變值時需要高精度設備來確定材料性能 - 包括模量和屈服強度。而在高應變值時，略低精度的設備是可接受的 - 包括均勻延伸率和總延伸率。
為確保精度，ASTM E8 / E8M 參考 ASTM E83 進行延伸計分類：
- 對於低於 5% 的應變值，需要 B2 級或更好的延伸計。
- 對於高於 5% 的應變值，需要 C 級或更好的延伸計。
在 ASTM E8 / E8M 測試中常用的延伸計主要有三種類型：
- 夾式延伸計 - 夾式設備，如 Instron 的 2630 系列，由於其高精度和成本效益而最為廣泛使用。設計必須足夠堅固以承受高通量測試環境，並能夠在高容量測試期間吸收試樣斷裂時的衝擊。
- 自動接觸式延伸計 - 像 Instron AutoX750 這樣的設備提供自動試樣附著、一致的放置和多標距長度適應性 - 減少操作者變異性並提高重複性。當與 Bluehill® Universal 軟體配對時，AutoX750 可以在試樣失效前自動脫離，最大限度地減少刀口的磨損。
- 非接觸式延伸計 - Instron 的 AVE3 先進視訊延伸計提供無需實際接觸試樣的光學應變測量。這對於薄型或易碎材料特別有利，因為夾式裝置可能會改變結果或導致提前失效。非接觸式系統還能消除高容量測試期間的損壞風險，確保長期操作完整性和測量精確度。
計算和結果
Bluehill Universal 軟體透過提供 ASTM E8 / E8M 的預配置計算來簡化拉伸測試，無需手動設定。這使使用者能夠快速開始測試，並對其結果的準確性和合規性充滿信心。
對於偏好客製化方法的使用者，Bluehill Universal 也支援手動配置計算，使使用者能夠建立符合 ASTM E8 / E8M 和其他標準特定要求的客製化方法。
金屬方法包進一步增強了靈活性，為廣泛的國際和行業標準提供預建測試方法，包括：
| 彈簧模板 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 |
提高生產效率
許多進行 ASTM E8 / E8M 拉伸測試的實驗室定期處理大量試樣。因此，提高測試效率對於最大化效率和降低運營成本至關重要。
幸運的是，有幾種策略可以簡化測試過程：
- 軟體增強：測試軟體的微小調整，如自動化重複任務和簡化輸入，可以顯著減少設置時間和操作者工作量。查看我們的 YouTube 頻道獲取軟體提示和最佳實踐。
- 先進夾具和延伸計：使用設計用於快速設置和高重複性的設備可最小化錯誤並減少重測的需要。
- 完全自動化：對於尋求最大效率的實驗室，完全自動化測試系統可以無需操作者干預運行數小時，非常適合高通量環境。
通過實施這些解決方案，實驗室可以在符合 ASTM E8 / E8M 的測試中實現更快的周轉時間、更一致的結果和改進的生產力。
6800 系列 – 万能材料试验系统
Instron 的6800 系列万能材料试验系统提供出色的精度及可靠性。 6800 系列基于正在申请专利的操作员保护架构，具有全新的智能气动控制装置和碰撞保护功能，使材料测试比以往任何时候都更简单、更智能、更安全。
Bluehill Universal 型錄
Bluehill Universal 是 Instron 的先進材料測試軟體，專為直覺式觸控互動和精簡工作流程而設計。它提供預載測試方法、快速設定的 QuickTest、強化的資料匯出功能，以及可直接與服務部門溝通的 Instron Connect。Bluehill 2 和 Bluehill 3 的使用者可輕鬆升級至最新版本，以提升效能和可用性。
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.
