ISO/TS 6892-5 Badanie wytrzymałości metalu na rozciąganie na próbkach miniaturowych
Próba rozciągania mini, znana również jako zminiaturyzowane próba rozciągania lub badanie rozciągania z wykorzystaniem zminiaturyzowanych próbek staje się coraz ważniejsza w badaniu materiałów. Metoda ta oferuje decydujące zalety, zwłaszcza przy charakteryzowaniu materiałów o wysokiej i bardzo wysokiej wytrzymałości, w przypadku ograniczonej dostępności materiałów, ich ekstrakcji z komponentów lub w pracach badawczo-rozwojowych .
Wraz z publikacją ISO/TS 6892-5:2025 (TS=Technical Specification) po raz pierwszy opracowano normę międzynarodową, która określa szczegółowe wymagania i procedury dotyczące badania wytrzymałości na rozciąganie metali na próbkach miniaturowych, uznając tym samym rosnące znaczenie tego wariantu badania w różnych gałęziach przemysłu. Norma ASTM E8/E8M-24 zaktualizowana w maju 2024 r., również uwzględnia ten trend i w szczególności w Annex A1 odnosi się konkretnie do badania próbek miniaturowych.
Obszary zastosowań Wyzwania Porównywalność wyników ze standardowymi próbkami Rodzaje prób & Wymiary
Dowiedz się więcej o naszej ofercie badania rozciągania na zminiaturyzowanych próbkach:
Maszyny badawcze Uchwyty mocujące Ekstensometry & DIC Wysoka temperatura Automatyzacja Proszę o poradę Projekty klientów
Czym jest mini próba rozciągania i gdzie się ją stosuje?
Mini próba rozciągania to próba rozciągania wykonywana na próbkach o znacznie zmniejszonych wymiarach . Zazwyczaj są to próbki płaskie lub okrągłe o mniejszych przekrojach poprzecznych i krótszych długościach pomiarowych. Metoda ta umożliwia określenie właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i wydłużenie przy zniszczeniu przy minimalnym zużyciu materiału.
Podczas gdy standardowe płaskie próbki do rozciągania zgodne z normami ASTM E8 i ISO 6892-1 zapewniają długości pomiarowe (L0) od 50,0 mm do 200,0 mm, dopuszczalne długości pomiarowe miniaturowych płaskich próbek do rozciągania zgodne z normą ISO 6892-5 są mniejsze niż 20 mm, a w przypadku próbek okrągłych mniejsze niż 15 mm.
więcej o geometrii próbek miniaturowych zgodnie z normami ISO i ASTM
Zasadniczo mini-próby rozciągania można przeprowadzać na wszystkich materiałach metalowych, ale są one szczególnie wykorzystywane w następujących obszarach:
- Badania & Rozwój: Podczas opracowywania nowych materiałów często mamy do dyspozycji jedynie niewielkie ilości materiału.
- Produkcja addytywna: Produkcja próbek do konwencjonalnych prób rozciągania może być czasochłonna i kosztowna.
- Materiały o wysokiej wytrzymałości: Badanie małych próbek pozwala na zmniejszenie sił wymaganych do przeprowadzenia badania i umożliwia dokładniejsze pomiary.
- Mega Castings i inne komponenty w przemyśle motoryzacyjnym: Złożone geometrie podwozi lub odlewanych ciśnieniowo części nadwozia pozwalają jedynie na wykonanie bardzo małych próbek geometrii.
Wymagania specjalne dla próby mini-rozciągania zgodnie z normą ISO 6892-5 lub ASTM E8 Załącznik1
Pomimo niewielkich rozmiarów, zminiaturyzowane testy muszą być zaprojektowane tak, aby umożliwić wiarygodne i powtarzalne określenie parametrów mechanicznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i wydłużenie przy zniszczeniu . W szczególności należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
- Geometria próbek musi być zgodna ze specyfikacjami normy, aby zapewnić dobrą porównywalność.
- Ze względu na niewielkie wymiary, precyzyjne ustawienie próbki w stanowisku badawczym ma kluczowe znaczenie.
- Prędkość badawcza i pomiar wydłużenia musi być przeprowadzony z wysoką precyzją. Należy użyć odpowiednich przetworników czujnikowych lub optycznych systemów pomiarowych.
