ASTM A370 Metody badawcze i definicje, dotyczące mechanicznego badania stali
ASTM A370 to uznawana na całym świecie kompleksowa norma, która zasadniczo dotyczy mechanicznego badania wyrobów stalowych i jest stosowana w różnych gałęziach przemysłu, takich jak budownictwo, inżynieria mechaniczna, motoryzacja i przemysł lotniczy. Gwarantuje, że wyroby stalowe spełniają wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości, ciągliwości i bezpieczeństwa oraz stanowi niezawodną podstawę dla przemysłu, badań i zapewnienia jakości.
Norma ASTM A370 opisuje różne metody badań umożliwiające określenie wymaganych właściwości materiału zgodnie ze specyfikacją produktu, takie jak próba rozciągania, próba zginania, badanie twardości wg Brinella, Rockwella i przenośne badanie twardości jak i udarnościowa próba zginania z karbem według Charpy. Punkt ciężkości normy ASTM A370 koncentruje się przede wszystkim na badaniu rozciągania.
Poniższe treści wyjaśniają najważniejsze aspekty. Jednakże w przypadku badań znormalizowanych zgodnie z ASTM A370 obowiązkowe jest uzyskanie pełnej dokumentacji normy .
Odniesienia do norm Próba rozciągania Próba zginania Badanie twardości Udarnościowa próba zginania z karbem Załączniki FAQ Projekty klientów
Odniesienia do innych norm w normie ASTM A370
ASTM A370 określa podstawowe metody badań mechanicznych wyrobów stalowych i odsyła do innych norm badawczych z katalogu norm ASTM. Należy pamiętać, że w katalogu norm ASTM “Normy A” odnoszą się do materiałów żelaznych i stalowych („A“ dla “Ferrous Metals”). W przeciwieństwie do tego normy E jak ASTM E8 odnoszą się generalnie do metod i procedur badawczych („E“ dla “Test Methods and Practices”).
Różnice pomiędzy normą ASTM A370 a odpowiednimi normami ASTM dotyczą między innymi geometrii próby.
Oprócz stosownych norm ASTM w tabeli uwzględniono również stosowne normy ISO, które mają zastosowanie w połączeniu z normą ASTM A370.
| Metody badawcze w ASTM A370 | Odniesienie do normy ASTM | Odpowiednik w normie ISO |
|---|---|---|
| Badanie na rozciąganie w temperaturze pokojowej | ||
| Próba zginania | ASTM E290 ASTM E190 | |
Twardość Rockwell’a Twardość Brinell'a Twardość Vickers'a | ||
| Udarnościowa próba zginania z karbem Charpy |
Próba rozciągania zgodnie z ASTM A370
Próba rozciągania jest podstawową metodą określania właściwości mechanicznych stali i innych materiałów. Znormalizowaną próbkę bada się pod wzrastającym obciążeniem rozciągającym, aż do jej pęknięcia.
W badaniu na rozciąganie zgodnie z ASTM A370 zostają w szczególności określone następujące właściwości materiałowe :
- Moduł sprężystości E: Stopień odporności materiału na odkształcenie sprężyste
- Granica plastyczności Re ewent. Rp0,2: Trwałe odkształcenie materiału lub uplastycznienie.
- Wytrzymałość na rozciąganie Rm: Maksymalne naprężenie rozciągające, jakiemu można poddawać materiał. Poza tym punkt maksymalnej siły.
Najważniejszymi parametrami, które należy określić są granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu. Wartości te dostarczają informacji o zachowaniu materiału pod obciążeniem i są kluczowe przy doborze materiałów do szerokiej gamy zastosowań, na przykład w przemyśle motoryzacyjnym, inżynierii mechanicznej lub lotnictwie.
Badanie wytrzymałości na rozciąganie w temperaturze pokojowej przeprowadza się zgodnie z normami międzynarodowymi, takimi jak ASTM E8 lub także ISO 6892-1. Próbkę poddaje się naprężeniom rozciągającym w sposób quasi-statyczny, podczas gdy siła i wydłużenie są ciągle mierzone. Granica plastyczności określa punkt, w którym materiał zaczyna się odkształcać plastycznie, natomiast wytrzymałość na rozciąganie określa maksymalne obciążenie, jakie materiał może wytrzymać. Wydłużenie przy zerwaniu opisuje zdolność materiału do odkształcenia plastycznego przed pęknięciem.
