Fundusze Europejskie
Rzeczpospolita Polska
PARP
Unia Europejska

Rozciąganie metali. Kontrola testu stałą prędkością odkształcania zgodnie z normą ISO 6892-1:2019

02.09.2020

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.

 

a

Rys. 1 Kontrola prędkością odkształcenia

 

 

b

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)

 

a

Rys. 3 Próbka i akcesoria do testu rozciągania

 

Tabela 3 Próbki

Materiał SPCC
Geometria Próbka nr 5 wg JIS Z 2241

 

a

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

 

a

Rys. 5 Krzywa naprężenie-wydłużenie

 

a

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.