ASTM A370: Technická norma a definování mechanického zkoušení oceli
ASTM A370 je mezinárodně uznávaná a komplexní norma, která se zabývá mechanickým testováním ocelových výrobků. Nachází uplatnění v různých odvětvích, například ve stavebnictví, strojírenství, automobilovém a leteckém průmyslu. Má zajistit, že ocelové výrobky budou splňovat vysoké požadavky na pevnost, houževnatost i bezpečnost a poskytuje spolehlivý základ pro průmysl, výzkum či kontrolu kvality.
Pro stanovení požadovaných vlastností materiálu podle specifikací výrobku popisuje ASTM A370 různé zkušební metody, včetně zkoušky tahem, zkoušky ohybem, zkoušky tvrdosti podle Brinella, Rockwella a na přenosných přístrojích, stejně jako zkoušky rázem podle Charpyho. Norma se zaměřuje především na zkoušku tahem.
Následující obsah vysvětluje klíčové aspekty normy. Pro zkoušení v souladu s ASTM A370 je však nezbytné zakoupit kompletní text normy.
Referenční standardy Zkouška tahem Zkouška ohybem Zkouška tvrdosti Zkouška rázem metodou Charpy Přílohy Často kladené otázky Zakázkové projekty
Odkazy na další normy v ASTM A370
Norma ASTM A370 specifikuje základní postupy pro mechanické zkoušky ocelových výrobků a zároveň odkazuje na další zkušební normy z katalogu ASTM. Je důležité zdůraznit, že tzv. normy řady A, jako je ASTM A370, se vztahují na železné a ocelové materiály („A“ jako Ferrous Metals). Naproti tomu normy řady E, například ASTM E8, se obecně týkají zkušebních metod a postupů („E“ jako Test Methods and Practices).
Rozdíly mezi normou ASTM A370 a odpovídajícími specifickými normami ASTM spočívají mimo jiné v geometrii vzorků.
V přehledové tabulce jsou kromě příslušných norem ASTM uvedeny také související normy ISO, které spolu s ASTM A370 hrají důležitou roli.
| Zkušební metody v normě ASTM A370 | Odkaz na normu ASTM | Odpovídající norma ISO |
|---|---|---|
| Zkouška tahem při pokojové teplotě | ||
| Zkouška ohybem | ASTM E290 ASTM E190 | |
Tvrdost podle Rockwella Tvrdost podle Brinella Tvrdost podle Vickerse | ||
| Zkouška rázem v ohybu metodou Charpy |
Zkouška tahem podle ASTM A370
Zkouška tahem je základní metoda pro stanovení mechanických vlastností oceli i dalších materiálů. Při zkoušce podle této metody se standardizovaný vzorek zatěžuje rostoucí tahovou silou až do porušení.
Podle normy ASTM A370 se při tahové zkoušce určují zejména tyto materiálové vlastnosti:
- Modul pružnosti E: Míra odolnosti materiálu vůči elastické deformaci.
- Mez kluzu Re a Rp0,2: Hodnota, při které materiál začne podléhat trvalé (plastické) deformaci.
- Mez pevnosti v tahu Rm: Maximální tahové napětí, kterým může být materiál zatěžován. Odpovídá bodu nejvyšší síly.
Klíčovými výsledky zkoušky jsou mez kluzu, pevnost v tahu a prodloužení při přetržení. Tyto hodnoty poskytují důležité informace o chování materiálu při zatížení. Hrají zásadní roli při výběru vhodných materiálů v mnoha oblastech použití – od automobilového průmyslu přes strojírenství až po letectví a kosmonautiku.
Zkouška tahem při pokojové teplotě se provádí podle mezinárodních norem, například ASTM E8 nebo ISO 6892-1. Vzorek je zatěžován kvazistatickým tahem, přičemž se průběžně měří síla a prodloužení. Mez kluzu vyjadřuje okamžik, kdy se materiál začíná plasticky deformovat, pevnost v tahu představuje maximální zatížení, kterému materiál odolá. Prodloužení při přetržení popisuje schopnost materiálu plasticky se deformovat těsně před porušením.
