ISO/TS 6892-5: Zkouška tahem kovových miniaturizovaných vzorků
Zkouška tahem miniaturizovaných vzorků neboli minivzorků získává v oblasti testování materiálů stále větší význam. Tato metoda přináší zásadní výhody zejména při charakterizaci vysoce pevných až ultrapevných materiálů, které mají omezenou dostupnost, například pokud se vzorky odebírají z komponentů nebo se zkoušky provádí v oblasti výzkumu a vývoje.
Vydáním normy ISO/TS 6892-5:2025 (TS = Technical Specification) byl poprvé vytvořen mezinárodní standard, který stanovuje specifické požadavky a postupy pro zkoušky tahem miniaturizovaných kovových vzorků. To oficiálně potvrzuje rostoucí význam této zkušební metody v různých průmyslových odvětvích. ASTM E8/E8M-24Na tento trend reaguje také aktualizace normy v květnu 2024, jejíž příloha A1 se zaměřuje na tahové zkoušky miniaturizovaných vzorků.
Aplikace Výzvy Reprodukovatelnost výsledků zkoušek standardizovaných vzorků Typy vzorků a rozměry
Více informací o našem portfoliu pro zkoušky tahem miniaturních vzorků:
Zkušební stroje Upínací čelisti Průtahoměry & DIC Zkoušky za vysokých teplot Automatizace Požádat o konzultaci Zakázkové projekty
Co se rozumí pod pojmem zkouška tahem miniaturizovaných vzorků a kdy se používá?
Zkouška tahem miniaturizovaných vzorků je tahová zkouška prováděná na vzorcích s výrazně zmenšenými rozměry. Typicky se jedná o ploché nebo válcové vzorky s menšími průřezy a kratší měřenou délkou. Tato metoda umožňuje stanovit mechanické vlastnosti, jako jsou pevnost v tahu, mez kluzu a deformace při přetržení, přičemž nároky na spotřebu materiálu jsou minimální.
Zatímco standardizované ploché tahové vzorky podle norem ASTM E8 a ISO 6892‑1 mají měřené délky (L0) v rozmezí 50 až 200 mm, jsou měřené délky miniaturizovaných plochých vzorků podle ISO 6892‑5 menší než 20 mm a u válcových vzorků menší než 15 mm.
Více informací o geometriích minivzorků podle norem ISO a ASTM
V zásadě lze zkoušky tahem miniaturizovaných vzorků provádět na všech kovových materiálech, avšak nejčastěji se používají v následujících oblastech:
- Výzkum & vývoj: Při vývoji nových materiálů je často k dispozici pouze malé množství materiálu.
- Aditivní výroba: Výroba vzorků pro konvenční zkoušky tahem může být časově i finančně náročná.
- Zkoušení vysoce pevných materiálů: Zkoušení malých vzorků umožňuje použití menších zkušebních sil a přesnější měření.
- Megaodlitky a další komponenty v automobilovém průmyslu: Složité geometrie tlakově litých dílů podvozku nebo karoserie dovolují odebírat pouze velmi malé vzorky.
Speciální požadavky na zkoušky tahem miniaturizovaných vzorků podle ISO 6892-5 nebo ASTM E8 příloha 1
I přes své zmenšené rozměry musí být miniaturizované vzorky navrženy tak, aby umožňovaly spolehlivě a reprodukovatelně stanovit mechanické vlastnosti, jako jsou pevnost v tahu, mez kluzu a deformace při přetržení. Přitom je zapotřebí dbát zejména na následující body:
- Geometrie vzorků musí odpovídat požadavkům normy, aby bylo možné zajistit dobrou srovnatelnost výsledků.
- Zásadní vliv má vzhledem k malým rozměrům vzorku jeho přesné vyrovnání ve zkušebním stroji.
- Nastavení zkušební rychlosti a měření prodloužení je nutné provádět s vysokou přesností. Doporučuje se použít vhodné průtahoměry nebo optické měřicí systémy.