- Wyników nie można bezpośrednio porównywać ze standardowymi próbkami, chyba że wcześniej ustalono wiarygodną korelację .
Jak porównywalne są wyniki uzyskane przy użyciu próbek zminiaturyzowanych i próbek standardowych?
ISO/TS 6892-5:2025 na stronie 6, w rozdziale 4 „Principle“, wyraźnie wskazuje , że wyniki badań przeprowadzonych na zminiaturyzowanych próbkach nie są bezpośrednio z wynikami zgodnie z ISO 6892-1 porównywalne .
Oznacza to: Oznacza to, że nawet jeśli procedury badawcze są podobne, różnice w geometrii i skali próbki (efekt rozmiaru) prowadzą do systematycznych odchyleń – przede wszystkim przy wydłużeniu niszczącym (A, At). Wpływ wielkości ziarna i generowania ciepła podczas odkształcenia plastycznego również odgrywa rolę.
Jednakże wytrzymałość na rozciąganie (Rm) i granica plastyczności (Re) są w wielu przypadkach bardzo porównywalne przy odpowiedniej geometrii i konstrukcji.
Aby zagwarantować wiarygodne wyniki, przeprowadzamy badania porównawcze w specjalistycznym laboratorium badawczym firmy ZwickRoell, a także udzielamy wsparcia w wyborze i konfiguracji systemu badawczego do badania miniaturowych próbek rozciąganych.
Karin Hanak - Head of Applications Engineering & Testlabs w ZwickRoell
Chętnie odpowiemy na Państwa pytania!
Zapraszamy do kontaktu Dowiedz się więcej o technice aplikacyjnej ZwickRoell
Rozwiązania badawcze ZwickRoell do mini-prób rozciągania zgodnie z normą ISO/TS 6892-5
Norma ISO/TS 6892-5:2025 podobnie jak badania próbek zminiaturyzowanych stawia najwyższe wymagania w zakresie konfiguracji, mocowania próbek, pomiaru siły, ustawienia próbek (Alignment) i pomiaru wydłużenia. Właśnie w tym tkwi siła firmy ZwickRoell. Podczas badania próbek miniaturowych nie ma jednego rozwiązania badawczego spełniającego indywidualne wymagania. Dzięki naszym ekspertom w dziedzinie doradztwa inżynieryjnego możemy zagwarantować, że spośród naszych różnych rozwiązań badawczych skonfigurujemy dla Ciebie odpowiedni system badawczy, co pozwoli na uzyskanie porównywalnych, wiarygodnych wyników.
Jeśli potrzebujesz indywidualnej porady, skontaktuj się z nami już teraz! do formularza kontaktowego
Poniższe rozwiązania badawcze są przykładowe:
Maszyny badawcze Uchwyty mocujące & Alignment Ekstensometry Badania Wysoka temperatura Zautomatyzowane rozwiązania badawcze
Uniwersalne maszyny wytrzymałościowe o szerokim zakresie sił
Podczas gdy konwencjonalne badania próbek metalowych wymagają dużych sił badawczych, maksymalna siła badawcza dla próbek zminiaturyzowanych często mieści się w dolnym zakresie. Nasza uniwersalna maszyna wytrzymałościowa zwickiLine do 5 kN jest w tym przypadku zazwyczaj wystarczająca. Uniwersalne maszyny wytrzymałościowe ZwickRoell – takie jak sprawdzona AllroundLine z siłami badawczymi do 250 kN – są tak precyzyjnie skalibrowane w dolnym zakresie sił, że nawet siły <5 kN są mierzone z najwyższą precyzją. Pozwala to na badanie próbek miniaturowych w istniejących systemach badawczych – z pełną zgodnością z ISO 7500-1 ewent. ASTM E4 (Klasa 1 lub wyższa).