Vedle zkoušek při pokojové teplotě lze tahové zkoušky provádět i v jiných podmínkách, například při zvýšených teplotách podle norem ASTM E21 nebo ISO 6892-2, a to s cílem ověřit chování materiálů v konkrétním prostředí. Tyto zkoušky jsou klíčové pro zajištění kvality ocelových výrobků a potvrzení vhodnosti materiálů pro širokou škálu průmyslových aplikací.
Zkušební stroje ZwickRoell využívají elektromechanické zatěžovací systémy a umožňují přesné řízení zkušební rychlosti.
Vzorky a jejich rozměry pro zkoušku tahem podle ASTM A370
Norma ASTM A370 předepisuje pro zkoušku tahem použití plochých nebo válcových vzorků. Níže uvádíme srovnání rozměrů vzorků s normou ASTM E8. Následující tabulka uvádí standardizované rozměry plochých zkušebních vzorků podle ASTM A370. Norma rozlišuje tři typy vzorků, které se liší tloušťkou plechu. Ploché vzorky pro zkoušku tahem („Sheet Type“), deskové vzorky („Plate Type“) zejména z tlustého plechu a vzorky malého formátu („Subsize Specimen“).
Ve srovnání s normou ASTM E8 se liší pouze vzorky malého formátu, a to jen s mírnými rozdíly v šířce při přepočtu do metrického systému. ASTM E8 navíc obsahuje několik dalších geometrických variant vzorků s různou délkou měření, které norma ASTM A370 neuvádí.
Celkově lze říci, že geometrie vzorků pro zkoušku tahem je podle norem ASTM A370 a ASTM E8 (M) velmi podobná jak u plochých, tak i válcových vzorků. Rozdíly však existují – zejména v metrickém systému, a je třeba při použití zohlednit.
Ploché vzorky
| Kategorie | Tloušťka plechu | Způsob měření | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| Plochý vzorek pro zkoušku tahem „sheet type“ | 1″ (max. 25 mm) | Měřená délka (G) | 2,0″ (50 mm) | 2,0″ (50 mm) |
| Šířka | 0,5″ (12,5 mm) | 0,5″ (12,5 mm) | ||
| Tlustostěnná deska „Plate type I“ | 3⁄16″ (min. 5 mm) | Měřená délka (G) | 8,0″ (200 mm) | 8,0″ (200 mm) |
| Šířka | 1,5″ (40 mm) | 1,5″ (40 mm) | ||
| Tlustostěnná deska „Plate type II“ | 3⁄16″ (min. 5 mm) | Měřená délka (G) | 2,0″ (50 mm) | 2,0″ (50 mm) |
| Šířka | 1,5″ (40 mm) | 1,5″ (40 mm) | ||
| Nejmenší vzorek „Subsize specimen“ | 1⁄4″ (max. 6 mm) | Měřená délka (G) | 1,0″ (25 mm) | 1,0″ (25 mm) |
| Šířka | 0,25″ (6,25 mm) | 0,25″ (6,0 mm) |
Válcové vzorky
Norma ASTM A370 definuje také geometrii válcových vzorků: Následující tabulka uvádí standardizované rozměry válcových zkušebních vzorků podle ASTM A370. Norma popisuje různé typy vzorků, které se liší poloměrem a průměrem. Vzorky se také mohou lišit paralelní délkou (délkou zúžené části). Přesné rozdíly jsou uvedeny v tabulce níže. Při srovnání se zkouškou podle ASTM E8 se hodnoty liší především převodem do metrické soustavy, ale také v oblasti měřené délky. To se týká zejména vzorků typu „Standard Specimen 2“ a „Small-size Specimen 1“.
