ISO 6892-1およびASTM E8/E8Mに準拠した金属引張試験：違いを理解し、そこから利益を得る
鉄鋼メーカー、アルミニウムメーカー、OEM、試験機関は、品質保証の一環として、一般的に金属引張試験を実施しています。部品の強度、安全性、信頼性にとって重要な材料特性が試験されます。同時に、顧客の要求事項や市場へのアクセス状況に応じて、ISO 6892-1、ASTM E8/E8M、またはその両方の規格に従って、それぞれの試験が実施されることを保証しなければなりません。これは、両方の規格が世界的に重要であり、そのため多くの試験室で使用されているためです。
いずれの場合も目標は同じ：引張試験は、追跡可能で再現性のある、一貫性があり信頼性の高い結果を提供しなければなりません。しかし、まさにここからが課題の始まりであり、特に両方の基準に従って定期的に試験を実施している試験機関にとってはなおさらです。これには次のような疑問があります：ISO 6892-1とASTM E8/E8Mの測定結果は相互に比較可能か？比較可能であれば、どのような条件下で比較できるか？
2つの基準、1つの試験目標――しかし、必ずしも同じ結果が得られるとは限りません
両方の基準に従って試験を行う一部の試験機関は、注意深く両基準の類似点を利用しています：両規格が許容する範囲では、パラメータを同一に定義することで、再現性の高い結果とより効率的なプロセスを実現できます。
なぜなら、本質的な違いを理解している人は、日々の試験作業において真の優位性を得ることが出来ます。結果をより適切に分類でき、起こりうる逸脱をより理解しやすくなり、試験手順をより注意深くに設計できるようになります。しかし何よりも重要なのは、再現性を向上させるためにパラメータを同じ方法で定義できる箇所と、規格によって異なる手順や定義が用いられているため注意が必要な箇所を明確にすることです。
2つの規格の概要
この記事では、2つの主要な規格に基づいた室温における金属の引張試験に焦点を当てます：
- ISO 6892-1：金属材料 – 引張試験 – パート1：室温での試験方法
- ASTM E8/E8M：金属材料の引張試験に関する標準試験方法
高温または低温環境向けの標準部品は、ここでは考慮していません。
当社の専門家は、関連する ISO および ASTM 標準化委員会の代表を務めています。
ISO規格とASTM規格が存在する理由は？
ISO 6892-1とASTM E8/E8Mの違いは、これらの規格が策定された組織の違いにも関係しています。ISOはスイスに本部を置く国際機関であり、加盟国の国家標準化機関が代表として参加しています。ASTMは米国に拠点を置き、当初は米国の影響を強く受けていましたが、今日では世界中で利用されており、産業界、科学界、公共機関のメンバーが集まっています。
歴史的な経緯から、両組織は構造、業務方法、更新プロセス、優先事項において異なります。これは基準にも反映されています：どちらも金属引張試験の基準を定めているが、重点を置く点や詳細のレベルが異なります。
両規格が世界的に重要であることを考えると、調和を求める動きは当然のことだったし、今もなお当然のことです。すでに多くの類似点があります：金属引張試験の基本的な手順は、両規格とも同じである。どちらの規格も、試験片グリップなどの再現性のある試験システムと装置を使用します。また、ASTM E8Mでは、SI単位を用いたメートル法版が確立されています。平板試験片の共通形状も、この調和化の結果です。
試験プロセス自体は、両規格において同じ論理に従っています：半製品から出発して試験片を準備し、形状を測定し、引張試験を実施し、データを記録および評価します。まさにこの共通の基本構造こそが、調和に向けたさらなるステップを踏み出すための良い出発点となります。
主な相違点の概要
基本的な試験手順は似ているものの、ISO 6892-1とASTM E8/E8Mは、日常的な試験室作業において重要ないくつかの点で異なっています。これらには特に、試験片の形状、試験片の寸法測定または初期断面積の決定、試験システムの要件、結果の定義、ならびに試験速度および制御方法が含まれます。
これらの違いはすべて同じように重要というわけではありません。中には主に指定に関わるものもあれば、決定された値に直接影響を与えるものもあります。したがって、違いが存在すること自体が重要なばかりではなく、その違いが結果にどのような意味を持つのかも重要です。
試験片の形状 断面測定 試験システムの要件 試験結果 試験速度
1.試験片形状
平板試験片については、ISO 6892-1およびASTM E8/E8Mに準拠した、あらかじめ定義された形状があります。この共通の形状は標準化の一環であり、特定の条件下での試験結果の比較がより容易になります。
| パラメータ | ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M |
|---|---|---|
| 試験片のタイプ | B1 | 平板引張試験片(シートタイプ) |
| 幅 | 12.5 mm | 12.5 mm |
| ゲージ長 | 50 mm | 50 mm |
| 厚さ | 最大3mm | 0.13から5 mm |
