ISO 6892-1, испытание металла на растяжение при комнатной температуре
Стандарт DIN EN ISO 6892-1 для испытаний металлов на растяжение нормирует испытание металлов или стали на растяжение при комнатной температуре и определяет механические характеристики.
Цель и области применения ISO 6892, температурный диапазон Характеристики Видео / проведение испытания Измерение усилия/продольной деформации Скорость испытания Регулирование по скорости деформации Программное обеспечение Испытательные системы
Цель и области применения стандарта ISO 6892-1
Испытание на растяжение является наиболее важным и наиболее частым механико-технологическим испытанием во всем мире, которое определяет параметры прочности и деформации металлов, имеющие решающее значение для проектирования и изготовления компонентов, предметов повседневного обихода, машин, автомобилей и конструкций.
Задача испытания состоит в том, чтобы надежно и воспроизводимо определять характеристики материала и достигать международной сопоставимости.
Одноосное испытание на растяжение представляет собой методику определения значений предела текучести или условного предела текучести, прочности при растяжении и деформации разрушения. Кроме того, определяют нижний предел текучести, деформацию при пределе текучести и деформацию при наивысшем усилии.
Испытание металлов на растяжение по ISO 6892 - различие по температурному диапазону
При испытании металла на растяжение в стандарте определены четыре температурных диапазона, в которых проводят испытания на растяжение: комнатная температура, повышенная температура, низкая температура и температура жидкого гелия. Различные температурные диапазоны и среда жидкого гелия предъявляют совершенно разные требования к испытательным системам и методике испытания, включая подготовку образцов. Поэтому международный стандарт ISO делится на четыре различные части, в зависимости от вышеуказанных температурных диапазонов:
- ISO 6892-1 метод испытания при комнатной температуре
- ISO 6892-2 метод испытания при повышенной температуре
- ISO 6892-3 метод испытания при низких температурах
- ISO 6892-4 метод испытания в среде жидкого гелия
Наряду с этими международными стандартами ISO такое же международное применение находят и национальные стандарты: американский ASTM, европейский EN, японский JIS и китайский GB/T. Для специальных областей применения (например, авиация) могут использоваться другие специфические стандарты.
DIN EN ISO 6892-1: важные характеристики
В основу испытания на растяжение металла или металлических материалов положены, главным образом, стандарты DIN EN ISO 6892-1 и ASTM E8. Оба стандарта регламентируют формы образцов и их испытание. Целью стандартов является описать и регламентировать метод испытания таким образом, чтобы даже при использовании разных испытательных систем определяемые характеристики оставались сравнимыми и корректными. Это также означает, что нормативные требования учитывают важные влияющие факторы и формулируют требования в целом, так что существует достаточный простор для технических реализаций и инноваций.
Важные характеристики при испытании металлов на растяжение по ISO 6892-1:
- предел текучести; точнее, верхний и нижний предел текучести (ReH и ReL)
- условный предел текучести; определяется по всем правилам при 0,2 % пластичной деформации как «эквивалентный предел текучести» (Rp0.2)
- деформация предела текучести; точнее, деформация предела текучести по экстензометру, т.к. ее определяют только с помощью экстензометра (Ae)
- прочность при растяжении (Rm)
- равномерная деформация (Ag)
- деформация разрушения (A), причем нормативные определения относительно расчетной длины имеют решающее значение
Прочность при растяжении при различном упрочнении материала
Для металлических материалов с ярко выраженным пределом текучести прочность при растяжении (наивысшее усилие растяжения) регламентируется как наивысшее достигнутое усилие после верхнего предела текучести . Наивысшее усилие растяжения после превышения предела текучести при материалах со слабым упрочнением может находиться ниже предела текучести, т.е. прочность при растяжении в этом случае меньше значения верхнего предела текучести.
На изображении в диаграмме напряжения/деформации представлена кривая с высоким упрочнением (1) и очень низким упрочнением (2) после предела текучести.