- Výsledky zkoušek miniaturizovaných vzorků nejsou přímo srovnatelné se standardními vzorky, pokud nebyla předem stanovena spolehlivá korelace.
Jak je možné porovnávat výsledky zkoušek miniaturizovaných vzorků a standardních vzorků?
Norma ISO/TS 6892‑5:2025, strana 6, oddíl 4 „Principle“, výslovně uvádí, že výsledky zkoušek miniaturizovaných vzorků není možné přímo porovnávat s výsledky podle normy ISO 6892‑1.
To znamená: I když jsou zkušební postupy obdobné, rozdíly v geometrii vzorků a měřítku (velikostní efekty) vedou k systematickým odchylkám – zejména u deformace při přetržení (A, At). Významný je také vliv velikosti zrn a uvolňování tepla při plastické deformaci.
Naopak pevnost v tahu (Rm) a mez kluzu (Re) jsou při vhodné geometrii vzorků a správném provedení často velmi dobře srovnatelné.
Ve zkušební laboratoři ZwickRoell provádíme reprodukovatelné zkoušky pro spolehlivé výsledky. Zároveň vám poskytneme podporu při výběru a konfiguraci systému pro zkoušení tahem vašich miniaturizovaných vzorků.
Karin Hanak – vedoucí oddělení aplikačního inženýrství & zkušební laboratoře ZwickRoell
Neváhejte a ozvěte se našim specialistům.
Ozvěte se nám Více informací o aplikační technologii ZwickRoell
Řešení ZwickRoell pro zkoušky miniaturizovaných vzorků podle ISO/TS 6892-5
Norma ISO/TS 6892‑5:2025 a obecně zkoušení miniaturizovaných vzorků klade velmi vysoké nároky na zkušební zařízení, upnutí vzorku, měření síly, přesné vyrovnání vzorku i měření deformace. Právě tato oblast je silnou stránkou společnosti ZwickRoell. Pro testování miniaturizovaných vzorků neexistuje univerzální řešení, které by vyhovovalo všem požadavkům zákazníků. Naši experti z oblasti aplikační technologie zajistí, že pro vaše konkrétní požadavky vybereme odpovídající řešení a zkušební systém pro vás nakonfigurujeme. Získáte tak reprodukovatelné a spolehlivé výsledky zkoušek.
Pro individuální konzultaci nás prosím kontaktujte. Kontaktní formulář
Následující řešení uvádíme jako příklady:
Zkušební stroj Upínací čelisti a vyrovnávací přípravek Průtahoměr Vysokoteplotní zkoušky Řešení pro automatizované zkoušky
Univerzální zkušební stroj s velkým rozsahem zatížení
Tradiční zkoušky kovových vzorků si žádají vysoké zkušební síly, zatímco u miniaturizovaných vzorků se maximální síla často pohybuje v nižším rozsahu. Pro tyto účely jsou obvykle dostačující naše univerzální zkušební stroje zwickiLine do 5 kN. Univerzální zkušební stroje ZwickRoell, například osvědčená řada AllroundLine s maximálním zatížením až do 250 kN, jsou v dolním rozsahu sil kalibrovány tak přesně, že i menší zatížení než 5 kN je zaznamenáváno s maximální přesností. To umožňuje zkoušet miniaturizované vzorky ve stávajících zkušebních systémech v plném souladu s normami ISO 7500‑1 nebo ASTM E4 (třída 1 nebo vyšší).
Flexibilní řešení pro upnutí vzorků – přizpůsobitelné na míru
Podle normy ISO/TS 6892‑5 může mít vzorek nejmenší měřenou délku pouze 5 mm. Společnost ZwickRoell nabízí rozmanitou řadu standardních upínacích čelistí vhodných pro vaše individuální miniaturizované vzorky: mechanické, pneumatické nebo hydraulické upnutí – výběr se přizpůsobuje materiálu, velikosti vzorku, velikosti hlavy i zbývající upínací délce. Naši odborníci vám poskytnou odborné poradenství a společně s vámi navrhnou ideální řešení pro vaše vzorky.