したがって、重複範囲は板厚0.13mmから3mmまでとなります。この範囲では、一般的な板形状を用いることで、試験条件を可能な限り類似させることができます。ただし、これはすべての結果が直接再現可能であることを意味するわけではありませんが、重要な影響因子は減少します。
丸棒試験片の場合は状況が異なります。どちらの規格も丸棒試験片を定義しており、どちらの場合もゲージ長は直径との関係で定義されています。しかし、ASTM E8は直径によって区別するのに対し、ISO 6892-1は材料グループを考慮に入れています。あらかじめ定義された共通の丸棒試験片の形状はありません。同等の条件を作り出すためには、ゲージの長さと直径を意図的に調整する必要があります。
ねじ、パイプ、その他類似製品などの特殊製品については、別途のセクションや付録が必要となる場合があり、考慮する必要があります。
異なる形状の試験片を使用すると、たとえ値が断面に関連していても、結果は再現性がなくなってしまいます。したがって：再現性のある応力-ひずみ挙動を得るためには、ゲージ長と断面積が同一でなければなりません。
2.試験片寸法測定／初期断面の決定
断面測定の影響は、実際にはしばしば過小評価されています。初期断面は、計算されたすべての応力値に直接影響します。断面積の決定方法が異なると、結果も異なる可能性があります-実際の試験が適切に実施されたとしても。
ISO 6892-1では、平行な試験片の長さに沿って複数の点で測定を行い、断面積を決定します。次に、断面積の値を平均化します。厚さ測定には±2%の精度が求められます。
ASTM E8/E8Mは、ここで異なるアプローチを採用しています。測定は、平行な試験片の長さのうち最も狭い部分で行われます。さらに、厚さ測定の精度については絶対値が指定されています：シート厚が2.5mm未満の場合は2µm、2.5mmから5mmまでの場合は10µm、5mmを超える場合は20µmとしています。
| ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M | |
|---|---|---|
| 決定 | 平行な試験片の長さの複数の点で測定を行い、断面値を平均化します | 平行な試験片の長さの最も狭い部分での測定値 |
| 厚さ測定精度 | ±2パーセント | シートの厚さに応じて（2.5 mm、2.5 - 5 mm / > 5 mm）： 2 μm / 10 μm / 20 μm |
板厚測定におけるパーセンテージ要件と絶対値要件の差は、板厚によって大きく異なる場合があります。例：ISO 6892-1によれば、シート厚が3mmの場合、最大60µmの偏差が許容されるが、ASTM E8Mでは10µmしか許容されていません。監査時、顧客からの問い合わせ時、あるいは結果が許容値に近い場合などで、こうした差異が問題となる可能性があります。
3.試験システムの要件
基本的な試験構成は、ISO 6892-1およびASTM E8/E8Mに従って再現可能です：：計測・制御用電子機器、試験片グリップ、ロードセル、伸び計、およびデータ評価・保存・分析用ソフトウェアを含む、適切なロードフレームが必要です。これは、両規格に基づく試験の技術的基礎が基本的に類似しており、試験室で全く異なる2つの試験システムを使用する必要がないことを意味します。
しかし、ロードセルと伸び計は、求められる精度クラスに違いがあります。さらに、精度クラスの定義は、それぞれ異なる基準に基づいているため、異なっています：ISO 6892-1、ISO 7500-1（力測定）またはISO 9513（伸び計）、およびASTM E8、ASTM E4（力測定）およびASTM E83（伸び計）の場合。
弊社のコンサルティングでは、具体的な用途を考慮し、ISO 6892-1とASTM E8/E8Mのどちらの要件がそれぞれのケースでより厳格であるかを確認します。この考えに基づき、試験装置は、試験システムが可能な限り両方の規格を確実に網羅するように設計されています。
4.試験結果
試験結果の用語や判定方法には違いがあります。多くの値は非常に似ており、名称が異なるだけです。
ただし、最大荷重時の伸び率および破断時の伸び率については注意が必要です。これらの特性値の決定方法はそれぞれ異なります。
| ISO 6892-1 | ASTM E8 | |
|---|---|---|
| 弾性部分の勾配 | mE | - |
| 降伏点（伸び点）は塑性伸び率0.2%のときです | Rp0.2 | 降伏点（オフセット＝0.2％） |
| 上降伏点 | ReH | UYS |
| 下降伏点 | ReL | LYS |
| 降伏伸び | AL | YPE |
| 引張強さ | Rm | TS |
| 最大荷重時の塑性伸び率 | Ag | - |
| 最大力時の全伸び率 | Agt | Elu - 均一伸び |
| 破断時のひずみ | A - マニュアルとソフトウェア | 破断時のひずみ（手動測定） |
| 破断時の全伸び率 | At | 破断時のひずみ |
均一伸びまたは最大荷重時の伸び
名前はほぼ同じで、特性値も同じであるにもかかわらず、結果は直接再現できません。これは、最大荷重時の伸び（均一伸びとも呼ばれる）の測定方法が、ISO規格とASTM規格で異なるためです。
