ASTM E345& DIN 50154 金属フォイルの引張試験
国際規格 ASTM E345 および DIN 50154 では、金属フォイルおよび薄ストリップ（通常、公称厚さ 0.200 mm 未満）の引張試験の標準試験方法が規定されています。どちらの規格も、強度、延性、弾性モジュールの特性を評価する際に、再現可能で比較可能な結果を保証します。
アプリケーション 特性値の決定 テストの実行とテスト装置 自動化オプション 試験片の形状と形状 バッテリーテストラボ ダウンロード 相談の依頼
ASTM E345 と DIN 50154 は主にどこで使用されますか?
DIN 50154 はもともと、包装業界で使用されるアルミフォイル用に開発されました。包装用フィルムには一貫した品質、高い延性、機械的安定性が求められるため、この分野は今日でも重要な焦点となっています。
ただし、この規格は現在、ASTM E345 と組み合わせて、アルミや銅からチタンやリチウム金属まで、あらゆる技術的な金属フィルムなど、はるかに幅広い用途に使用されています。そのため、これらの規格に従った引張試験は、従来の用途だけでなく、電気自動車や水素の主要技術にも関連します。
- 包装業界: 食品および医薬品包装用のアルミホイル
- バッテリー研究および生産: リチウムイオン電池では、陽極側に銅フォイル（約 4.5～12 µm）、陰極側にアルミフォイル（約 8～20 µm）という極めて薄い金属フォイルが使用されています。これらは、リチウムイオン電池の活性層の集電体およびキャリア材料として機能します。引張試験により、材料が製造プロセスの負荷とバッテリーの疲労寿命に耐えられることが保証されます。コーティングされた電極も規格に適合しているかテストできます。.
バッテリーテストの詳細情報 - 水素およびグリーンエネルギー技術: 燃料電池用バイポーラプレートのチタンフォイル- 引張強度は、これらの部品の疲労寿命と安全性を決定する重要な要素です。
燃料電池試験の詳細 - 自動車の試験: 自動車のラジエーターのフィンをテストします。薄膜やストリップが機械的負荷に確実に耐える必要があります。
欧州レベルでは、将来の新しい材料や用途に試験方法をより適切に適応させるために、標準化（CEN、EN）をさらに発展させる作業が現在進行中です。ツビックローエルは、特にバッテリー材料と燃料電池試験の規格開発に積極的に参加することで、その試験ソリューションが将来もすべての要件を満たし続けることを保証します。
ASTM E345 および DIN 50154 ではどのような特性値が決定されていますか?
ASTM E345 および DIN 50154 規格は、薄い金属フォイルの主要な機械的特性値を決定するために使用されます。
- 0.2 % オフセット耐力（Rp0,2） – 弾塑性遷移限界の証明
- 引張強度（Rm）) - フィルムの最大荷重支持能力
- 破断時のひずみ（A50またはA100）) - 延性と伸び指標
- 弾性係数（ヤング率） - 材料の硬さ
これらの特性値は、材料開発、品質保証、疲労寿命評価に貴重な情報を提供します。
ASTM E345およびDIN 50154に準拠したテストおよびテスト機器の実行
薄い金属フォイルは敏感なので、検査機器に対する要求が高まります。これは、試験片の機械加工から始まり、試験片のクランプ固定、そして試験まで行われます:
- 試験機：フィルムの試験時に発生する試験力は低いため、最大 1kN の試験荷重を備えた単柱万能試験機 zwickiLine が最適です。当社のロード セルは校正精度が非常に高いため、より高いロード フレーム容量を持つ既存の試験機も、ISO 7500-1 または ASTM E4 (クラス 1 以上) の規格に完全に準拠して使用できます。
- 試験片の準備：薄い金属フォイルは、ねじれ、切り込み、へこみに対して非常に敏感です。きれいでノッチのない試験片加工のために、ツビックローエルは、特に、1回の切断で最適かつ再現性のある切断品質と試験片寸法を保証するフォイルストリップカッターの使用を推奨しています。
- 試験片の取り扱いと挿入：オペレータの影響と試料への損傷を最小限に抑え、垂直方向の位置合わせを確実にするために、簡単挿入ツールは、特に厚さ 0.1 mm 未満の試料の場合、試料を正確かつストレスなく挿入できるようにユーザーをサポートします。アライメント プレートは、ガイドを介して試料をホルダーに挿入する前に、正しい位置決めを保証します。
- 試験片のクランプと荷重の伝達：一定の閉止圧力を保証する空圧グリップやゴム製グリップインサートなどにより、敏感なフィルムを損傷したり滑らせたりすることなく、確実にクランプすることができます。さらに、当社では、あらゆるアプリケーションに合わせて機械を完璧にセットアップするための幅広いインサートと試験片グリップを提供しています。さらに、testXpert ソフトウェアによる
自動フォースゼロ制御により、クランプ時の不要なプリロードから試験片を保護します。試験片がチャック歯内で滑ったり塑性変形したりすると、破断時のひずみの測定値が不正確になります。 - ひずみ測定：引張強度 Rm と破断点ひずみ A50 または A100 に加えて、オフセット降伏点 Rp0.2 も測定する必要がある場合は、伸び計によるひずみ測定が必要です。高精度の結果と厳しい弾性係数測定が必要な場合は、非接触で動作し、試験片のマーキングを必要としないビデオ伸び計 videoXtens biax をお勧めします。非接触伸び計は、試験片へのマーキングが不要になることで時間が節約されるだけでなく、ナイフエッジによる薄い試験片への損傷や、ナイフエッジの抗力による試験結果への影響が排除されるため、クリップオン伸び計/センサーアーム伸び計に比べて明らかに有利です。
- 試験の実施: ASTM E345 および DIN 50154 規格は、金属の引張試験の ASTM E8 および ISO 6892-1 の標準化から派生し、薄膜の試験に適合したものであるため、試験の実行、試験パラメータ、特性値に関しては、大部分がこれらの規格を参照します。