Dokonalé vyrovnání – rozhodující faktor úspěchu
Přesné axiální vyrovnání vzorku je pro platnost zkoušky naprosto zásadní. Kromě pomůcky pro vystředění a přesně nastavitelných středicích zarážek mohou naši specialisté v případě potřeby zkontrolovat vyrovnání vzorku – což je zásadní bod našeho technického poradenství.
Průtahoměr pro maximální přesnost v malém měřítku
Přesné měření deformace je při krátkých měřených délkách a malých deformacích zásadní. ZwickRoell zde spoléhá na bezkontaktní optické systémy, jako například na videoXtens 1‑32 HP/TZ, který je navržen zejména pro zkoušky za vysokých teplot (např. podle normy ISO 6892‑2), ale hodí se také pro testování miniaturizovaných vzorků při pokojové teplotě. Vysoké rozlišení, kompenzace bočních pohybů vzorku a automatické sledování měřicího rozsahu zajišťují spolehlivé výsledky při stanovení deformace při přetržení, meze kluzu a modulu pružnosti. Digitální korelace obrazu (DIC) navíc umožňuje detailní analýzu chování při lomu po celé délce vzorku, což je výhodou zejména pro oblast výzkumu a vývoje.
Jako alternativa k měření deformace videoprůtahoměrem lze využít snímač makroXtens, který je speciálně dodáván pro zkoušky tahem miniaturizovaných vzorků s měřenou délkou L0 od 5 mm.
Zkouška tahem miniaturizovaných vzorků za vysokých teplot
ZwickRoell má bohatou nabídku produktů pro spolehlivou charakterizaci miniaturizovaných a mikroskopických vzorků při vysokých teplotách.
- laserXtens 1‑32 HP/TZ umožňuje měřit miniaturní vzorky již od délky 1,5 mm – při pokojové teplotě i při vysokých teplotách až do +2 000 °C ve třídě přesnosti 0,5 podle EN ISO 9513.
- Vysokoteplotní pece, zejména pece s krátkou délkou a 1, 2 nebo 3 topnými zónami, jsou ideálním řešením pro testování těchto vzorků, přičemž zajišťují přesnou regulaci teploty podél vzorku.
- Vyrovnávací jednotka a tuhé zatěžovací adaptéry zaručují optimální testovací podmínky a spolehlivé reprodukovatelné výsledky zkoušek i u nejmenších vzorků při extrémních teplotách.
- Jako alternativa k laserovému průtahoměru poskytuje videoXtens 1‑32 HP/TZ bezkontaktní kamerový měřicí systém, který je ideálním řešením pro zkoušky za vysokých teplot.
Více informací o doplňcích a příslušenství pro zkoušky za vysokých teplot
Volitelně: Automatizovaná zkouška tahem miniaturizovaných vzorků
Pro maximálně spolehlivé výsledky lze tahové zkoušky miniaturizovaných vzorků provádět také automatizovaně. Robot ve zkušebním systému roboTest N ZwickRoell zajišťuje manipulaci se vzorky a jejich přesné upnutí v čelistech. Tím se zcela eliminují vlivy lidského faktoru, jako je teplota či vlhkost rukou, ale také nepřesné či šikmé upnutí malých vzorků. Zařízení pro měření rozměrů navíc umožňuje přesně určit tloušťku a šířku miniaturního vzorku, což dále zvyšuje srovnatelnost výsledků zkoušek.
Použití automatizovaných testovacích systémů zvyšuje nejen efektivitu, ale také výrazným způsobem i bezpečnost obsluhy: Vkládání vzorků zajišťované robotem chrání personál laboratoře před rizikem zranění, ke kterému může dojít například při sevření nebo zmáčknutí prstů při upínání vzorku.
Pro lepší sledovatelnost a kontrolu výsledků lze zbytky vzorků po zkoušce bezpečně uložit do sáčků. To umožňuje snadné přiřazení k výsledkům a případné použití pro následné zkoušky.