ISO 6892-1によると、最大力時の全伸び率Agtは、最大力が加わる点で決定されます。
ASTM E8では、最大荷重時の全伸びEluは異なる方法で決定されます：最大荷重より0.5%低い位置に水平線を引き、その線の中央で伸び率を読み取ります。
材料によっては、結果に大きな違いが生じる可能性があります。
その他の差異：ISO 6892-1では、最大荷重時の塑性伸び率 (Ag)も規定されており、これは全値から弾性伸びを差し引いた値です。ASTMはこの特性値を使用していません。
破断時のひずみ
破断時の全伸びは、力が減少する直前の最後の測定点で決定されます。なぜなら、その点が破断を示すからです。ISO 6892-1では、特性値は破断時の全伸び率Atと呼ばれ、ASTM E8では破断時の伸びと呼ばれています。
ISO 6892-1に基づく破断伸度Aについては、弾性伸びが差し引かれ、残りの伸びのみが出力されます。ここでASTM E8が決定的な違いを生むのは、破断後の伸びが手動で測定され、破断後に試験片の2つの半分を再構成して測定するからです。このため試験前に試験片にマーカーを塗布します。
手動測定と自動測定の結果は通常大きく異なるため、ISOとの比較のために手動計算を用いることもできます。ISO 6892-1によれば、これも可能であるが、より多くの労力と値のばらつきが大きいため、使用されることはますます少なくなっています。
破断ひずみ値を比較する際に考慮すべき点がもう1つあります：塑性変形範囲における試験速度は、2つの規格で定義が異なり、この範囲で変動する可能性があります。しかし、試験速度は結果に大きな影響を与え、そのことは次のセクションでさらに明確にします。
5.試験速度 と制御方法
両規格とも、降伏点に達するまでの試験速度を制御するための3つの異なる方法を規定しています。これらの方法は機能的には類似しているが、名称が異なり。そして、まさにこの点が、日常の実験作業において混乱を招く原因となっています。
異なる制御方法を用いて得られた結果は再現性はありません――これは重要な点です。
| ISO 6892-1:2020 | 試験方法の説明 | ASTM E8/E8M-22 | |
|---|---|---|---|
| メソッドA1 | 閉ループひずみ速度制御、例：0.00025 s-1 ±20% | Method B | 閉ループひずみ速度制御、例：0.00025 s-1 ±40% |
| メソッドA2 | 開ループひずみ速度制御、例：0.00025 s-1 ±20% | Method C | クロスヘッド速度、例：0.00025 s-1 ±20 % |
| Method B | 応力速度、例：鋼材の場合は6/60 MPa/s、アルミニウムの場合は2/20 MPa/s | Method A | 応力速度、 1.15 … 11.5 MPa/s |
| 試験速度（降伏点を超えた後）、例えば引張強度を測定する場合 | z.B. 0.0067 s-1 ±20 % (or 0.00025 s-1 or 0.002 s-1) | 試験速度（降伏点を超えた後）、例えば引張強度を測定する場合 | e.g. 0.00083 … 0.0083 s-1 |
応力速度の制御に関する仕様は様々である。ISO 6892-1では応力速度は材料の弾性率に依存するが、ASTM E8では弾性率に依存しません。
一方、降伏点に達するまでひずみ速度を制御する方法は再現性が高いです。ここでは、両方の規格で同じ試験速度が定義されています。ASTM E8では、”クローズドループ”方式の場合のみ、より高い許容誤差が認められています。
金属材料はひずみ速度に敏感です。例えば、試験速度が速くなると、降伏点が高くなり、試験結果に大きな影響を与えます。
試験値の再現性が最も高いのは、閉ループ方式を用いる場合です。これにより、降伏点を決定する際に同一のひずみ速度が保証されます。この方法は機器への要求度が高いものの、より信頼性の高い結果とばらつきの減少というメリットが得られます。
まとめ：違いを理解し、類似点を効率的に活用する
ISO 6892-1とASTM E8/E8Mは、いずれも世界的に認知され、実務において確立された規格です。違いを理解している人は、結果を正しく分類し、誤解を避け、より効率的に作業することができます。両規格は一部の分野で調和しているため、類似点を効果的に活用できます：例えば、同じ試験片形状、設定、手順、および再現性のある試験条件を用いることなどが挙げられます。
日々の試験室作業において、複雑な変更を加えることなく両方の規格に対応できる試験システムがあれば、ISO 6892-1とASTM E8/E8M間の切り替えが格段に容易になります。適切な試験装置に加えて、ソフトウェアも決定的な役割を果たす：testXpertの標準試験プログラムには、関連するすべての標準要件が既に含まれているため、標準に準拠した試験が保証されます。
機械の設定は試験ソフトウェアに保存して自動的に再現することもできます。これにより、ISO 6892-1とASTM E8/E8Mに準拠した試験を、安全かつ再現性のある方法で、最小限の手間で切り替えることが可能になります。