Для металлов с точкой текучести и последующим спадом напряжения прочность при растяжении, напротив, соответствует напряжению в точке текучести.
Предел текучести (ReH и ReL), условный предел текучести (Rp и Rt) и прочность при растяжении (Rm)
Для определения предела текучести и прочности при растяжении требуется только прецизионное силоизмерение, в то время как для получения других характеристик необходимо (автоматическое) измерение деформации с помощью экстензометра во время испытания или ручное измерение деформации после извлечения образца / остатков образца.
Деформация разрушения A или At
Деформация разрушения A или At представляет собой размер пластичности, т.е. текучести или деформируемости материала.
Современные алгоритмы, автоматически анализирующие кривую напряжения/деформации, обеспечивают надежное фиксирование точки разрушения и точное определение деформации разрушения. Положение разрушения вдоль образца (точнее, рабочей длины образца) также важно для надежного и точного определения деформации разрушения. Если место разрушения находится вне расчетной длины контактных датчиков продольной деформации, то пластичную деформацию во время сужения и разрушения образца нельзя определить корректно. Современные алгоритмы анализа оценивают положение места разрушения относительно точек измерения датчика продольной деформации и отмечают ненадежную характеристику деформации разрушения.
Положение места разрушения можно определять с помощью оптических бесконтактных датчиков продольной деформации, регистрирующих всю рабочую длину образца. Если положение места разрушения находится вне изначальной расчетной длины, то еще можно нормативно определять деформацию разрушения согласно ISO 6892-1:2017, приложение I, если во время испытания было рассмотрено и измерено соответствующее количество измерительных меток. Датчики laserXtens Array и videoXtens Array могут решать эту задачу в качестве опции. Благодаря этому, можно автоматически надежно и точно определять деформацию разрушения у 100% образцов.
Стандарт JIS Z 2241 предусматривает проведение классификации положения места разрушения. Как правило, это осуществляется вручную посредством визуальной проверки или отдельного бесконтактного измерения. Оба метода являются персональными и затратными по времени. С помощью современных оптических бесконтактных датчиков продольной и поперечной деформации эту задачу во время испытания на растяжение можно решать автоматически: указание класса (в зависимости от положения места разрушения A, B или C) в этом случае является частью полученных, заносимых в протокол результатов.
Видео: проведение испытания металла на растяжение по ISO 6892-1
Проведение испытания на растяжение по стандарту ISO 6892-1 метод A1 и A2 с помощью испытательной машины и экстензометра makroXtens
Требование к испытанию / оборудованию
При определении регламентированных в стандарте ISO 6892-1 характеристик точное силоизмерение и измерение продольной деформации образца под воздействием усилия (измерение деформации) играет решающую роль. Также решающей является скорость испытания, регламентированная в стандарте в двух различных методиках. Различают метод В (рост напряжения) и метод А (скорость деформации). Метод A - и здесь метод A1 посредством автоматического регулирования скорости деформации по сигналу экстензометра (замкнутый контур регулирования "closed loop") является самым простым и точным методом. Испытательное оборудование фирмы ZwickRoell разработано специально для этого.
Требования к силоизмерению и измерению продольной деформации
Важнейшие и однозначно описываемые требования касаются также силоизмерения и измерения продольной деформации образца при воздействии усилия.
- Для силоизмерения ряд стандартов ISO 6892 ссылается на описание испытания и калибровки силоизмерительного устройства машин для испытаний на растяжение и сжатие по ISO 7500-1 и требует, как минимум, класса 1.
- Для измерения продольной деформации ряд стандартов ISO 6892 ссылается на описание калибровки устройств измерения продольной деформации для испытаний с одноосным нагружением по ISO 9513 и требует для определения условных пределов текучести минимум класса 1; для измерения других характеристик (с деформацией более 5%) можно использовать класс 2.