Typy a rozměry miniaturizovaných vzorků pro zkoušky tahem
Norma ISO/TS 6892‑5 definuje čtyři různé tvary plochých miniaturizovaných vzorků (tvary A až D). Pro válcové vzorky jsou předepsány tři různé tvary (tvary P až R). Tvary D a P odpovídají požadavkům normy ISO 6892‑1 z hlediska měřené délky.
Norma ASTM E8/E8M příloha A1 výslovně uvádí tři tvary plochých miniaturizovaných vzorků. Kromě toho jsou v kapitole 6 této normy specifikovány další typy válcových vzorků („subsize specimen“ a „small-size specimen“) pro různé kovové výrobky. Mezi ty patří například tenké a silné plechy nebo trubky s velkým průměrem.
Miniaturní ploché vzorky
| v mm (palcích) | Měřená délka L 0 | Šířka v měřené oblasti b | Délka v paralelní části zkušebního vzorku L c | Celková délka L | Šířka v upínací oblasti B |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | |||||
| Typ A | 5 | 1,25 | 7,5 | 23 | 4 |
| Typ B | 10 | 2 | 12 | 32 | 6 |
| Typ C | 10 | 2,5 | 15 | 35 | 6,5 |
| Typ D* | 20,5 | 5 | 28 | 70 | 12 |
| ASTM E8/E8M příloha A1 | |||||
| Miniaturní vzorek 3 (6) | 2+0,1 (0,1+0,01) | 1±0,02 (0,04+0,001) | 2,6±0,1 (0,13±0,01) | 8 (0,3) | 4 (0,2) |
| Miniaturní vzorek 2 (5) | 4+0,2 (0,16+0,01) | 1±0,02 (0,04+0,001) | 4,5±0,2 (0,17±0,01) | 15 (0,6) | 3 (0,1) |
| Miniaturní vzorek 1 (4) | 8,5+0,5 (0,34+0,02) | 1,5±0,02 (0,06+0,001) | 10±0,2 (0,39±0,01) | 25 (1) | 4 (0,2) |
| ASTM E8 „Subsize specimen“ | 25 (1,0) | 6 (0,25) | 32 (1,25) | 100 (4) | 10 (0,375) |
Miniaturizované válcové vzorky
| v mm (palcích) | Měřená délka L 0 | Průměr v měřené oblasti b | Délka v paralelní části zkušebního vzorku Lc | Celková délka L |
|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | ||||
| Typ P* | 15 | 3 | 18 | 32 |
| Typ Q | 12,5 | 2,5 | 15 | 29 |
| Typ R | 10,5 | 2 | 12 | 26 |
| ASTM E8: Malé vzorky** | ||||
| Vzorek 3 | 24±0,1 (1±0,005) | 6±0,1 (0,25±0,005) | 30 (1,25) | |
| Vzorek 4 | 16±0,1 (0,64±0,005) | 4±0,1 (0,16±0,003) | 20 (0,75) | |
| Vzorek 5 | 10±0,1 (0,45±0,005) | 2,5±0,1 (0,113±0,002) | 16 (0625) | |
| ASTM E8M: Malé vzorky*** | ||||
| Vzorek 4 | 20±0,1 (0,8±0,005) | 4±0,1 (0,16±0,003) | 24 (1) | |
| Vzorek 5 | 12,5±0,1 (0,565±0,005) | 2,5±0,1 (0,113±0,002) | 20 (0,75) | |
* splňují požadavky ISO 6892‑1 týkající se měřené délky
** úměrné standardizovaným vzorkům (L0 4x průměr)
*** úměrné standardizovaným vzorkům (L0 5x průměr)
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.
Zajímavé zakázkové projekty pro zkoušení miniaturizovaných vzorků
- 30 mm
- Okolní teplota
- Vysoká teplota až do 1 400 °C
- Zkoušky tahem, tlakem, ohybem
- Cyklické zkoušky
