ASTM A370 Методы испытаний и дефиниции для механического испытания стали
ASTM A370 - это признанный на международном уровне всеобъемлющий стандарт, который в целом регулирует механические испытания стальных изделий и применяется в различных отраслях промышленности: строительство, машиностроение, автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность. Он гарантирует, что стальная продукция соответствует высоким требованиям к прочности, пластичности и безопасности и обеспечивает надежную основу для промышленности, исследований и контроля качества.
Для определения требуемых свойств материала согласно спецификациям стандарт ASTM A370 описывает различные методы испытаний: например, испытание на растяжение, испытание на изгиб, определение твердости по Бринеллю, Роквеллу и портативное определение твердости, также испытание образцов с надрезом на ударный изгиб по Шарпи. Основное внимание в стандарте ASTM A370 уделяется испытаниям на растяжение.
Содержание, приведенное ниже, объясняет основные аспекты. Однако для проведения испытаний в соответствии с ASTM A370 необходимо приобрести стандарт полностью.
Ссылки на стандарты Испытание на растяжение Испытание на изгиб Определение твердости Испытание образца с надрезом на ударный изгиб Приложения Часто задаваемые вопросы Проекты заказчиков
Ссылки на другие стандарты в ASTM A370
ASTM A370 регламентирует основополагающие методы механических испытаний стальных изделий и содержит ссылки на другие стандарты из каталога стандартов ASTM. Следует отметить, что в каталоге стандартов ASTM “стандарты A” (например, ASTM A370) относятся к материалам из железа и стали („A“ означает “Ferrous Metals”). Напротив, стандарты E (например, ASTM E8) принципиально относятся к методикам и процедурам испытаний („E“ означает “Test Methods and Practices”).
Различия между ASTM A370 и соответствующими указанными стандартами ASTM состоят, помимо прочего, в геометрии образцов.
Помимо соответствующих стандартов ASTM, в таблице также приведены соответствующие стандарты ISO, которые актуальны в сочетании с ASTM A370.
| Метод испытания в ASTM A370 | Ссылка на стандарт ASTM | Аналог в стандарте ISO |
|---|---|---|
| Испытание на растяжение при комнатной температуре | ||
| Испытание на изгиб | ASTM E290 ASTM E190 | |
Твердость по Роквеллу Твердость по Бринеллю Твердость по Виккерсу | ||
| Испытание образцов с надрезом на ударный изгиб, Шарпи |
Испытание на растяжение по ASTM A370
Испытание на растяжение представляет собой центральную методику для определения механических свойств стали и других материалов. Стандартизированный образец испытывают при растущей растягивающей нагрузке вплоть до его разрушения.
В процессе испытания на растяжение по ASTM A370 определяют следующие характеристики материалов:
- Модуль упругости E: степень сопротивления материала упругой деформации
- Предел текучести Re / Rp0,2: длительная деформация материала или пластификация.
- Прочность при растяжении Rm: максимальное механическое напряжение растяжения, которым можно нагружать материал. Кроме того, точка максимального усилия.
Важнейшие характеристики, которые определяют при этом: предел текучести, прочность при растяжении и деформация разрушения. Эти значения дают заключение о поведении материала под нагрузкой и являются решающими для выбора материалов для самых разных областей применения: например, в автомобильной промышленности, машиностроении или аэрокосмической отрасли.
Проведение испытания на растяжение при комнатной температуре осуществляется по международным стандартам (например, ASTM E8 или ISO 6892-1). Образец подвергается квазистатическому воздействию растягивающего напряжения, при этом непрерывно измеряют усилие и деформацию. Предел текучести обозначает точку, в которой начинается пластичная деформация материала, прочность при растяжении - это максимальная нагрузка, которую выдерживает материал. Деформация разрушения описывает способность материала к пластичной деформации перед разрушением.
Помимо этих характеристик при комнатной температуре можно проводить испытание на растяжение и в других вариантах: например, при повышенной температуре (как в стандартах ASTM E21 или ISO 6892-2) для проверки поведения материалов в специфических областях применения. Эти испытания имеют решающее значение для контроля качества стальных изделий и помогают гарантировать пригодность материалов для различных промышленных применений.
Испытательные машины фирмы ZwickRoell работают с электромеханическими системами нагружения и обеспечивают точное управление скоростью испытания.
ASTM A370, испытание на растяжение, образцы и размеры
Для испытания на растяжение в стандарте ASTM A370 предписано применение плоских или круглых образцов. Ниже приведено сравнение размеров образцов с ASTM E8. В следующей таблице приведены стандартизированные размеры плоских образцов согласно стандарту ASTM A370. Стандарт описывает три различных типа образцов, различающиеся толщиной листового металла. Речь идет о плоских образцах ("Sheet Type") из листовых металлов, “образцах пластинчатого типа” ("Plate Type") из толстолистовой стали и образцах малого формата ("Subsize Specimen").