Oprócz tych parametrów w temperaturze pokojowej, próbę rozciągania można przeprowadzić również w innych wariantach, na przykład w podwyższonych temperaturach, jak w normach ASTM E21 lub ISO 6892-2 w celu sprawdzenia zachowania się materiałów w określonych obszarach zastosowań. Badania te mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości wyrobów stalowych i pomagają zagwarantować przydatność materiałów do różnych zastosowań przemysłowych.
Maszyny wytrzymałościowe ZwickRoell wykorzystują elektromechaniczne systemy obciążeniowe i umożliwiają precyzyjne sterowanie prędkością badawczą.
ASTM A370 Próba rozciągania Próba i wymiary
Do badania wytrzymałości na rozciąganie norma ASTM A370 wymaga stosowania próbek płaskich lub okrągłych . Poniżej przedstawiono porównanie wymiarów próbek z ASTM E8. W poniższej tabeli podano znormalizowane wymiary próbek płaskich zgodnie z normą ASTM A370. Norma opisuje trzy różne typy próbek, które różnią się grubością blachy . Są to płaskie próbki do rozciągania ("Sheet Type") z blachy, “próbki płytowe” ("Plate Type") wykonane z grubej blachy i małoformatowe próby ("Subsize Specimen").
Można zauważyć, że w porównaniu do porównaniu do ASTM E8 jedynie małoformatowe próbki w szerokości próby w układzie metrycznym różnią się nieznacznie. Norma ASTM E8 oferuje kilka dodatkowych geometrii próbek o różnych długościach pomiarowych, które nie są wymienione w normie ASTM A370.
Ogólnie można stwierdzić, że geometria próbek ASTM A370 i ASTM E8 (M) jest bardzo podobna w przypadku próbek płaskich i okrągłych poddawanych próbie rozciągania. Istnieją jednak pewne różnice – zwłaszcza w systemie metrycznym – które należy wziąć pod uwagę przy jego stosowaniu.
Próby płaskie
| Kategoria | Grubość blachy | Rodzaj pomiaru | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| Płaska próba na rozciąganie “Sheet Type” | 1 cal (max. 25 mm) | Długość pomiarowa (G) | 2.0 cale (50 mm) | 2.0 cale (50 mm) |
| Szerokość (W) | 0.5 cale (12,5 mm) | 0.5 cale (12,5 mm) | ||
| Próbka z grubej blachy “Plate Type I” | 3⁄16 cala (min. 5 mm) | Długość pomiarowa (G) | 8.0 cale (200 mm) | 8.0 cale (200 mm) |
| Szerokość (W) | 1.5 cale (40 mm) | 1.5 cale (40 mm) | ||
| Próbka z grubej blachy “Plate Type II” | 3⁄16 cala (min. 5 mm) | Długość pomiarowa (G) | 2.0 cale (50 mm) | 2.0 cale (50 mm) |
| Szerokość (W) | 1.5 cale (40 mm) | 1.5 cale (40 mm) | ||
| Najmniejsza próbka “Subsize Specimen” | 1⁄4 cala (max. 6 mm) | Długość pomiarowa (G) | 1.0 cale (25 mm) | 1.0 cale (25 mm) |
| Szerokość (W) | 0.25 cale (6,25 mm) | 0.25 cale (6,0 mm) |
Próby okrągłe
Norma ASTM A370 określa również geometrię próbek okrągłych: W poniższej tabeli podano znormalizowane wymiary próbek okrągłych zgodnie z normą ASTM A370. Zgodnie z normą opisane są różne typy próbek, które różnią się promieniem lub średnicą próbki. Również jest różna długość równoległa ("Length of reduced section"). Dokładne różnice można znaleźć w poniższej tabeli. Przy czym w porównaniu do normy ASTM E8 wartości różnią się przede wszystkim w przeliczeniu na układ metryczny, ale także w zakresie długości pomiarowej. Szczególnie narażone są próbki standardowe 2 (Standard Specimen 2) i próbki małego formatu 1 (Small-size Specimen 1).
