使用微型試樣進行 ISO/TS 6892-5 金屬拉伸測試
微型拉伸測試（亦稱為微型化拉伸測試或使用微型試樣的拉伸測試）在材料測試中變得愈來愈重要。 此方法具有顯著的優勢，特別是在要對高強度及超高強度材料進行表徵但可用的材料有限、從元件上取下或進行研發時。
隨著 ISO/TS 6892-5：2025（TS = 技術規範 (Technical Specification)）的發布，建立了第一個定義微型試樣金屬拉伸測試具體要求及程序的國際標準，反映出此等測試方法在各個產業中日益增長的重要性。 ASTM E8/E8M-242024 年 5 月更新的 亦考慮到此趨勢，並於附錄 A1 中專門針對微型試樣的測試進行說明。
進一步了解我們微型拉伸試樣拉伸測試的測試產品組合：
何謂微型拉伸測試？有哪些應用？
微型拉伸測試是一種在尺寸明顯縮減的試樣上進行的拉伸測試。 這些通常為扁平或圓形試樣，具有較小的橫截面及較短的標距。 此方法可在使用最少量材料的情況下，測定拉伸強度、降伏點及斷裂應變等機械性質。
雖然符合 ASTM E8 及 ISO 6892-1 之標準扁平拉伸試樣的標距（L0）為 50.0 mm 至 200.0 mm，但符合 ISO 6892-5 之微型扁平拉伸試樣的允許標距小於 20 mm，圓形試樣的允許標距小於 15 mm。
原則上，微型拉伸測試適用於所有金屬材料，但特別適合以下領域：
- 研發：開發新材料時，通常只有少量的材料可用。
- 積層製造／增材製造： 傳統拉伸測試的試樣製作耗時又昂貴。
- 高強度材料： 在小試樣上進行測試可降低所需的測試力，並實現精確測量。
- 汽車工業中的大型鑄件及其他元件： 底盤或車身壓鑄部件的幾何形狀複雜，只能取下非常小的試樣幾何形狀。
為取得可靠的結果，我們在 ZwickRoell 應用技術測試實驗室進行可再現的測試，並協助您選擇及配置用於測試微型拉伸試樣的測試系統。
Karin Hanak - ZwickRoell 應用工程及測試實驗室負責人
我們非常樂意和您一起討論您的需求。
大負載範圍的萬能試驗機
雖然傳統的金屬試樣測試需要較大的測試力，但微型試樣的最大測試力通常在較小的負載範圍內。 我們的 zwickiLine 萬能試驗機（最大載荷達 5 kN）通常已足夠應付需求。ZwickRoell 的萬能試驗機，例如廣受肯定的 AllroundLine，最大載荷可達 250 kN—在低載荷範圍內也具備極高的校準準確度，即使是低於 5 kN 的微小也能準確測量。 因此可在現有的測試系統中測試微型試樣，完全符合 ISO 7500-1 或 ASTM E4（Class 1 或更高等級）。
靈活的試樣解決方案 – 客製化且可調整
根據 ISO/TS 6892-5，最小試樣形狀的標距長度僅 5 mm。ZwickRoell 提供各種標準試樣夾具，為您的個別微型試樣提供理想的解決方案：機械、氣動或油壓夾持 – 可根據材料、試樣尺寸、肩部長度及夾具間剩餘間距進行調整。 我們的專家將為您提供詳細的建議，並與您共同制定合適的試樣夾具解決方案。
完美對中 – 成功的決定性因素
試樣的精確軸向對中對測試的有效性而言至關重要。除了配備對中測試夾具與可精確調整的定位擋塊外，我們的專家也可在需要時檢查試樣的對中情況，這是我們應用技術諮詢服務中的核心項目之一。
適用於小尺度測試的延伸計，實現最高準確度
精確的應變測量至關重要，特別是在短標距及低應變的情況下。 ZwickRoell 採用 videoXtens 1-32 HP/TZ 等非接觸式光學系統，是專為符合ISO 6892-2 等的高溫範圍測試所設計，但也非常適合常溫下的微型試樣測試。 高解析度、橫向試樣移動補償以及測量範圍的自動追蹤功能，確保可靠的斷裂應變、降伏點及彈性模數結果。 此外，數位影像相關性（DIC）技術能夠對整個試樣長度的破斷行為進行詳細分析，這對於研發而言是一項顯著的優勢。
作為使用影像式延伸計之應變測量的替代方案，makroXtens 感測臂延伸計特別適合用於微型試樣的拉伸測試，配備適用於標距 L0 為 5 mm 或以上的特殊感測器。
高溫下微型試樣拉伸測試
ZwickRoell 提供令人信服的產品組合，用於在高溫下進行小型及微型試樣的精確表徵。
- 使用 laserXtens 1-32 HP/TZ，能以最大準確度測量標距為 1.5 mm 的微型試樣，在室溫及高達 +2,000 °C 的溫度下，準確度可達到 EN ISO 9513 的 Class 0.5。