Видно, что по сравнению с ASTM E8 только образцы малого формата немного отличаются по ширине в метрической системеgeringfügig unterscheiden. При этом ASTM E8 предлагает еще и другие геометрии образцов с различной расчетной длиной, которые не указаны в стандарте ASTM A370.
В целом можно утверждать, что геометрия образцов у ASTM A370 и ASTM E8 (M) у плоских и круглых образцов для испытания на растяжение очень похожа. Однако существуют различия, особенно в метрической системе, которые следует учитывать при ее использовании.
Плоские образцы
| Категория | толщина листа | Тип измерения | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| Плоский образец “Sheet Type” | 1 дюйм (макс. 25 мм) | Расчетная длина (G) | 2.0 дюйма (50 мм) | 2.0 дюйма (50 мм) |
| Ширина (W) | 0.5 дюйма (12,5 мм) | 0.5 дюйма (12,5 мм) | ||
| Образец из толстолистовой стали “Plate Type I” | 3⁄16 дюйма (мин. 5 мм) | Расчетная длина (G) | 8.0 дюймов (200 мм) | 8.0 дюймов (200 мм) |
| Ширина (W) | 1.5 дюйма (40 мм) | 1.5 дюйма (40 мм) | ||
| Образец из толстолистовой стали “Plate Type II” | 3⁄16 дюйма (мин. 5 мм) | Расчетная длина (G) | 2.0 дюйма (50 мм) | 2.0 дюйма (50 мм) |
| Ширина (W) | 1.5 дюйма (40 мм) | 1.5 дюйма (40 мм) | ||
| Малый образец “Subsize Specimen” | 1⁄4 дюйма (макс. 6 мм) | Расчетная длина (G) | 1.0 дюйм (25 мм) | 1.0 дюйм (25 мм) |
| Ширина (W) | 0.25 дюйма (6,25 мм) | 0.25 дюйма (6,0 мм) |
Круглые образцы
Для круглых образцов в стандарте ASTM A370 также предписана своя геометрия: в следующей таблице приведены стандартизированные размеры круглых образцов согласно стандарту ASTM A370. В стандарте описаны различные типы образцов, которые отличаются радиусом или диаметром. Также различной является рабочая длина ("Length of reduced section"). Точные отличия приведены в таблице ниже. По сравнению с ASTM E8 значения различаются, в первую очередь, при переводе в метрическую систему, а также в зоне расчетной длины. Наиболее это касается стандартного образца 2 (Standard Specimen 2) и образца малого формата 1 (Small-size Specimen 1).
| Категория | Тип измерения | ASTM A370 (дюймы) | ASTM A370 (мм) | ASTM E8 (мм) |
|---|---|---|---|---|
| Стандартный образец “Standard Specimen 1” | Расчетная длина G | 2.0 | 50,0 | 50,0 |
| Радиус перехода R (fillet radius) | 3/8 | 10.0 | 10,0 | |
| Рабочая длина A (reduced section length) | 02:25:00 | 60,0 | 56.0 | |
| Стандартный образец “Standard Specimen 2” | Расчетная длина G | 1,4 | 35,0 | 36,0 |
| Радиус перехода R (fillet radius) | 0,25 | 6,0 | 8,0 | |
| Рабочая длина A (reduced section length) | 1,75 | 45.0 | 45,0 | |
| Образец малого формата “Small-size Specimen 1” | Расчетная длина G | 1.0 | 25,0 | 24,0 |
| Радиус перехода R (fillet radius) | 3/16 | 5.0 | 6,0 | |
| Рабочая длина A (reduced section length) | 01:25:00 | 32,0 | 30,0 | |
| Образец малого формата “Small-size Specimen 2” | Расчетная длина G | 0,64 | 16,0 | 16,0 |
| Радиус перехода R (fillet radius) | 5/32 | 4,0 | 4,0 | |
| Рабочая длина A (reduced section length) | 0,75 | 20,0 | 20,0 |
Захваты и экстензометры для испытаний на растяжение по ASTM A370
Для проведения испытаний на растяжение по ASTM A370 решающими являются точное измерение и стабильная фиксация образцов. Наши специально разработанные захваты обеспечивают безопасное и надежное крепление стальных образцов, создавая реалистичные условия испытаний. Благодаря этому образец в течение всего испытания остается стабильным, на его механические свойства не оказывается никакого влияния.