| Kategorie | Způsob měření | ASTM A370 (″) | ASTM A370 (mm) | ASTM E8 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Standardní vzorek „Standard Specimen 1“ | Měřená délka G | 2,0 | 50,0 | 50,0 |
| Přechodový poloměr R | 3/8 | 10,0 | 10,0 | |
| Paralelní délka A (délka zúžené části) | 2,25 | 60,0 | 56,0 | |
| Standardní vzorek „Standard Specimen 2“ | Měřená délka G | 1,4 | 35,0 | 36,0 |
| Přechodový poloměr R | 0,25 | 6,0 | 8,0 | |
| Paralelní délka A (délka zúžené části) | 1,75 | 45,0 | 45,0 | |
| „Small-size Specimen 1“ | Měřená délka G | 1,0 | 25,0 | 24,0 |
| Přechodový poloměr R | 3/16 | 5,0 | 6,0 | |
| Paralelní délka A (délka zúžené části) | 1,25 | 32,0 | 30,0 | |
| „Small-size Specimen 2“ | Měřená délka G | 0,64 | 16,0 | 16,0 |
| Přechodový poloměr R | 5/32 | 4,0 | 4,0 | |
| Paralelní délka A (délka zúžené části) | 0,75 | 20,0 | 20,0 |
Upínací čelisti a průtahoměry pro zkoušku tahem podle ASTM A370
Pro provádění tahových zkoušek podle normy ASTM A370 je klíčové přesné měření a spolehlivé upnutí vzorků. Naše speciálně vyvinuté upínací čelisti zajišťují bezpečné a spolehlivé upnutí ocelových vzorků, a vytvářejí tak realistické zkušební podmínky. Díky tomu zůstává vzorek během celé zkoušky pevně fixován, aniž by došlo k ovlivnění jeho mechanických vlastností.
Precizní průtahoměry zaručují přesné měření prodloužení a umožňují stanovit klíčové charakteristiky, jako je mez kluzu, modul pružnosti nebo deformace při porušení. Zvláště bezkontaktní průtahoměry dokážou zaznamenat i ta nejmenší prodloužení s maximální přesností.
Naše inovativní řešení zaručí, že budou vaše zkoušky splňovat nejvyšší standardy a poskytovat přesné a reprodukovatelné výsledky. To významně přispívá k zajištění kvality a spolehlivému hodnocení materiálových vlastností ocelových výrobků.
Zkouška ohybem podle ASTM A370
Zkouška ohybem je osvědčená metoda pro hodnocení tažnosti oceli a dalších kovů. Vzorek se při ní ohýbá do stanoveného úhlu kolem definovaného vnitřního průměru. Výsledek ovlivňují faktory, jako je úhel ohybu, průřez, chemické složení, pevnost v tahu a tvrdost materiálu.
Používané zkušební metody vycházejí z norem ASTM E190 a E290. Zkoušky se zpravidla provádějí při pokojové teplotě. Pokud je rychlost ohybu dostatečně pomalá (kvazistatická), nemá na výsledek zásadní vliv.
Další normy, které popisují zkoušky ohybem jsou ISO 7438 a ISO 8491.
Moderní zkušební stroje ZwickRoell v kombinaci s přísnými kontrolami kvality zaručují spolehlivé výsledky v plném souladu s příslušnými normami.
Zkoušení tvrdosti podle ASTM A370
Zkouška tvrdosti obecně hodnotí odolnost materiálu proti vniknutí geometrického tělesa. Představuje jednoduchou a rychlou metodu pro určení jeho pevnosti. Tvrdost lze navíc využít jako indikátor pevnosti v tahu, protože mezi oběma vlastnostmi existuje úzká korelace. Tento vztah je obzvlášť dobře zdokumentován u ocelí, kde umožňuje odhadnout pevnost v tahu v případech, kdy není možné provést přímou tahovou zkoušku. Norma ASTM A370 se zaměřuje právě na zkoušení ocelí.
V závislosti na konkrétních požadavcích jsou v normě ASTM A370 definovány různé metody měření tvrdosti.
- Rockwell (podle ASTM E18): Vhodná pro kalené oceli, měření probíhá relativně rychle
- Brinell (podle ASTM E10): Vhodné pro měkké až středně tvrdé kovy, umožňuje zachytit větší vtisky
- Přenosné tvrdoměry jsou flexibilní a vhodné pro měření na velkých nebo nepřemístitelných obrobcích
Naměřené hodnoty lze pomocí převodních tabulek převést na jiné stupnice tvrdosti nebo na pevnost. V dokumentaci se uvádí hodnota tvrdosti včetně použité stupnice, např. 353 HBW nebo 38 HRC.