| Kategoria | Rodzaj pomiaru | ASTM A370 (cal) | ASTM A370 (mm) | ASTM E8 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Próbka standardowa “Standard Specimen 1” | Długość pomiarowa G | 2,0 | 50,0 | 50,0 |
| Promień przejścia R (fillet radius) | 3/8 | 10,0 | 10,0 | |
| Długość równoległa A (reduced section length) | 2.25 | 60,0 | 56,0 | |
| Próbka standardowa “Standard Specimen 2” | Długość pomiarowa G | 1,4 | 35,0 | 36,0 |
| Promień przejścia R (fillet radius) | 0,25 | 6,0 | 8,0 | |
| Długość równoległa A (reduced section length) | 1,75 | 45,0 | 45,0 | |
| Próbka małego formatu “Small-size Specimen 1” | Długość pomiarowa G | 1,0 | 25,0 | 24,0 |
| Promień przejścia R (fillet radius) | 3/16 | 5,0 | 6,0 | |
| Długość równoległa A (reduced section length) | 1.25 | 32,0 | 30,0 | |
| Próbka małego formatu “Small-size Specimen 2” | Długość pomiarowa G | 0,64 | 16,0 | 16,0 |
| Promień przejścia R (fillet radius) | 5/32 | 4,0 | 4,0 | |
| Długość równoległa A (reduced section length) | 0,75 | 20,0 | 20,0 |
Uchwyty mocujące i ekstensometr do próby na rozciąganie zgodnie z ASTM A370
Dla przeprowadzenia próby na rozciąganie zgodnie z ASTM A370 kluczowe są precyzyjny pomiar i stabilne zamocowanie próbek. Specjalnie zaprojektowane uchwyty mocujące gwarantują bezpieczne i niezawodne mocowanie próbek stali, tworząc realistyczne warunki badawcze. Dzięki temu próbka zachowuje stabilność przez cały czas trwania badania i nie wpływa na jej właściwości mechaniczne.
Ponadto nasze wysoce precyzyjne ekstensometry zapewniają dokładny pomiar wydłużenia i umożliwiają określenie ważnych parametrów, takich jak granica plastyczności, moduł sprężystości i wydłużenie przy zerwaniu. Szczególnie ekstensometry bezkontaktowe mierzą nawet najmniejsze wydłużenia z najwyższą dokładnością.
Stosując innowacyjne rozwiązania, gwarantujemy, że Twoje badania spełniają najwyższe standardy i dostarczają precyzyjnych, powtarzalnych wyników. Przyczynia się to znacząco do zapewnienia jakości i rzetelnej oceny właściwości materiałowych wyrobów stalowych.
Próba zginania zgodnie z ASTM A370
Próba zginania jest sprawdzoną metodą oceny ciągliwości stali i metali. Próbka jest zginana wokół określonej średnicy wewnętrznej pod określonym kątem. Wynik badania zależy od takich czynników, jak kąt gięcia, przekrój, skład chemiczny, wytrzymałość na rozciąganie i twardość stali.
Procedury badawcze oparte są na normach ASTM E190 i E290. Badanie przeprowadza się zazwyczaj w temperaturze pokojowej, przy czym prędkość gięcia, jeśli jest wystarczająco niska (quasi-statyczna), nie odgrywa znaczącej roli.
Inne normy, dotyczące prób zginania to ISO 7438 i ISO 8491.
Dzięki nowoczesnym maszynom wytrzymałościowym ZwickRoell i rygorystycznym kontrolom jakości dostarczamy Państwu rzetelne i zgodne z normami wyniki badań produktów stalowych.
Badanie twardości zgodnie z ASTM A370
Badanie twardości polega na pomiarze oporu materiału na penetrację przez ciało geometryczne i jest to stosunkowo prosta i szybka metoda oceny wytrzymałości materiału. Badanie twardości jest także przybliżeniem wytrzymałości na rozciąganie, gdyż istnieje korelacja pomiędzy tymi dwoma parametrami. Zależność ta jest szczególnie dobrze zbadana w przypadku stali i umożliwia oszacowanie wytrzymałości na rozciąganie, gdy nie można przeprowadzić bezpośredniego badania rozciągania. Norma ASTM A370 dotyczy konkretnie badania stali.
