ISO 6892-1 Badanie na rozciąganie metalu w temperaturze pokojowej

Próba rozciągania jest najważniejszą i najpowszechniejszą na świecie próbą mechaniczno-technologiczną, która określa parametry wytrzymałościowe i wydłużenia w zastosowaniach metali, które mają kluczowe znaczenie w projektowaniu i budowie elementów, przedmiotów codziennego użytku, maszyn, pojazdów i budynków.

Zadaniem badawczym jest bezpieczne i powtarzalne określenie właściwości materiału oraz osiągnięcie międzynarodowej porównywalności.

Próba rozciągania jednoosiowego (uniaxiale) jest metodą określania wartości charakterystycznych granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu. Dodatkowo określa się dolną granicę plastyczności, wydłużenie granicy plastyczności i wydłużenie przy maksymalnej sile.

Podczas próby rozciągania metalu normalizacja rozróżnia cztery zakresy temperatur, w których przeprowadza się próbę rozciągania: temperaturę pokojową, temperaturę podwyższoną, temperaturę niską i temperaturę ciekłego helu. Różne zakresy temperatur i środowisko ciekłego helu nakładają bardzo różne wymagania na systemy badawcze i procedury badawcze, w tym na przygotowywane próbki. Dlatego międzynarodowa norma ISO jest podzielona na cztery różne części, z których każda dotyczy wspomnianych powyżej zakresów temperatur:

• ISO 6892-1 Procedura badawcza w temperaturze pokojowej
• ISO 6892-2 Procedura badawcza w temperaturze podwyższonej
• ISO 6892-3 Procedura badawcza w temperaturze niskiej
• ISO 6892-4 Procedura badawcza w temperaturze ciekłego helu

Oprócz tych międzynarodowych norm ISO, na arenie międzynarodowej stosowane są również normy krajowe, takie jak amerykańska ASTM, europejska EN, japońska JIS i chińska GB/T. W przypadku specjalnych obszarów zastosowań, np. lotnictwa, inne specyficzne normy mogą być ważne lub konieczne.

Do określenia granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie wymagany jest jedynie precyzyjny pomiar siły, natomiast dla wszystkich pozostałych wartości charakterystycznych wymagany jest (automatyczny) pomiar wydłużenia ekstensometru w trakcie badania lub ręczny pomiar wydłużenia po usunięciu próbki/resztek próbki .

Najważniejsze i jasno dające się opisać wymagania dotyczą zatem także pomiaru siły oraz pomiaru zmiany długości próbki pod wpływem siły.

• W przypadku pomiaru siły odnosi się seria norm ISO 6892 odnosi się do ISO 7500-1 badania i kalibracji urządzenia do pomiaru siły w maszynach do badania rozciągania i ściskania i wymaga co najmniej klasy 1.
• W przypadku pomiaru zmiany wydłużenia seria norm ISO 6892 odnosi się do kalibracji urządzeń do pomiaru zmiany długości zgodnie z ISO 9513 do badania przy obciążeniu jednoosiowym i wymaga co najmniej klasy 1 do określenia granic wydłużenia ; klasa 2 może być stosowana do pomiaru innych parametrów (przy wydłużeniach większych niż 5%).

Normy dla pomiaru siły i pomiaru zmiany długości opisują procesy kalibracyjne, ale przede wszystkim także wyniki i definicje podziałów klas. To ostatnie ma kluczowe znaczenie dla zastosowania w praktyce badawczej. Przynależność do klasy pozwala na wyprowadzenie maksymalnych dopuszczalnych odchyłek i rozdzielczości wzorcowanego układu pomiarowego, które należy wykorzystać do określenia niepewności pomiaru układu pomiarowego.

• ASTM E8 odnosi się do pomiaru siły do ASTM E 74,
• do pomiaru zmiany długości do ASTM E83.
• Chociaż normy stosowane na szczeblu międzynarodowym różnią się czasami strukturą treści, ich definicje i wymagania są skoordynowane w taki sposób, aby odpowiednie wartości charakterystyczne z próby rozciągania nie różniły się znacząco od siebie.