Precizní tvrdoměry společnosti ZwickRoell zaručují spolehlivé měření tvrdosti různých ocelových výrobků v souladu s normami.
Zkouška rázem metodou Charpy podle ASTM A370
Zkouška rázem metodou Charpy (také podle ASTM E23) je dynamická zkušební metoda pro stanovení tažnosti materiálu při rázovém namáhání. Při této zkoušce je vrubované zkušební těleso vystaveno rázovému namáhání. Zkouška se provádí na kyvadlových rázových kladivech. Mezi naměřené hodnoty mimo jiné patří:
- Absorbovaná energie vzorku, která udává odolnost materiálu proti náhlému namáhání a umožňuje jeho zařazení mezi křehké a tažné materiály.
- Procentuální smykový lom, který je důležitý pro hodnocení typu lomu (křehký nebo tvárný).
- Boční roztažnost na straně vrubu – pro posouzení deformace materiálu.
Zkouška rázem v ohybu metodou Charpy vrubovaných těles je podrobně popsána také v normě ISO 148-1.
Zkouška rázem v ohybu podle Izoda, jak uvádí norma ASTM E23, je v normě ASTM A370 zmíněna pouze stručně. Norma ASTM A370 neposkytuje detailní popis zkušebního postupu, provedení ani specifické požadavky, které je třeba při této zkoušce dodržet.
Příloha 1: Výrobky z oceli ve tvaru tyčí („Steel Bar Products“)
Kvalitu ocelových tyčí a prutů zajišťují specifické zkušebních postupy, které přesahují rámec obecných specifikací. U ocelových tyčí o průměru menším než 13 mm se zkoušky tahem standardně neprovádějí, ale v případě potřeby jsou možné. Zkoušky ohybem se provádějí odlišně v závislosti na výrobním procesu (válcování za tepla nebo za studena). Při zkoušce tvrdosti může být nutné odstranit povrchovou vrstvu materiálu, aby bylo zajištěno přesné měření. Tyto zkoušky garantují, že ocelové tyče splňují vysoké mechanické požadavky a jejich kvalita je spolehlivě kontrolována.
Příloha 2: Trubkové výrobky z oceli („Steel Tubular Products“)
Zkoušení ocelových trubek zahrnuje celou řadu různých tvarů trubek včetně kruhových, čtvercových, obdélníkových a speciálních profilů. Zkouška tahem se provádí na celých úsecích trubek, na podélně řezaných vzorcích ve tvaru pásku a vzorcích ve tvaru prstence odřezaných z trubky (zkouška tahem prstence). Vzorky jsou pro stanovení mechanických vlastností, jako je pevnost v tahu, mez kluzu a mez pevnosti v tahu zatěžovány axiálně nebo radiálně.
Tvrdost se zkouší na vnitřní i vnější straně trubek a také na jejich průřezu. U trubek s tenkými stěnami se používá nižší zkušební síla, aby nedošlo k jejich deformaci. Pro stanovení tažnosti se provádějí další zkoušky, jako například zkoušky tahem prstence (crush test), zkoušky smáčknutím trubky, reverzní zkoušky plochým tlakem, zkoušky stlačováním, zkoušky lemováním, zkoušky roztažením a zkoušky smáčknutím trubky, které simulují různé scénáře zatížení. Dále se praktikuje také hydraulická zkouška roztažení kroužku k určení mezní pevnosti v tahu a k ověření, že trubky splňují požadované mechanické požadavky.