W zależności od konkretnych wymagań, w normie ASTM A370 stosuje się różne metody badania twardości:
- Rockwell (zgodnie z ASTM E18): Idealny do stali hartowanych, stosunkowo szybki pomiar
- Brinell (zgodnie z ASTM E10): Nadaje się do metali miękkich i średnio twardych, większych odcisków
- Przenośne twardościomierze – Elastyczne w przypadku dużych lub nieruchomych elementów obrabianych
Wyniki pomiarów można przeliczyć na inne skale twardości lub na wytrzymałość, korzystając z tabel przeliczeniowych. W dokumentacji podano zmierzoną wartość twardości i jej skalę, np. 353 HBW lub 38 HRC
Precyzyjne maszyny do badania twardości firmy ZwickRoell gwarantują niezawodne i zgodne z normami pomiary twardości różnorodnych produktów stalowych.
ASTM A370 Udarnościowa próba zginania z karbem według Charpy
Charpy Udarnościowa próba zginania z karbem (także zgodnie z ASTM E23) jest dynamiczną metodą badawczą do określenia ciągliwości materiału poddanego obciążeniu udarowemu. Próbka z karbem jest poddawana obciążeniu udarowemu w młocie do badania udarności obciążeniu udarowemu. Wyznaczone wartości badawcze obejmują:
- Energia pochłonięta próbki – miara odporności materiału na nagłe obciążenia i klasyfikacji na kruchy i ciągliwy
- Procentowe zniszczenie ścinające – do oceny rodzaju zniszczenia (kruche lub ciągliwe)
- Rozszerzalność boczna po stronie karbu – ocena odkształceń materiału
Charpy udarnościowa próba zginania z karbem została opisana szczegółowo także w normie ISO 148-1 .
Udarnościowa próba zginania z karbem Izoda, opisana w normie ASTM E23 , jest w tym kontekście jedynie krótko wspomniana w normie ASTM A370, ale nie jest tam omówiona szczegółowo. Brak szczegółowego wyjaśnienia procedury badawczej, sposobu jej przeprowadzania ani konkretnych wymagań, które muszą być spełnione.
Załącznik 1: Wyroby stalowe okrągłe ("Steel Bar Products")
Kontrola jakości prętów i walców odbywa się poprzez specjalne procedury badawcze, wykraczające poza ogólne specyfikacje. Próby rozciągania nie są wymagane w przypadku prętów stalowych o średnicy mniejszej niż 13 mm, ale mogą zostać przeprowadzone, jeśli zajdzie taka potrzeba. Badania gięcia przeprowadza się w różny sposób, zależnie od procesu produkcyjnego (walcowanie na gorąco lub formowanie na zimno). Badanie twardości może wymagać usunięcia warstwy materiału w celu zapewnienia dokładnych wyników. Badania te zapewniają, że pręty stalowe spełniają wysokie wymagania mechaniczne i że ich jakość jest wiarygodnie sprawdzana.
Załącznik 2: Wyroby rurowe ze stali ("Steel Tubular Products")
Badanie rur stalowych obejmuje różnorodne kształty rur, w tym okrągłe, kwadratowe, prostokątne i profile specjalne. Próbę rozciągania wykonuje się na całych odcinkach rur, próbkach w postaci pasów ciętych wzdłużnie oraz próbkach pierścieniowych wyciętych ze ścianek rur (Próba rozciągania pierścieniowego) . Próbki poddaje się obciążeniu osiowemu lub promieniowemu w celu określenia właściwości mechanicznych, takich jak Wytrzymałość na rozciąganie, Granica plastyczności i Wydłużenie przy zerwaniu .
Badania twardości przeprowadza się na wewnętrznej lub zewnętrznej stronie rur, a także na przekroju poprzecznym. W przypadku rur o cienkich ściankach stosuje się mniejszą siłę badawczą, aby uniknąć odkształceń. Aby określić ciągliwość, przeprowadza się dodatkowe badania, w tym próbę ściskania próbki pierścieniowej (Crush-Test), próbę spłaszczania, próbę odwrotnego spłaszczania, próbę ściskania, próbę rozszerzania, próbę roztłaczania i próbę składania pierścieniowego, które symulują różne scenariusze obciążeń. Ponadto, w celu określenia granicy plastyczności Poissona, stosuje się hydrauliczny test ekspansji pierścienia, co pozwala upewnić się, że rury spełniają wymagane wymagania mechaniczne.