Elastyczne rozwiązania uchwytów mocujących – indywidualne i dopasowane
Zgodnie z ISO/TS 6892-5 najmniejszy kształt próbki ma długość pomiarową wynoszącą zaledwie 5 mm. Firma ZwickRoell oferuje idealne rozwiązanie dla indywidualnych miniaturowych próbek, wybierając spośród szerokiej gamy standardowych uchwytów mocujących : mocowane mechanicznie, pneumatycznie lub hydraulicznie – dostosowanych do materiału, rozmiaru próbki, długości wiosełka i pozostałej długości mocowania. Nasi eksperci udzielą Państwu szczegółowych porad i wspólnie opracują rozwiązanie w zakresie uchwytu mocującego.
Idealne osiowanie – decydujący czynnik sukcesu
Właściwe osiowe ustawienie (Alignment) próby ma kluczowe znaczenie dla ważności badania. Oprócz przyrządu do osiowania oraz precyzyjnie regulowanych ograniczników próbki, w razie potrzeby nasi specjaliści mogą sprawdzić ustawienie próbki – jest to kluczowy element naszego doradztwa inżynieryjnego.
Ekstensometr zapewniający najwyższą dokładność w małej skali
Precyzyjny pomiar wydłużenia jest niezwykle istotny, zwłaszcza w przypadku krótkich odcinków pomiarowych i niewielkich wydłużeń. Firma ZwickRoell opiera się na bezkontaktowych systemach optycznych jak videoXtens 1-32 HP/TZ który został zaprojektowany specjalnie do badań w zakresie wysokich temperatur, np. zgodnie z normą ISO 6892-2 ale idealnie nadaje się również do badania miniaturowych próbek w temperaturze pokojowej. Wysoka rozdzielczość, kompensacja bocznych ruchów próbki i automatyczne śledzenie zakresu pomiarowego zapewniają wiarygodne wyniki dotyczące wydłużenia przy zerwaniu, granicy plastyczności i modułu sprężystości. Ponadto Digital Image Correlation (DIC) umożliwia szczegółową analizę zachowania pęknięć na całej długości próbki, co jest zaletą dla prac badawczo-rozwojowych.
Alternatywą dla pomiaru wydłużenia za pomocą ekstensometrów Video jest czujnik z mackami makroXtens, który dostarczamy specjalnie do badań rozciągania na zminiaturyzowanych próbkach ze specjalnymi czujnikami o długości pomiarowej L0 od 5 mm.
Badanie wytrzymałości na rozciąganie próbek mikro w wysokiej temperaturze
ZwickRoell oferuje przekonującą gamę produktów do precyzyjnej charakterystyki próbek mini i mikro w wysokich temperaturach .
- Za pomocą laserXtens 1‑32 HP/TZ można mierzyć z najwyższą dokładnością próbki miniaturowe o długości pomiarowej wynoszącej zaledwie 1,5 mm – w temperaturze pokojowej, jak i w wysokich temperaturach do +2000 °C, w klasie dokładności 0,5 zgodnie z normą EN ISO 9513.
- Piec wysokich temperatur - szczególnie w przypadku krótkich długości i 1, 2 lub 3 stref grzewczych - są idealne do badania próbek mini i mikro, zapewniając precyzyjną kontrolę temperatury na całej długości próbki.
- Jednostka osiująca i sztywne cięgna obciążające gwarantują optymalne warunki przeprowadzania badań oraz wiarygodne i powtarzalne wyniki badań nawet w przypadku najmniejszych próbek i w ekstremalnych warunkach temperaturowych.
- Jako alternatywa dla ekstensometru laserowego oferuje videoXtens 1‑32 HP/TZ idealną opcję pomiaru w wysokich temperaturach jako bezkontaktowy system pomiarowy oparty na kamerze.
Więcej informacji o naszym oprzyrządowaniu do badań w wysokich temperaturach
Opcjonalnie: Zautomatyzowana próba mini-rozciągania
Aby uzyskać wyjątkowo wiarygodne wyniki badań próbę mini-rozciągania można przeprowadzić również automatycznie. W systemie badawczym roboTest N firmy ZwickRoell robot zajmuje się obsługą próbek i precyzyjnie zaciska miniaturowe próbki w uchwytach mocujących. Robot może całkowicie wyeliminować wpływ czynników takich jak temperatura rąk lub wilgotność rąk, ale także ukośne lub niedokładne mocowanie małych próbek w uchwytach mocujących. Urządzenie laserowe do pomiaru przekroju może być również stosowane do precyzyjnego określenia grubości i szerokości miniaturowej próbki, co dodatkowo zwiększa porównywalność wyników badań.