- 高溫爐，特別是長度較短且具有 1 個、2 個或 3 個加熱區的高溫爐，是測試小型及微型試樣的理想選擇，可確保沿試樣進行精確的溫度調節。
- 對中治具及剛性負載鏈可確保最佳的測試條件以及可靠且可再現的測試結果，即使是最小的試樣及在極端溫度條件下也不例外。
- 作為雷射延伸計的替代方案，videoXtens 1-32 HP/TZ 是一款採用非接觸式攝影機的測量系統，是高溫條件下的理想選擇。
進一步了解我們用於高溫測試的配件
選配：自動化微型拉伸試驗
為取得特別可靠的測試結果，亦可將微型拉伸測試自動化。 使用 ZwickRoell 的 roboTest N 測試系統，機器人會處理試樣並將微型試樣精確地夾持在試樣夾具中。 機器人可以完全消除手部溫度或手部濕度以及試樣夾具中小試樣角度或夾持不正確等操作人員影響。 雷射截面測量裝置還能準確測定微型試樣的厚度及寬度，進一步提高測試結果的再現性。
使用自動化測試系統不僅能提高效率，亦大幅提升了操作人員的安全： 由機器人插入試樣可有效地保護實驗室人員以免受傷，例如在夾持試樣時可能發生的夾傷或手指擠壓。
為實現更好的測試結果可追溯性及控制，測試結束後，可將剩餘的試樣置於袋子中保存。 此可確保能輕鬆並可靠地分配測試結果，以便進行後續調查。
微型扁平試樣
| 以毫米（英吋）為單位 | 標距長度 L0 | 量測範圍 b 內的寬度 | 試樣平行區域的長度 Lc | 總長度 L | 夾持範圍 B 內的寬度 |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | |||||
| A 型 | 5 | 1.25 | 7.5 | 23 | 4 |
| B 型 | 10 | 2 | 12 | 32 | 6 |
| C 型 | 10 | 2.5 | 15 | 35 | 6.5 |
| D 型* | 20.5 | 5 | 28 | 70 | 12 |
| ASTM E8/E8M “附錄 A1” | |||||
| 微型試樣 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) |
| 微型試樣 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) |
| 微型試樣 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 "次尺寸試樣" | 25 (1.0) | 6 (0.25) | 32 (1.25) | 100 (4) | 10 (0.375) |
微型圓形試樣
| 以毫米（英吋）為單位 | 標距長度 L0 | 量測範圍 b 內的直徑 | 試樣平行區域的長度 Lc | 總長度 L |
|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | ||||
| P 型* | 15 | 3 | 18 | 32 |
| Q 型 | 12.5 | 2.5 | 15 | 29 |
| R 型 | 10.5 | 2 | 12 | 26 |
| ASTM E8 小尺寸試樣** | ||||
| 試樣 3 | 24±0.1 (1±0.005) | 6±0.1 (0.25±0.005) | 30（1.25） | |
| 試樣 4 | 16±0.1 (0.64±0.005) | 4±0.1 (0.16±0.003) | 20（0.75） | |
| 試樣 5 | 10±0.1 (0.45±0.005) | 2.5±0.1 (0.113±0.002) | 16（0625） | |
| ASTM E8M 小尺寸試樣*** | ||||
| 試樣 4 | 20±0.1 (0.8±0.005) | 4±0.1 (0.16±0.003) | 24（1） | |
| 試樣 5 | 12.5±0.1 (0.565±0.005) | 2.5±0.1 (0.113±0.002) | 20（0.75） | |
* 標距上符合 ISO 6892-1 的要求
** 與標準試樣成比例（L0 4x 直徑）
*** 與標準試樣成比例（L0 5x 直徑）
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。