- データ取得と評価：testXpert 試験ソフトウェアは、標準に従ってテスト シーケンス全体においてユーザーをガイドします。標準テスト プログラムには、ASTM E345 および DIN 50154 の関連標準仕様がすでに含まれています。さらに、videoXtens伸び計を統合することで、2D-DIC分析が可能になります：追加のハードウェアなしで、仮想ゲージ長の設定、アライメント品質のチェック、不均一性の定量化を行うことができます。
フォイルおよびバッテリーフォイル用のフォイルストリップカッター
簡単な挿入ツール
空圧グリップ
信頼性と再現性の高い試験結果を得るためのツビックローエル試験装置の利点
- 信頼性の高い試験片取り扱い: オペレータの影響を最小限に抑え、簡単な挿入ツールと自動ゼロフォース制御により試験片の垂直方向の位置合わせを最適化します。
- ゆっくりとした荷重の伝達: 一定の締め付け圧力を備えた空気圧グリップは、試験片の損傷を防ぎます
- 非接触ひずみ測定: マーキングのステップは不要なので、試験片は影響を受けません
- 高い再現性: クリーンな試験片準備と精密なクランプ技術
- 高い柔軟性: 統合2D-DIC分析を含むすべての評価を1つのソフトウェアで実行
- 不活性環境でも安全な試験片の準備と試験: リチウム金属フォイルの試験における特別な要件でも正確な試験結果が得られます。
- オプション：検査結果のスループットを高め、オペレータの影響を軽減する全自動検査システム
金属フォイル試験の自動化オプション
たとえば、金属箔の引張試験を自動化するために、ロボット試験システム roboTest N をご利用いただけます。特別に開発された試験片グリップは、非剛性試験片の特殊な要件に合わせて調整されました。これにより、金属フォイルを自動システムで安全に輸送できるようになります。
自動化されたプロセスにより、試験片は常に試験片グリップ内の同じ位置に配置されます。これにより、試験片の中心からずれた位置や角度のついた位置での試験片のクランプを排除することができ、特に薄い試験片の場合、信頼性の高い試験結果を得るために非常に重要です。
プローブを使用して鋼フォイルの厚さ測定を行うことができます。あるいは、重さを測定することによって厚さを決定することもできます。ここで、試験片の重量は、その寸法と既知の材料密度に関連して計算されます。この方法はアルミホイルに最適です。
当社の自動金属フォイル試験ソリューションにより、試験片のスループットが向上し、オペレーターの影響が最小限に抑えられます。
ASTM E345 および DIN 50154 ではどのような試験片の形状と寸法が定義されていますか?
２つの規格では、規格に従って幅広い材料をテストするために、異なる試験片の形状が指定されています。試験片の形状の選択は、材料、厚さ、および測定する特性値によって異なります。滑らかで切り込みのない切り口が絶対に必要です。
ASTM E345 (タイプ A, B, C 試験片)*:
- タイプA:ダンベル試験片:グリップエンドが広い肩部領域のグリップ間の間隔は最小 50 mm、短縮初期ゲージ長さは 50.0 mm (1.969 インチ) または 50.8 mm (2.0 インチ)、試験片の平行部の長さは最小 60 mm (2.25 インチ)、初期幅は 12.7 mm (0.5 インチ)。
- タイプ B:平行ストリップ試験片 全長が少なくとも 230 mm (9.0 インチ) 、クランプチャック歯間のグリップ間の自由距離が少なくとも 125 mm (4.92 インチ)、幅が 12.7 mm (0.5 インチ)。
- タイプ C: 平行ストリップ試験片タイプ B と異なるのは、初期幅が 15.0 mm (0.591 インチ) のみである点です。
DIN 50154（試験技術および測定する特性値に応じて、ヘッドなしのストリップ試験片タイプ1aおよび1b）**：
初期ゲージ長さ（L0）が50 mm、または好ましくは100 mmで、グリップ範囲（グリップ間の距離）の長さがそれぞれ25 mm以上のストリップ試験片。試験片の初期幅は15 mmです。
- ストリップ試験片1a)（伸び計を用いたひずみ測定：試験片の全長は最小120 mmまたは170 mmで、クランプチャック間のgrip-to-gripの自由距離（Lc）≥L0 + 20 mm
- ストリップ試験片1b)（クロスヘッド移動によるひずみ測定）：ここで Lc = L0
* 参照ASTM E345-24a Section “6.Test Specimen” p. 2-3
** 参照 DIN 50154:2019-09 Section “7 Specimen”
著者について：
Dr. Harald Schmid
金属部門グローバルインダストリーマネージャー | ZwickRoell GmbH & Co. KG
グローバルインダストリーマネージャーとして、彼は金属分野の業界戦略を担当しており、市場観察、テスト ソリューションのさらなる開発、国際環境での販売サポートに重点を置いています。
彼は標準化作業において豊富な経験を有し、国際 ISO 委員会 ISO/TC 164 金属の機械的試験、NA 062-01-42 AA 金属の引張および延性試験、NA 062-01-47 AA 金属の衝撃試験、金属パイプの機械技術試験などのさまざまな委員会に積極的に参加しています。
彼の学歴は、カールスルーエ工科大学（KIT）で機械工学の学士号（学士および修士号）を取得したことから始まりました。機械工学分野で国際的な役職を歴任した後、フリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン＝ニュルンベルク校で研究助手として勤務し、材料特性評価と板金成形を専門としました。博士号の取得にあたっては、絞りビードを用いた深絞り加工の研究に取り組みました。
