Rozciąganie metali. Kontrola testu stałą prędkością odkształcania zgodnie z normą ISO 6892-1:2019
Aplikacja Shimadzu nr i27
Próba rozciągania materiału metalicznego z wykorzystaniem trybu kontroli prędkością odkształcenia wraz z ekstensometrem automatycznym.
W ramach aktualizacji normy ISO 6892 z 2009 roku oraz odpowiadającej normy japońskiej JIS Z 2241 z 2011 roku, dodano metodę kontroli testu stałą prędkością odkształcenia, równocześnie pozostawiając metodę kontroli stałą prędkością naprężania do osiągnięcia wartości granicy plastyczności. W związku z tymi zmianami, testy materiałów metalicznych z wykorzystaniem metody kontroli prędkości odkształcenia stają się coraz bardziej popularne.
Do wykorzystania trybu kontroli prędkości odkształcenia wymagany jest ekstensometr o wysokiej precyzji. Automatyczny ekstensometr Shimadzu SIE-560SA umożliwia dokładny pomiar w szerokim zakresie wydłużenia zarówno dla tworzyw metalicznych twardych (stale) jak i miękkich (stopy aluminium, miedzi i innych). Pomiar wydłużenia może być prowadzony w całym zakresie od startu testu do zerwania, a ponadto możliwe jest również automatyczne ustawianie bazy pomiarowej oraz otwieranie/zamykanie ramion ekstensometru.
Niniejszy artykuł przedstawia przykład testu z kontrolą prędkością odkształcenia, zgodnego z normą PN-EN ISO 6892-1:2019, wykonanego za pomocą maszyny wytrzymałościowej Shimadzu Autograph AGX™-100 kNV oraz z użyciem automatycznego ekstensometru Shimadzu SIE-560SA.
Kontrola prędkością odkształcenia
Normy określają trzy poziomy prędkości odkształcenia, jak pokazano na rys. 1, odpowiadające pożądanej wielkości do wyznaczenia oraz podają prędkości odkształceń dla tych poziomów. Prędkości odkształceń oznaczone symbolem * są zalecane, o ile nie mają zastosowania inne wymagania.
Prędkość odkształcenia do momentu osiągnięcia górnej granicy plastyczności lub umownej granicy plastyczności (V1)
Zakres 1: (0,00007 ± 0,000014) s-1 lub
Zakres 2: (0,00025 ± 0,00005) s-1 (*)
Przewidywana prędkość odkształcenia części równoległej próbki do momentu osiągnięcia dolnej granicy plastyczności (V2)
Zakres 2: (0,00025 ± 0,00005) s-1 (*) lub
Zakres 3: (0,002 ± 0,0004) s-1
Przewidywana prędkość odkształcenia części równoległej próbki do zerwania (V3)
Zakres 2: (0,00025 ± 0,00005) s-1 (*) lub
Zakres 3: (0,002 ± 0,0004) s-1
Zakres 4: (0,0067 ± 0,00133) s-1 (*)
Zakresy tolerancji dla podanych prędkości odkształcenia odpowiadają ±20% wartości numerycznych. Prędkości V1 i V3 są wykorzystywane w przedstawionym teście, a prędkość V2 nie, ze względu na fakt, że wyznaczenie dolnej granicy plastyczności nie jest wymagane. Wykorzystano dwa zakresy prędkości odkształcenia (1 i 2) dla V1 oraz zalecany zakres prędkości (t.j. zakres 4) dla V3. Punkt zmiany prędkości testu został ustawiony na 1% odkształcenia.
Rys. 1 Kontrola prędkością odkształcenia
Rys. 2 Kontrola prędkością odkształcenia w omawianym teście
Tabela 1 Prędkość testu (kontrola prędkością odkształcenia)
| Metoda testowa | V1 Prędkość odkształcenia1 | V3 Przewidywana prędkość odkształcenia2 |
|---|---|---|
| 1 | 0,00007 s-1 | 0,0067 s-1 |
| 2 | 0,00025 s-1 | (40 %/min) |
1 „Prędkość odkształcenia” jest definiowana jako „przyrost odkształcenia w jednostce czasu”, gdzie odkształcenie jest mierzone przez pomiar przemieszczenia bazy pomiarowej próbki za pomocą ekstensometru.
2 „Przewidywana prędkość odkształcenia” jest definiowana jako „przyrost odkształcenia w jednostce czasu”, gdy przemieszczenie trawersy maszyny wytrzymałościowej jest traktowane jako przyrost odkształcenia części równoległej próbki.