Zastosowanie zautomatyzowanych systemów badawczych nie tylko zwiększa wydajność, ale także znacząco poprawia bezpieczeństwo użytkownika : Sposób wprowadzania próbki przez robota skutecznie chroni personel laboratoryjny przed urazami, takimi jak przytrzaśnięcie lub zmiażdżenie palców podczas zaciskania próbki.
Aby zapewnić lepszą identyfikowalność i kontrolę wyników pomiarowych pozostałości próbek można po badaniu zapakować do worków. Oznacza to, że można je łatwo i niezawodnie przypisać do wyników pomiarowych na potrzeby ewentualnych badań kontrolnych.
Miniaturowe próbki na rozciąganie – Rodzaje & Wymiary
ISO/TS 6892-5 określa cztery różne kształty próby (Kształt A do D) dla zminiaturyzowanych próbek płaskich na rozciąganie . W przypadku próbek okrągłych określono 3 różne kształty próbek (Kształt P do R) . Formy D i P spełniają wymagania normy ISO 6892-1 w zakresie długości pomiarowej.
ASTM E8/E8M w Załączniku A1 wyraźnie określa trzy różne kształty próbek dla miniaturowych próbek płaskich. Ponadto w ASTM E8/E8M w rozdziale 6 przedstawiono dla różnych wyrobów metalowych, takich jak cienkie blachy, grube blachy i rury o dużych średnicach “subsize specimen” jak i “small-size specimen” próbki okrągłe .
Zminiaturyzowane próbki płaskie
| in mm (calach) | Długość pomiarowa L0 | Szerokość w zakresie pomiarowym b | Długość w obszarze równoległym próbki Lc | Długość łączna L | Szerokość w zakresie mocowania B |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | |||||
| Kształt A | 5 | 1,25 | 7,5 | 23 | 4 |
| Kształt B | 10 | 2 | 12 | 32 | 6 |
| Kształt C | 10 | 2,5 | 15 | 35 | 6,5 |
| Kształt D* | 20,5 | 5 | 28 | 70 | 12 |
| ASTM E8/E8M “Załącznik A1” | |||||
| Miniature Specimen 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) |
| Miniature Specimen 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) |
| Miniature Specimen 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 (01:25) | 100 (4) | 10 (0 375) |
Zminiaturyzowane próbki okrągłe
| in mm (calach) | Długość pomiarowa L0 | Średnica w zakresie pomiarowym b | Długość w obszarze równoległym próbki Lc | Długość łączna L |
|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | ||||
| Kształt P* | 15 | 3 | 18 | 32 |
| Kształt Q | 12,5 | 2,5 | 15 | 29 |
| Kształt R | 10,5 | 2 | 12 | 26 |
| ASTM E8 Small-Size-Specimen** | ||||
| Próba 3 | 24±0,1 (1±0.005) | 6±0,1 (0,25±0.005) | 30 (1.25) | |
| Próba 4 | 16±0,1 (0,64±0.005) | 4±0,1 (0,16±0.003) | 20 (0,75) | |
| Próba 5 | 10±0,1 (0,45±0.005) | 2,5±0,1 (0 113±0.002) | 16 (0625) | |
| ASTM E8M Small-Size-Specimen*** | ||||
| Próba 4 | 20±0,1 (0,8±0.005) | 4±0,1 (0,16±0.003) | 24 (1) | |
| Próba 5 | 12,5±0,1 (0 565±0.005) | 2,5±0,1 (0 113±0.002) | 20 (0,75) | |
* spełniają wymagania normy ISO 6892-1 w zakresie długości pomiarowej
** proporcjonalnej do próbki standardowej (L0 4x średnica)
*** proporcjonalnej do próbki standardowej (L0 5x średnica)
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.
Ciekawe projekty klientów z miniaturowymi próbkami
- 50 - 100 kN
- -80 do +2000°C
- CF, LCF
- CCG, CFCG
- FCGR,TMF
- SSRT, HE
- Creep
- Stress Relax
- Tensile
- Compresion
- Flexure