Wyjątkiem, na który należy zwrócić uwagę, jest ocena, a co za tym idzie klasyfikacja czujników zmiany wydłużenia lub ekstensometrów. Podczas gdy ISO 9513 odnosi się do odchylenia od wartości zadanej, którą należy osiągnąć, ASTM E83 uwzględnia również związek z początkową długością pomiarową. Ekstensometr przeznaczony do małych długości początkowych musi spełniać wyższe wymagania metrologiczne niż ekstensometr przeznaczony do większych długości początkowych.

Wartości charakterystyczne, dla których w badaniu rozciągania metalu konieczne jest zastosowanie ekstensometru co najmniej klasy 1 zgodnie z ISO 9513, to:

• Początkowe nachylenie krzywej naprężenia-wydłużenie mE
• Granice wydłużenia Rp i Rt

Wartości charakterystyczne, dla których w badaniu rozciągania metalu konieczne jest zastosowanie ekstensometru co najmniej klasy 2 zgodnie z ISO 9513, to:

• Wydłużenie granicy plastyczności Ae
• Wydłużenia równomierne Ag i Agt, jak i
• Obszar plateau e wokół wytrzymałości na rozciąganie Rm lub maksymalnej siły rozciągającej Fm
• Wydłużenie przy zerwaniu A i At

Dla prawidłowego określenia granic plastyczności (R_eH i R_eL) i granic wydłużenia (R_p und R_t) są obok dokładnego pomiaru siły i wydłużenia istotne także prędkości badawcze . Norma rozróżnia dwie metody określania prędkości badawczej: W metodzie B reguluje się ją wzrostem naprężenia, w metodzie A szybkością wydłużenia. Metoda A, która uwzględnia szybkość wydłużenia lub prędkość wydłużenia, jest zalecana z następujących powodów:

• Materiały metaliczne zmieniają swoje właściwości, gdy zmieniają się szybkości wydłużenia lub prędkości wydłużenia, przy których przeprowadzane są badania.
• Z reguły wyższe szybkości wydłużenia lub prędkości wydłużenia skutkują wyższymi wartościami wytrzymałości.
• W zależności od stopu i jakości produktu metalicznego, zależność od szybkości wydłużenia lub prędkości wydłużenia może być bardzo znacząca, tj. wykraczać poza granice specyfikacji dla odpowiednich właściwości.

Regulacja szybkością wydłużenia znacznie poprawia wiarygodność wyników przy określaniu granic plastyczności i granic wydłużenia. ISO 6892-1 oferuje dwie metody realizacji kontroli szybkości wydłużenia:

• Metoda A1, automatyczna kontrola szybkości wydłużenia za pomocą sygnału ekstensometru (zamknięta pętla zamknięta, "closed loop")
• Metoda A2, ręczne ustawienie poprzez wprowadzenie prędkości trawersy, przy której potem zostaje osiągnięta prawidłowa szybkość wydłużania przy określeniu prawidłowej wartości charakterystycznej​ (otwarta pętla zamknięta, "open loop")

Pierwsza metoda wykorzystuje współczesne możliwości techniczne regulatorów napędów, najlepiej adaptacyjnego, do automatycznego utrzymywania prędkości trawersy w zakresie tolerancji dla szybkości wydłużenia określonej przez normę. Procedura ta wymaga systemu badawczego, który jest skoordynowany z technologią regulacji, ale znacznie upraszcza operację testową i eliminuje błędy w ustawianiu prędkości trawersy. Dlatego zaleca się tę procedurę regulacyjną.

Aby precyzyjnie dostosować prędkość wydłużenia elektronika testControll II reguluje prędkość maszyny wytrzymałościowej bezpośrednio na podstawie zmierzonych wartości ekstensometru. Parametry regulacji maszyną wytrzymałościową są automatycznie obliczane i dostosowywane adaptacyjnie w czasie rzeczywistym. Proces ten nazywany jest „closed loop“ ze regulacją adaptacyjną i odbywa się przy częstotliwości 1 kHz na maszynach wytrzymałościowych ZwickRoell. Zapewnia to spełnienie standardowych wymagań, dotyczących utrzymania szybkości wydłużenia.

Wszystko działa automatycznie, użytkownik oszczędza dużo czasu i osiąga niezawodne wyniki przy niewielkich odchyleniach.