Příloha 3: Ocelové spojovací prvky („Steel Fasteners“)
Při zkoušení spojovacích prvků, jako jsou šrouby, vruty a matice se provádějí zkoušky tahem za účelem ověření minimální pevnosti v tahu a kontrolního zatížení. Šrouby lze podle potřeby zkrátit na standardizovanou délku, aby mohla být zkouška provedena v souladu se zkušebním postupem. Zkoušky tvrdosti šroubů a matic se provádějí metodou podle Brinella nebo Rockwella, v závislosti na jejich velikosti a specifikaci. U větších matic se provádí zkouška tvrdosti průřezu, aby byla zajištěna spolehlivost spojovacích prvků i při extrémním zatížení a soulad se stanovenými normami.
Příloha 4: Výrobky z ocelového drátu („Steel Round Wire Products“)
Zkouška výrobků z drátu zahrnuje zkoušky tahem, při nichž se pro správné vyrovnání vzorku používají klínové nebo obepínací upínací čelisti. Průměr drátu se měří v místech lomu s přesností 0,025 mm. Tažnost se stanovuje měřením vzdálenosti mezi místy lomu. U drátů o průměru od 2,5 mm se navíc provádí zkouška tvrdosti. Zkoušky tažnosti, včetně zkoušek navíjení a spirálových zkoušek, pomáhají odhalit vady materiálu a zajistit, že budou dráty spolehlivě plnit svou funkci i při zatížení.
Příloha 5: Zkouška rázem vrubovaných těles metodou Charpy
Zkoušky ohybem podle Charpyho a Izoda slouží k posouzení chování kovů při rázovém namáhání, přičemž hodnotí jejich křehkost a tažnost. Poskytují kvantitativní údaje, které umožňují srovnání různých materiálů a výrobních procesů. Zkoušky ukazují teplotu, při které materiál přechází z tvárného do křehkého stavu, a pomáhá tak při výběru materiálů pro specifické aplikace. Zejména u vysokopevnostních ocelí je třeba dbát na správné zkušební podmínky, protože právě zkušební podmínky mohou výrazně ovlivnit výsledky. Navzdory určitým omezením jsou tyto zkoušky stále důležitým nástrojem pro výběr materiálu a kontrolu kvality.
VÍCE INFORMACÍ O AUTOROVI:
Dr. Harald Schmid
Globální manažer pro oblast kovových materiálů | ZwickRoell GmbH & Co. KG
Jako globální manažer pro oblast kovových materiálů je zodpovědný za strategii v odvětví kovů se zaměřením na sledování trhu, další vývoj zkušebních řešení a podporu prodeje v mezinárodním prostředí.
Má bohaté zkušenosti v oblasti normalizace a aktivně se angažuje v různých výborech, mimo jiné v mezinárodním výboru ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals a v národních pracovních skupinách DIN, jako jsou NA 062-01-42 AA: Zkouška tahem a tažnosti kovových materiálů a NA 062-01-47 AA: Zkouška rázové houževnatosti kovů a mechanicko-technologické zkoušky kovových trubek.
Jeho akademická dráha začala studiem strojírenství (B.Sc. & M.Sc.) na Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Po mezinárodních stážích v oboru strojírenství pracoval jako vědecký pracovník na Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg se zaměřením na charakterizaci materiálů a tváření plechů. Ve své doktorském studiu se zaměřil na hluboké tažení a válečkovací zkoušky.
Často kladené dotazy k normě ASTM A370
Norma ASTM A370 popisuje standardizované zkušební metody pro mechanické zkoušky ocelových výrobků, včetně zkoušek tahem, ohybem, tvrdosti a rázem vrubovaných těles, které slouží k určení jejich mechanických vlastností. Norma má zajistit, že ocelové výrobky splňují vysoké požadavky na pevnost, houževnatost i bezpečnost a poskytuje spolehlivý základ pro průmysl, výzkum či kontrolu kvality.
Norma ASTM A370 pokrývá různé metody mechanického zkoušení ocelových výrobků, včetně zkoušek tahem, ohybem, tvrdosti a rázem za účelem stanovení jejich mechanických vlastností. Norma ASTM E8 se oproti tomu zaměřuje výhradně na zkoušku tahem kovových materiálů a specifikuje zkušební podmínky, geometrii vzorků a metody hodnocení pro stanovení pevnosti v tahu a meze kluzu.