Próbki oraz zastosowane instrumenty badawcze
Tabela 2 oraz rys. 3 pokazują zastosowane akcesoria oraz warunki testu. Tabela 3 oraz rys. 4 opisują próbkę i przedstawiają jej schemat. Do testów wykorzystano próbki nr 5 wg normy JIS Z 2241.
Tabela 2 Zastosowane instrumenty badawcze i akcesoria
| Maszyna wytrzymałościowa | AGX-100 kNV |
|---|---|
| Nominał czujnika siły | 100 kN |
| Uchwyty | Pneumatyczne uchwyty klinowe o stałej wysokości zamykania |
| Ekstensometr | Automatyczny ekstensometr SIE-560SA |
| Oprogramowanie | TRAPEZIUM™X-V (moduł Single) |
Rys. 3 Próbka i akcesoria do testu rozciągania
Tabela 3 Próbki
| Materiał | SPCC |
| Geometria | Próbka nr 5 wg JIS Z 2241 |
Rys. 4 Rysunek próbki (Próbka nr 5 wg JIS Z 2241)
Wyniki
Tabela 4 przedstawia wyniki testu, a rys. 5 pokazuje krzywe naprężenie-odkształcenie. Zbliżone wartości zostały uzyskane dla pomiarów wykonanych dla metody testowej 1 i 2.
Rys. 6 pokazuje relację prędkości odkształcenia i krzywych naprężenie-odkształcenie. Zakres tolerancji dla kontroli prędkością odkształcenia został określony w normie ISO 6892 jako ±20%. Na rysunku 6 obszar tolerancji ±20% (odpowiadający wymaganiom normy) jest zaznaczony na żółto, obszar tolerancji ±10% został pokazany dodatkowo i zaznaczony kolorem czerwonym. Możliwe było przeprowadzenie testów, które z nawiązką zapewniają wymaganą precyzję kontroli prędkości odkształcenia (tolerancja ±20%). Ponadto rezultaty pomiarów w zakresie prędkości odkształcenia znajdowały się w zakresie ±10% ustawionej wartości przy niemal wszystkich prędkościach odkształcenia, co wskazuje, że możliwa jest bardziej dokładna kontrola prędkością odkształcenia.
Tabela 4 Wyniki testów
| Metoda 1 | Metoda 2 | ||
|---|---|---|---|
| Maksymalna siła w teście | (N) | 8633,3 | 8600,3 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | (MPa) | 349,8 | 348,6 |
| Moduł sprężystości | (GPa) | 189,3 | 185,9 |
| Umowna granica plastyczności (R0,2) | (MPa) | 243,5 | 246,4 |
Rys. 5 Krzywa naprężenie-wydłużenie
Rys. 6 Prędkości odkształcenia oraz krzywe naprężenie-wydłużenie.
a) metoda testowa 1 – 0,000 07 (1/s)
b) metoda testowa 2 – 0,000 25 (1/s)
Wnioski
Kontrola prędkością odkształcenia z zachowaniem tolerancji ±20%, wskazanej w normie ISO 6892, jest możliwa jeśli wykorzystywana jest maszyna wytrzymałościowa wyposażona w automatyczny ekstensometr SIE-560SA. Pozwala to wykonywać testy, które z nawiązką spełniają wymagania normatywne.
Funkcja pozwalająca wyświetlać na wykresie wartość prędkości odkształcenia, jak pokazano na rys. 6, została dodana do oprogramowania TRAPEZIUM X-V, umożliwiając potwierdzenie bezpośrednio po pomiarze, że testy zostały wykonane zgodnie z wymogami normy.
Dodatkowo wykorzystując automatyczny ekstensometr SIE-560SA możliwy jest pomiar wydłużenia w pełnym zakresie od rozpoczęcia testu do zerwania próbki. Ponieważ naprężenie zrywające może być mierzone bez kłopotliwego odłączania ekstensometru od próbki, to ekstensometr SIE-560SA jest szczególnie przydatny do prób rozciągania materiałów metalicznych.
AGX i TRAPEZIUM są znakami towarowymi Shimadzu Corporation w Japonii i/lub innych krajach.
Tylko do celów badawczych. Nie do stosowania w procedurze diagnostycznej.
Treść niniejszej publikacji nie może być powielana, zmieniana ani sprzedawana w żadnym celu handlowym bez pisemnej zgody Shimadzu. Shimadzu zrzeka się wszelkich praw własności do znaków towarowych i nazw handlowych użytych w niniejszej publikacji, innych niż własne.
