ASTM E345 及 DIN 50154 的主要應用為何？
DIN 50154 最初係針對包裝產業中使用的鋁箔所制定。時至今日，此仍為一重要的應用領域，因為包裝薄膜需要具備一致的品質、高延展性及機械穩定性。
然而，該標準現已與 ASTM E345 搭配使用，應用範圍大幅擴大，涵蓋所有技術性金屬薄膜，從鋁及銅到鈦及鋰金屬。因此使得依據這些標準進行的拉伸測試不僅適用於傳統應用，亦適合電動車及氫能等關鍵技術：
- 包裝產業：食品及製藥包裝用鋁箔
- 電池研發及生產：鋰離子電池使用極薄的金屬箔材 – 陽極側為銅箔（厚度約 4.5–12 µm），陰極側則為鋁箔（厚度約 8–20 µm），這些作為鋰離子電池中活性層的集電器及載流材料。拉伸測試確保材料能夠承受生產過程中的負荷以及電池的疲勞壽命。亦可對有塗層的電極進行測試，確保其符合標準。
更多電池測試相關資訊 - 氫能及綠能技術：燃料電池雙極板中的鈦箔 – 拉伸強度是決定這些元件的疲勞壽命及安全的關鍵要素。
更多燃料電池測試相關資訊 - 汽車測試：在汽車散熱器鰭片測試中，薄膜及條帶必須能可靠地承受機械負荷。
歐洲目前正在進行進一步的標準化工作（CEN、EN），讓測試方法更能因應未來的新材料及應用。藉由積極參與標準的制定，特別是電池材料及燃料電池測試的標準，ZwickRoell 確保其測試解決方案能持續滿足所有未來的要求。
ASTM E345 及 DIN 50154 測定了哪些特徵值？
ASTM E345 及 DIN 50154 標準用於測定薄金屬箔材的重要機械特徵值：
- 0.2 % 偏位降伏（Rp0.2） – 彈性塑性轉變保證極限
- 拉伸強度（Rm） – 薄膜的最大承重能力
- 斷裂應變（A50 或 A100） – 延展性及伸長量的衡量指標
- 彈性模數（楊氏模數） – 材料的剛性
這些特徵值為材料開發、品質保證及疲勞壽命評估提供了寶貴的資訊。
依據 ASTM E345 及 DIN 50154 進行測試及相關測試設備
薄金屬箔材非常敏感，對測試設備的要求更高，包括從試樣加工、試樣夾持到測試的整個過程：
- 試驗機：由於薄膜測試中的低測試力，最大測試荷重 1kN 的單柱型萬能試驗機zwickiLine 是理想的選擇。由於我們高準確度的荷重元校正，即便使用荷重框架能力更高的現有試驗機亦能完全符合 ISO 7500-1 或 ASTM E4（Class 1 或更佳）。
- 試樣製備：薄金屬箔材對彎折、缺口及凹痕極為敏感。為實現乾淨且無缺口的試樣加工，ZwickRoell 建議使用箔條切割器等工具，只需一次切割即可確保最佳且可再現的切割品質及試樣尺寸。
- 試樣處理及插入：為將操作人員對試樣的影響及試樣損傷降至最低，並確保垂直對位，簡易插入工具可協助使用者在不造成應力的情況下精準插入試樣，特別適用於厚度為 0.1 mm 以下的樣品。對位板確保試樣在經由導引裝置插入固定座之前的位置正確。
- 試樣夾持及作用力傳遞：使用氣動夾具及橡膠夾片插入裝置等方式可確保恆定的閉合壓力，進而實現穩固的夾持且不會導致敏感的薄膜受損及滑動。此外，我們提供各種插入裝置及試樣夾具，確保適合每種應用的完美機器設置。
透過 testXpert 軟體實現的自動作用力歸零控制功能，能在夾持過程中提供額外的保護，避免試樣意外承受預負荷。試樣在夾面中滑動或發生塑性形變會導致斷裂應變測量值不準確。 - 應變測量：除抗拉強度 Rm 及斷裂應變 A50 或 A100 外，若還需要測定偏位降伏 Rp0.2，則需要使用延伸計進行應變測量。為取得高精度的結果以及對彈性模數測量的較高要求，我們建議使用 videoXtens biax 影像延伸計，其採用非接觸式的方式，無須對試樣進行任何標記。除了無須標記試樣而可節省的時間外，相較於夾持式延伸計／感測器臂延伸計，非接觸式延伸計具有明顯的優勢，因其排除了鋒利邊緣可能對薄試樣造成的損傷，以及鋒利邊緣阻力對測試結果的影響。