Дополнительно наши высокопрецизионные экстензометры обеспечивают точное измерение деформации и позволяют определять важные характеристики: например, предел текучести, модуль упругости и деформация разрушения. В частности, бесконтактные экстензометры регистрируют даже очень малые деформации с высочайшей точностью.
Благодаря инновационным решениям мы гарантируем соответствие Ваших испытаний высочайшим стандартам и получение точных воспроизводимых результатов. Это вносит значительный вклад в обеспечение качества и надежную оценку свойств материала стальных изделий.
Испытание на изгиб по ASTM A370
Испытание на изгиб является проверенным методом оценки пластичности стали и металлов. Образец изгибается по определенному внутреннему диаметру под определенным углом. Испытание зависит от таких факторов, как угол изгиба, поперечное сечение, химическая структура, прочность при растяжении и твердость стали.
Методы испытаний ориентированы на стандарты ASTM E190 и E290. Испытание обычно проводят при комнатной температуре, причем скорость изгиба, если одна достаточно мала (квазистатическая), не играет существенной роли.
Другие стандарты для испытаний на изгиб: ISO 7438 и ISO 8491.
Благодаря современным испытательным машинам фирмы ZwickRoell и строгому контролю качества мы обеспечиваем получение надежных и соответствующих стандартам результатов для Ваших стальных изделий.
Определение твердости по ASTM A370
При определении твердости обычно измеряют сопротивление материалов проникновению геометрического тела, оно служит сравнительно простым и быстрым методом оценки прочности материала. Кроме того, определение твердости является приближением прочности при растяжении, поскольку между ними существует корреляция. Особенно у стали это соотношение хорошо изучено, оно позволяет оценить прочность при растяжении, если проведение прямого испытания на растяжение не возможно. Стандарт ASTM A370 касается непосредственно испытаний стали.
В зависимости от специфических требований, в стандарте ASTM A370 регламентированы различные методы определения твердости:
- Роквелл (по ASTM E18): идеален для закаленной стали, сравнительно быстрое измерение
- Бринелль (по ASTM E10): подходит для металлов с твердостью от низкой до средней, увеличенные отпечатки
- Портативные твердомеры – универсален для больших или неподвижных заготовок
Результаты измерений с помощью соответствующих таблиц можно перевести в другие шкалы твердости или в значения прочности. При документировании измеренное значение твердости указывается вместе со шкалой: например, 353 HBW или 38 HRC
Прецизионные машины для определения твердости фирмы ZwickRoell гарантируют надежные и соответствующие стандартам измерения различных стальных изделий.
ASTM A370, испытание образца с надрезом на ударный изгиб по Шарпи
Испытание образца с надрезом на ударный изгиб по Шарпи (также по ASTM E23) представляет собой динамический метод испытания для определения пластичности материала при ударном нагружении. При этом образец с надрезом подвергается ударному нагружению в маятниковом копре. Определяемые характеристики:
- Поглощенная энергия образца – мера сопротивления материала внезапным нагрузкам и классификация на хрупкие и пластичные
- Процентное разрушение среза – для оценки типа разрушения (хрупкое или вязкое)
- Боковое удлинение на стороне надреза – оценка деформации материала
Описание испытания образца с надрезом на ударный изгиб по Шарпи также приводится в стандарте ISO 148-1.
Испытание образца с надрезом на ударный изгиб по Изод, описанное в стандарте ASTM E23, лишь кратко упоминается в ASTM A370 в данном контексте, но не рассматривается подробно. Отсутствует подробное объяснение процедуры испытания, ее реализации или конкретных требований, которые необходимо соблюдать.
Приложение 1: круглые изделия из стали ("Steel Bar Products")
Контроль качества прутков и стержней осуществляется посредством специфических методов испытаний, выходящих за рамки общих технических требований. Для стальных прутков диаметром менее 13 мм не требуются испытания на растяжение, но при необходимости их можно проводить. Испытания на изгиб проводятся по-разному, в зависимости от процесса изготовления (горячая прокатка или холодное формование). Для обеспечения точности результатов при определении твердости может потребоваться удаление слоя материала. Эти испытания гарантируют соответствие стальных прутков высоким механическим требованиям и надежно проверяют их качество.
Приложение 2: трубчатые изделия из стали ("Steel Tubular Products")
Испытание стальных труб охватывает разнообразные формы труб: круглые, квадратные, прямоугольные и специальные профили. Испытание на растяжение проводят на полных сегментах труб, продольно разрезанных образцах-полосках и кольцевых образцах, вырезанных из стенки трубы (испытание колец на растяжение). При этом образцы нагружают аксиально или радиально, чтобы определять такие механические характеристики, как прочность при растяжении, предел текучести и деформация разрушения.