В стандартах для силоизмерения и измерения продольной деформации приводится описание процессов калибровки, однако, прежде всего, результаты и определения классификаций. Последнее имеет решающее значение для применения на практике. Посредством классовой принадлежности для откалиброванной измерительной системы можно выводить максимально разрешенные погрешности и разрешения, которые следует привлекать для определения неопределенности измерения измерительной системы.
- Стандарт ASTM E8 в плане силоизмерения ссылается на стандарт ASTM E 74,
- в плане измерения продольной деформации - на ASTM E83.
- Стандарты, применяемые на международном уровне, иногда различаются по своей структуре содержания, но их определения и требования согласованы таким образом, что важные характеристики испытаний на растяжение существенно друг от друга не отличаются.
Исключением, которое необходимо учитывать, является оценка / классификация датчиков продольной деформации или экстензометров. В то время как стандарт ISO 9513 при погрешности ссылается на достигаемое заданное значение, ASTM E83 также дополнительно рассматривает отношение к начальной расчетной длине. Экстензометр, предусмотренный для малых значений начальной расчетной длины, должен соответствовать более высоким измерительно-техническим требованиям, чем экстензометр для увеличенных значений начальной расчетной длины.
Харакеристики, необходимые для использования экстензометра минимум класса 1 по ISO 9513 при испытании металла на растяжение:
- начальный наклон кривой напряжения/деформации mE
- условные пределы текучести Rp и Rt
Харакеристики, необходимые для использования экстензометра минимум класса 2 по ISO 9513 при испытании металла на растяжение:
- деформация предела текучести Ae
- равномерная деформация Ag и Agt, а также
- зона плато e вокруг прочности при растяжении Rm или максимального усилия растяжения Fm
- Деформация разрушения A и At
Влияние скорости испытания на пределы текучести (ReH и ReL) и условные пределы текучести (Rp и Rt)
Для корректного определения пределов текучести (ReH и ReL) и условных пределов текучести (Rp и Rt) решающее значение помимо точного измерения усилия и деформации имеет также скорость испытания. Стандарт различает два метода настройки скорости испытания: в методе B регулирование проводится по росту напряжения, в методе А - по скорости деформации. Метод A, при котором учитывается скорость деформации, рекомендуют по следующим причинам:
- металлические материалы меняют свои характеристики, если изменяется скорость деформации в процессе испытания.
- Как правило, при более высокой скорости деформации получают более высокие значения прочности.
- В зависимости от сплава и качества изготовления металлического материала зависимость от скорости деформации может быть очень значительной, т.е. вне границ спецификации для соответствующего качества.
| Скорости испытания в стандарте ISO 6892-1 |
| Метод A1: регулирование по скорости деформации, закрытый контур регулирования “closed loop” | Метод A2: регулирование по скорости деформации, открытый контур регулирования "open loop" | Метод B: скорость напряжения |
| Необходимо экстензометр | Необходимо экстензометр | Экстензометр не требуется |
| Предварительных испытаний/настройки не требуется (адаптивный контроллер) | Требуются предварительное испытание и настройка (определение жесткости испытательной системы и образца) | Требуются предварительное испытание и настройка (определение жесткости испытательной системы и образца) |
Регулирование по скорости деформации („closed loop“) - самый простой и точный метод
Регулирование по скорости деформации значительно улучшает надежность результатов при определении пределов текучести и условных пределов текучести. Для этого стандарт ISO 6892-1 предлагает два метода для реализации регулирования по скорости деформации:
- Метод А1, автоматическое регулирование скорости деформации с использованием сигнала экстензометра (закрытый контур регулирования, "closed loop")
- Метод А2, ручная настройка посредством ввода скорости траверсы, при которой затем будет достигаться корректная скорость деформации в процессе определения характеристики (открытый контур регулирования, "open loop")
Первый метод использует современные технические возможности регуляторов привода (преимущественно адаптивный регулятор), чтобы автоматически удерживать скорость траверсы в заданном стандартом диапазоне допуска для скорости деформации. Этот метод предполагает наличие согласованной в плане технического регулирования испытательной системы, но в то же время значительно упрощает проведение испытания и предотвращает ошибки в настройке скорости траверсы. Поэтому имеет смысл рекомендовать данный метод регулирования.
В testXpert скорость деформации можно отслеживать в любой момент. Красная линия (1) показывает полосу допуска стандарта ISO 6892-1 (20% от настроенной скорости). Зеленая пунктирная линия обозначает более узкую полосу допуска в 5%, являющуюся стандартом для испытательных систем фирмы ZwickRoell, чтобы обеспечить безопасность даже в случае непредвиденных событий.
Хорошее регулирование скорости деформации отмечено малыми входными колебаниями (2) и стабильным регулированием скорости (3). Предпосылкой этого является адаптивный регулятор.
Как проходит регулирование по скорости деформации „closed loop“ в испытательной системе?
Для точной настройки скорости деформации блок электроники testControll II регулирует скорость испытательной машины напрямую по измеренным значениям экстензометра. Параметры для регулирования испытательной машины рассчитываются автоматически и адаптивно корректируются в реальном времени. Этот процесс называется „closed loop“ с адаптивным регулированием, он проводится на испытательных машинах фирмы ZwickRoell с частотой 1кГц. Это позволяет надежно выполнять требования стандарта для поддержания скорости деформации.
Все происходит автоматически, оператор очень просто экономит много времени и получает надежные результаты с малым разбросом.
Вас интересуют автоматизированные испытания металлов?
Наши роботизированные системы осуществляют полностью автоматическое проведение испытаний образцов на растяжение, изгиб или удар с усилием до 2.500 кН.
К автоматизированным испытательным системам Связаться сейчас
ISO 6892-1 с программным обеспечением testXpert
У Вас есть металлический образец, который Вы желаете испытать по стандарту
ISO 6892-1. Прежде чем Вы самостоятельно начнете вводить важные для испытания параметры, программное обеспечение testXpert предложит Вам стандартную программу испытаний по ISO 6892-1. Эта программа содержит все параметры для соответствующего стандартам проведения испытаний. Скорость удлинения, скорость траверсы, скорость испытания, а также анализ результатов и многое другое уже предварительно настроены в testXpert. В сочетании с адаптивным регулятором оператору не нужно выполнять какие-либо дополнительные настройки, так что предписания стандарта ISO 6892-1 выполняются в полной мере.
Программная валидация TENSTAND
Стопроцентно надежные результаты испытаний с валидацией по ISO 6892-1 / TENSTAND
Результаты испытаний, определяемые в программном обеспечении по стандарту ISO 6892-1, можно проверять и валидировать с международным согласованным блоком данных и международными согласованными результатами испытаний.В европейском проекте с обозначением "TENSTAND" были сгенерированы и квалифицированы исходные данные из испытаний металлов на растяжение.Из этих данных были определены и также квалифицированы результаты испытаний и коридоры результатов.С помощью этих блоков данных и результатов "TENSTAND" можно быстро и надежно проверить испытательное программное обеспечение путем сравнения результатов."National Physical Laboratory" (NPL) в Лондоне держит эти блоки данных и результатов наготове.
- Национальная физическая лаборатория (NPL) - это британский эквивалент немецкого Федерального физико-технического института (PTB).Она регламентирует национальные стандарты, действующие в области физики / техники.
- Ее задачей является определение фундаментальных и физических постоянных, отображение, хранение и передача стандартных единиц международной системы единиц измерения (SI), а также предоставление таких услуг, как калибровка UKAS (United Kingdom Accreditation Service) для регулируемых законом областей.
Надежно воспроизводимые результаты испытаний, благодаря TENSTAND и testXpert
Проверьте результаты Ваших испытаний с помощью программной валидации TENSTAND.
- Загрузить блоки исходных данных ASCII "TENSTAND" из NPL в программное обеспечение testXpert
- Определить результаты испытаний из этих блоков исходных данных с помощью testXpert
- Сравнить собственные результаты с результатами "TENSTAND"