- 進行測試：ASTM E345 及 DIN 50154 標準源自於標準化的 ASTM E8 及 ISO 6892-1 金屬拉伸測試，並針對薄膜測試進行了調整，因此在執行測試、測試參數及特徵值等方面，很大一部分皆參照了該等標準。
- 數據採集與評估：testXpert 測試軟體引導使用者按照標準完成整個測試程序。標準測試程式已包含與 ASTM E345 及 DIN 50154 有關的標準規範。此外，整合 videoXtens 延伸計可進行 2D-DIC 分析：無須額外硬體即可設定虛擬標距長度、檢查對位品質並量化不均勻性。
箔材與電池箔材專用條切器
方便快速插入工具
氣動夾具
ZwickRoell 試驗設備的優勢：確保可靠且可再現的測試結果
- 可靠的試樣處理：簡易插入工具及自動作用力歸零控制將操作人員的影響降至最低，並優化試樣的垂直對位
- 平穩的力傳遞：具恆定閉合壓力的氣動夾具可防止試樣受損
- 非接觸式應變測量：無需標記步驟，試樣將可不受影響
- 極高可再現性：乾淨的試樣製備及精準的夾持技術
- 最大化的靈活性：一款軟體即可完成所有評估，包括整合的 2D-DIC 分析
- 即使在惰性環境下，也能安全地進行試樣製備及測試：即使鋰金屬箔測試時有特殊的要求，仍能取得精確的測試結果。
- 選配：自動化測試系統實現更高的試樣處理量及更少的操作人員影響
ASTM E345 及 DIN 50154 中定義了哪些試樣形狀及幾何形狀？
這兩個標準規定了不同的試樣形狀，以便根據標準測試各種材料。試樣形狀的選擇取決於材料、厚度及待測定特徵值。光滑、無缺口的切割邊緣是必要條件。
ASTM E345（A、B、C 型試樣）*：
- A 型：啞鈴型試樣，具有較寬的夾持端：肩部區域的夾持間距最小為 50 mm，縮減的初始標距長度為 50.0 mm（1.969 in.）或 50.8 mm（2.0 in.），試樣平行區域的最小長度為 60 mm（2.25 in.）且初始寬度為 12.7 mm（0.5 in.）。
- B 型：平行條狀試樣，總長度至少 230 mm（9.0 in.），夾面之間的自由夾持間距至少 125 mm（4.92 in.）、寬度 12.7 mm（0.5 in.）。
- C 型：平行條狀試樣，與 B 型的差異僅在於初始寬度為 15.0 mm（0.591 in.）。
DIN 50154（根據測試技術及待測定的特徵值，無頭部的條狀試樣分為 1a 型及 1b 型）**：
條狀試樣的初始標距長度（L0）為 50 mm 或最好為 100 mm，夾持範圍內的長度（夾持間距）分別為 ≥ 25 mm。試樣的初始寬度為 15 mm。
- 條狀試樣 1a）（使用延伸計測量應變）：試樣總長度至少 120 mm 或 170 mm，夾面之間的自由夾持間距（Lc）≥L0 + 20 mm
- 條狀試樣 1b）（透過橫樑行程測量應變）：此處 Lc = L0
* 另亦參閱ASTM E345-24a “6.Test Specimen” 章節 第 2-3 頁
** 另亦參閱 DIN 50154:2019-09 “7 Specimen” 章節
關於作者：
Dr. Harald Schmid
全球金屬產業經理 | ZwickRoell GmbH & Co. KG
作為全球產業經理，他負責金屬產業的策略規劃，重點包括市場觀察、測試解決方案的持續開發，以及國際環境下的銷售支援。
他標準化工作方面擁有豐富經驗，並積極參與多個委員會，包括國際 ISO 委員會 ISO/TC 164 金屬機械測試，國家 DIN 工作小組，例如 NA 062-01-42 AA 金屬拉伸和延展性測試與 NA 062-01-47 AA 金屬衝擊測試及金屬管材機械技術測試。
他的學術生涯始於卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology，簡稱 KIT）攻讀機械工程學士與碩士學位（B.Sc. & M.Sc.）。在擔任過多個跨國機械工程相關職務後，他曾在埃爾朗根-紐倫堡大學擔任研究助理，研究重點為材料特性分析與板材成形技術。他的博士論文專注於以拉延筋方式的深拉成形工藝研究。