Определение твердости осуществляется на внутренней или внешней стороне труб или в поперечном сечении. У труб с тонкими стенками используется меньшее усилие испытания, чтобы избежать деформаций. Для определения пластичности проводятся дополнительные испытания: например, испытание кольцевого образца на сжатие (Crush-Test), испытание на сплющивание, испытание на обратное сплющивание, испытание на осадку испытание на отбортовку, испытание на раскрытие и испытание на расплющивание, моделирующие различные сценарии нагружения. Кроме того, испытание на гидравлическое расширение кольца используется для определения предела поперечного растяжения и обеспечения соответствия труб необходимым механическим требованиям..
Приложение 3: соединительные элементы из стали ("Steel Fasteners")
Для определения характеристик соединительных элементов (болтов, винтов и гаек) проводят испытания на растяжение, в процессе которых проверяют минимальную нагрузку разрушения и подтверждающую нагрузку. При необходимости болты можно обрезать до стандартной длины, чтобы использовать их в процессе испытания. Определение твердости болтов и гаек проводится либо по методу Бринелля, либо по методу Роквелла, в зависимости от размера и спецификации. Для больших гаек проводится определение твердости поперечного сечения, чтобы убедиться, что крепеж надежно функционирует даже при экстремальных нагрузках и соответствует указанным стандартам.
Приложение 4: стальная проволока ("Steel Round Wire Products")
Для определения характеристик изделий из проволоки проводят испытания на растяжение с использованием клиновых захватов или захватов для наматывания в целях корректного выравнивания образца. Диаметр проволоки измеряют в местах разрушения до 0,025 мм. Определение деформации осуществляется посредством измерения расстояния между местами разрушения. Для проволоки с диаметром от 2,5 мм дополнительно проводят определение твердости. Испытания на пластичность (испытания на намотку и скручивание) помогают выявить дефекты материала и гарантировать, что проволока надежно выполняет свои функции даже под нагрузкой.
Приложение 5: Испытания образцов с надрезом на ударный изгиб
Испытания образцов с надрезом на ударный изгиб по Шарпи и Изод предназначены для исследования поведения металлов при ударном нагружении, оцениваются хрупкость и пластичность при ударе. Эти испытания выдают количественные значения, позволяющие сравнивать различные материалы и производственные процессы. Испытание показывает, при какой температуре материал переходит из пластичного состояния в хрупкое, что помогает выбирать материалы для специализированных применений. Особенно при работе с высокопрочными сталями необходимо уделять внимание правильным условиям испытаний, поскольку они могут существенно повлиять на результат. Несмотря на ограничения, эти испытания являются важным инструментом для выбора материалов и контроля качества.
ОБ АВТОРЕ:
Д-р Харальд Шмид
Глобальный менеджер по металлам | фирма ZwickRoell GmbH & Co. KG
В качестве глобального менеджера он отвечает за отраслевую стратегию в секторе «Металлы», уделяя особое внимание мониторингу рынка, дальнейшей разработке испытательных решений и поддержке продаж на международном уровне.
Он обладает обширным опытом в области стандартизации и принимает активное участие в работе различных комиссий, включая международный комитет ISO „ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals“, а также национальных рабочих групп DIN (например, NA 062-01-42 AA Испытания металлов на растяжение и вязкость и NA 062-01-47 AA Испытания металлов на ударную вязкость и механико-технологические испытания металлических труб.
Его академическая карьера началась с получения степени бакалавра и магистра наук в области машиностроения в Технологическом институте Карлсруэ (KIT). После работы на международных должностях в области машиностроения он занимался исследованиями в Университете Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге в качестве научного сотрудника, уделяя особое внимание определению характеристик материалов и формовке листовых металлов. Свою докторскую диссертацию он посвятил теме процессов глубокой вытяжки.
Часто задаваемые вопросы по стандарту ASTM A370
ASTM A370 регламентирует стандартизированные методы механических испытаний стальных изделий, включая испытания на растяжение, изгиб, определение твердости и испытания образцов с надрезом на ударный изгиб, для определения их механических свойств. Он гарантирует, что стальная продукция соответствует высоким требованиям к прочности, вязкости и безопасности и обеспечивает надежную основу для промышленности, исследований и контроля качества.
ASTM A370 охватывает различные методы механических испытаний стальных изделий, включая испытания на растяжение, изгиб, определение твердости и испытания образцов с надрезом на ударный изгиб, для определения их механических свойств. ASTM E8, напротив, концентрируется исключительно на испытаниях металлических материалов на растяжение и регламентирует условия испытаний, геометрию образцов и методы анализа для определения прочности при растяжении и предела текучести.