Załącznik 3: Elementy połączeniowe ze stali ("Steel Fasteners")
Badania rozciągania przeprowadza się w celu sprawdzenia elementów złącznych, takich jak wkręty, śruby i nakrętki , podczas których sprawdza się minimalne obciążenie zrywające i obciążenie próbne. Jeżeli zachodzi konieczność użycia wkrętów w procedurze badawczej, można je skrócić do standardowej długości. Badania twardości śrub i nakrętek przeprowadza się metodą Brinella lub Rockwella, w zależności od rozmiaru i specyfikacji. W przypadku dużych nakrętek przeprowadza się badanie twardości przekroju poprzecznego, aby mieć pewność, że elementy złączne działają niezawodnie nawet przy ekstremalnych obciążeniach i spełniają określone normy.
Załącznik 4: Produkty z drutu ze stali ("Steel Round Wire Products")
Badanie wyrobów z drutu obejmuje próby rozciągania z użyciem uchwytów klinowych lub opasujących w celu prawidłowego ustawienia próbki. Średnica drutu w punktach pęknięcia wynosi 0,025 mm. Wydłużenie określa się poprzez pomiar odległości między punktami pęknięcia. W przypadku wyrobów drucianych o średnicy 2,5 mm i większej przeprowadza się dodatkowo badanie twardości. Badania ciągliwości, takie jak badania nawijania i badania spiralne, pomagają wykryć wady materiału i upewnić się, że przewody niezawodnie spełniają swoją funkcję nawet pod obciążeniem.
Załącznik 5: Udarnościowa próba zginania z karbem
Udarnościowa próba zginania z karbem Charpy i Izod służą do badania zachowania się metali pod wpływem obciążenia udarowego, za pomocą których ocenia się kruchość i ciągliwość pod wpływem obciążenia udarowego. Testy te dostarczają wartości ilościowych umożliwiających porównanie różnych materiałów i procesów produkcyjnych. Test pokazuje, w jakiej temperaturze materiał przechodzi ze stanu ciągliwego w kruchy, co pomaga w wyborze materiałów do specjalistycznych zastosowań. Zwłaszcza w przypadku stali o wysokiej wytrzymałości należy zwrócić uwagę na prawidłowe warunki badania, gdyż mogą one znacząco wpłynąć na wynik. Mimo swoich ograniczeń badania te stanowią ważne narzędzie do doboru materiałów i kontroli jakości.
O AUTORZE:
Dr. Harald Schmid
Global Industry Manager Metal | ZwickRoell GmbH & Co. KG
Jako Global Industry Manager odpowiada za strategię branżową w sektorze metalowym, koncentrując się na monitorowaniu rynku, dalszym rozwoju rozwiązań badawczych i wsparciu sprzedaży na rynku międzynarodowym.
Wnosi on bogate doświadczenie w pracach normalizacyjnych i aktywnie uczestniczy w pracach różnych komitetów, w tym międzynarodowego komitetu ISO „ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals“ oraz krajowych grup roboczych DIN, takich jak NA 062-01-42 AA Badania rozciągania i ciągliwości metali i NA 062-01-47 AA Badania wytrzymałości na udarność metali i Badania mechaniczno-technologiczne rur metalowych.
Jego kariera akademicka rozpoczęła się od uzyskania dyplomu z inżynierii mechanicznej (B.Sc. & M.Sc.) w Instytucie Technologii w Karlsruhe (KIT). Po zakończeniu pracy na międzynarodowych stanowiskach w dziedzinie inżynierii mechanicznej, prowadził badania na Uniwersytecie Fryderyka Aleksandra w Erlangen-Norymberdze jako asystent badawczy, ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki materiałów i formowania blach. Poświęcił doktorat zagadnieniom głębokiego tłoczenia przy użyciu przeciągaczy.
Często zadawane pytania dotyczące ASTM A370
Norma ASTM A370 opisuje znormalizowane metody badań mechanicznych wyrobów stalowych, obejmujące próby rozciągania, zginania, twardości i udarności, mające na celu określenie ich właściwości mechanicznych. Gwarantuje, że wyroby stalowe spełniają wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości, sztywności i bezpieczeństwa oraz stanowi niezawodną podstawę dla przemysłu, badań i zapewnienia jakości.
Norma ASTM A370 obejmuje różne metody badań mechanicznych wyrobów stalowych, obejmujące próby rozciągania, zginania, twardości i udarności w celu określenia ich właściwości mechanicznych. Norma ASTM E8 koncentruje się wyłącznie na badaniu wytrzymałości na rozciąganie materiałów metalowych i określa warunki badania, geometrię próbek oraz metody oceny służące do określania wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności.