室温で得られる引張結果は、同じ材料が−40°Cや+100°Cでどのように振る舞うかを必ずしも説明できません。
自動車、電子、産業用途で使用される材料の資格認定において、温度依存の機械的挙動は材料選択、製品信頼性、試験装置の構成に影響を与えることがあります。
高温・低温引張試験システムは、ユニバーサル試験機(UTM)と制御温度チャンバー、適切なグリップ、適切な測定装置を組み合わせたものです。しかし、そのようなシステムを選ぶには、最大力や温度の定格を確認するだけでなく、それ以上のものが必要です。
本ガイドでは、試験方法、関連するASTMおよびISO規格、一般的な測定課題、そして温度制御引張試験機を選ぶ際の実務的な考慮事項を検証します。
なぜ異なる温度で引張特性をテストするのか?
温度は材料の変形や荷重による破損の仕方を変えます。
一部のポリマーは低温で延性が低下します。他の材料は温度上昇に伴い剛性、引張強度、伸縮性に変化を示すことがあります。実際の応答は材料組成、試料準備、曝露条件、選定された試験方法によって異なります。
自動車の組み立て用プラスチック部品を考えてみましょう。満足のいく室温引張結果では、寒冷地運転中の挙動について十分な情報が得られない場合があります。同様に、熱発生電子部品の近くで使用される材料は高温での機械的評価を必要とする場合があります。
温度制御された引張試験により、技術者は定義された条件下でこれらの違いを調査できます。
材料や規格によっては、引張強度、降伏挙動、断面時の伸長、弾性率、応力-ひずみ応答などが含まれる場合があります。
しかし、測定方法が重要です。機械が記録した力-変位曲線は、試料の応力-ひずみ曲線と自動的に同等ではありません。直接ひずみ測定が必要な場合は、適切な伸長計や適用される規格で認められた他の方法を検討する必要があります。
試験温度
は試料の温度とは異なります テストを始める前に注意すべき点があります。チャンバーの設定値に達したからといって、試料が必要な温度に達した
とは限りません。試料、グリップ、周囲の空気は加熱や冷却時に異なる反応を示すことがあります。したがって、調整時間と温度の検証は、関連する試験方法または顧客手順に従うべきです。
これは複数の温度で得られた結果を比較する際に特に重要です。
どの材料が高温または低温引張試験を必要としますか?
温度制御された引張試験の必要性は、単に環境チャンバーの有無ではなく、材料の意図された動作環境や適格性要件によって左右されます。
エンジニアリングプラスチック
プラスチック工学においては、異なる温度での引張試験が強度、剛性、伸縮の変化を調査するのに役立ちます。
典型的な用途には、自動車用プラスチック部品、電子ハウジング、構造用プラスチック部品、そして変化する熱条件にさらされるその他の材料が含まれます。
試料の形状、調整手順、試験速度およびひずみ測定方法は、関連するプラスチック試験基準に従って選択されるべきです。
ゴムとエラストマー
ゴムやエラストマーの特性は、特に温度や変形条件に敏感です。
これらの材料を試験する際は、グリップ配置と伸縮の測定を慎重に考慮する必要があります。試料のずれや不適切な測定方法は報告結果に影響を与えることがあります。
ASTM D412およびISO 37が関連する出発点であり、適用される温度調整要件は選択した手順によって決定されます。
複合材料
複合材料は、試料のアライメント、グリップ圧力、ひずみ測定、破壊モードなどの追加の考慮事項をもたらします。
ポリマーマトリックス複合材料に関しては、ASTM D3039/D3039Mが関連する引張試験方法の一つです。その要件は、意図された温度条件や完全な試験システムの能力と併せて検討されるべきです。
自動車および電子材料資格
温度制御された引張試験は、自動車アセンブリ、電子部品、工業製品の材料評価も支援できます。
しかし、材料試料の試験と完全な組み立て製品の試験
を区別することが重要です。環境チャンバーを備えた引張機は、必ずしも全製品環境試験チャンバーの代替にはなりません。複雑なアセンブリは、カスタムの治具、異なる試料の準備、または代替試験方法を必要とする場合があります。
どのASTMおよびISO規格が適用されますか?
すべての材料や温度条件をカバーする単一の引張試験基準は存在しません。
正しい方法は、試料材料、必要な結果、評価の目的によって異なります。
以下の基準は、高温または低温の引張試験プロジェクトを計画する際に役立つ参考資料です。
| 標準 | 応用 | 重要な考慮事項 |
|---|---|---|
| ASTM D638 | プラスチックの引張特性 | 試料の種類、試験速度、調整および測定方法 |
| ISO 527シリーズ | プラスチックの引張特性 | 材料に該当する部品を選択してください |
| ASTM D412 | ゴムおよび熱可塑性エラストマーの引張特性 | 試料の準備、グリップおよび伸縮測定 |
| ISO 37 | ゴムの引張応力-ひずみ特性 | 調整および試験温度要件 |
| ASTM D3039/D3039M | ポリマーマトリックス複合材料の引張特性 | アライメント、グリップ、ひずみ測定 |
| ASTM E21 | 金属材料の高温張力試験 | 温度測定と試験システム構成 |
| ISO 6892-2 | 高温での金属材料の引張試験 | 温度制御、測定および手順要件 |
これらの標準は互換性がなく、含まれるからといって特定の試験機が自動的にすべてに準拠するわけではありません。
例えば、ASTM D638プラスチック試験とASTM E21高温金属引張試験では、試料の配置、グリップ、測定構成が大きく異なる場合があります。
同様に、高温金属試験基準が適用手順を検証せずに低温試験をカバーすると仮定すべきではありません。
機器を購入する前に、正確な標準番号、エディション、そして顧客特有の追加要件を確認してください。
これらの詳細は、機械構成の初期段階を指針とすべきです。
高温・低温引張試験はどのように行われますか?
基本的な引張荷重の原理は、従来のユニバーサル試験機と同じです。違いは、熱環境が追加の制御された試験条件となる点です。
典型的な手順は、いくつかの連結した段階を経ます。
試料の準備と試験準備
エンジニアはまず材料、試料寸法、適用される標準値および必要な測定出力を特定します。
試料はその形状、予想される引張力、試験温度に適したグリップで取り付けられます。
正しいアライメントが不可欠です。試料が意図した荷重軸に沿って位置していない場合、意図しない曲げが試験結果に影響を与える可能性があります。
温度調整
チャンバーは指定された試験温度に持ち込まれ、試料は該当手順に従って調整されます。
チャンバー表示が設定値を達成したからといって、必要なコンディショニング時間を恣意的な待機時間に置き換えるべきではありません。
必要に応じて、試料の温度を監視または適切な設備で検証する必要があります。
引張荷重とデータ取得
指定された試験条件が確立されると、機械は所定の速度またはひずみ速度で引張荷重をかけます。
測定システムは、力、変位、試料ひずみなど必要なデータを記録します。
試験中は、グリップの滑り、異常な変形、またはグリップ付近の早期故障に注意が必要です。
結果評価
テスト後、選択された方法に従って結果が評価されます。
有用な報告書は、材料、試料形状、試験温度、調整手順、試験速度、測定配置、観測された故障モードを特定すべきです。
複数の温度を比較する際には、試料の準備と試験手順の一貫性が不可欠です。
温度制御引張試験でどこが失敗しうるのか?
試験機は十分な力容量と適切なチャンバー温度範囲を持っていても、試料配置や測定システムが不適切
であれば、結果に疑問が生じることがあります。いくつかの実務的な問題は特に注目に値します。
グリップスリップと器具の互換性
グリップは試験中、早期損傷を招かないように標本をしっかりと保持しなければなりません。
温度変化は器具の寸法やグリップ挙動にも影響を与えることがあります。室温運転に適した治具が、必ずしも全熱試験範囲に適していると仮定すべきではありません。
治具材料、クランプ機構、試料形状、動作クリアランスを一緒に確認する必要があります。
標本のアライメント
アライメントが悪いと、意図しない荷重条件が生じます。
温度制御システムでは、上部と下部のグリップが適切な位置を維持しつつ、チャンバー内部に十分なクリアランスを確保しなければなりません。
器具の配置はテスト前に確認すべきで、アライメントをソフトウェアの補正として扱うべきではありません。
ひずみ測定
クロスヘッドの変位には、荷重系内の移動や変形が含まれます。試験方法によっては、実際の試料ひずみの適切な測定が得られない場合もあります。
弾性率や正確な伸長測定が必要な場合は、それに応じて伸長計の配置を選択すべきです。
エクステンソメーターは、意図された試験環境にも適している必要があります。その校正条件や実用的な測定範囲は、UTMの一般精度仕様とは別に検討する必要があります。
使用可能なストロークおよびチャンバークリアランス
チャンバーは標本以上のものを収容できなければなりません。
エンジニアは設置されたグリップ、試料ゲージの長さ、期待される延長、伸長計の配置、必要な動作クリアランスを考慮しなければなりません。
機械の公称ストロークは、必ずしも完全な照明器具システムが設置された後に利用可能なストロークとは限りません。
戦力容量と実際の作動範囲
50 kNの機械は、比較的低い引張力を生み出す試料にとって必ずしも最適な選択肢とは限りません。
予想される労働力範囲は、選択したロードセルおよびその検証済み測定範囲と照合する必要があります。
最大容量、力分解能、測定精度は関連する仕様ですが、互換性のあるものとして扱うべきではありません。
実際のRS-8000GDWプロジェクト内:機械、治具、計測装置
2021年9月のRS-8000GDWプロジェクトの写真には、単なる汎用試験機のフレーム以上のものが写っています。
機器の隣には、別個のグリップ部品、接続アクセサリー、伸長計のドキュメントも備用されています。これらの詳細は、機器購入仕様書を作成する際にしばしば見落とされがちな点を示しています。すなわち、機械は完全な試験システムとして構成されなければならないということです。
実際の装備
プロジェクトの写真には、RS-8000GDWのローディングフレームと、機器準備中の別の制御キャビネットが写っています。
機械の機械的配置が引張荷重の基礎となり、最終的な試験構成は設置されたチャンバー、試料治具、測定用アクセサリーによって異なります。
同様の実験室セットアップを計画している顧客にとっては、機器構成を最終決定する前に、使用可能な試験空間と必要な備具配置を確認する必要があります。
器具とアクセサリーの構成
付随するプロジェクト写真には、調整可能な金属グリップ部品、接続部品、その他の機械的付属品が含まれています。
彼らの存在は有用です。なぜなら、備品の選択は二次的な購入要素ではないからです。試験片の設置、アライメント、利用可能なストローク、そして試験システム全体の実用的な運用に影響を与えます。
新規用途では、グリップ装置を試料図面、予想される力、指定された試験温度と比較して確認する必要があります。
プロジェクト写真だけでは、すべての写真アクセサリーが機械の全温度範囲に適しているとは
限りません。伸縮計の文書化
プロジェクトアーカイブにはGWB-200伸長計の写真と対応する校正文書も含まれています。
可視記録は20 mmのゲージ長、クラス0.5分類、0–1.0 mmの校正範囲、25°Cの校正温度を示しています。
これは実際の試験機器プロジェクトに関連する測定関連の文書の有用な例を提供します。
しかし、エクステンソメーターの測定性能が高温・低温試験範囲全体で検証されていることを示すものではありません。
熱曝露下での直接ひずみ測定が必要な用途では、エクステンソメーターとその動作条件を最終システム構成の一部として確認する必要があります。
このプロジェクトから得られる実践的な教訓はシンプルです。荷重フレーム、チャンバー、治具、計測システムは、無関係な部品として購入するのではなく、一緒に見直すべきです。
適切な高温・低温引張試験機の選択
有用な機器仕様は、テスト自体から始まります。
機械を選択する前に、必要な温度範囲、試料寸法、予想引張力、適用される標準および測定出力を確定する必要があります。
これらの要件により、提案されるロードセル、チャンバー、治具、利用可能な試験スペースが適しているかどうかが決まります。
ITM-LAB RS-8000GDW — 標準構成
ITM-LAB RS-8000GDWは、汎用試験機と温度制御された試験環境を組み合わせ、室温外での材料評価を行います。
本ガイドで議論されている標準構成は、−40°Cから+150°Cの温度範囲を提供します。
主要な製品仕様は以下にまとめます。
| パラメータ | RS-8000GDW |
|---|---|
| 標準温度範囲 | −40°Cから+150°C |
| 利用可能なロードセル容量 | 500 N / 1 kN / 2 kN / 5 kN / 10 kN / 20 kN / 50 kN |
| 負荷解決 | 1/500,000 |
| 装備の精度 | レベル0.5 |
| ストローク(グリップを除く) | 300–500mm、カスタマイズ |
| テスト速度 | 構成によって0.001–500 mm/minまたは1–1000 mm/min |
| 変位分解能 | 0.01mm |
| 参考室内部 | 300 × 350 × 600 mm、カスタマイズ可能 |
| 温度偏差 | ±2°C |
仕様は、提供されたITM-LAB製品文書および確認された標準温度構成に基づいています。最終的な機器性能および運用条件は、承認されたプロジェクト仕様と照らし合わせて検証されるべきです。
より広い熱範囲を必要とする用途では、−70°Cから+250°Cまでのカスタマイズ構成がエンジニアリングレビューとして利用可能です。これは標準マシンのデフォルト仕様ではありません。
注文前に何を確認するべきですか?
見積もりには、選択したロードセル容量、必要なチャンバー構成、試料グリップ、測定配置が明記されるべきです。
また、意図された試験基準もシステム全体と関連付けて見直されるべきです。
例えば、直接試料ひずみ測定を必要とする試験では、力やクロスヘッド変位を記録する通常の試験とは異なる付属構成が必要になることがあります。
同様に、試料の形状や期待される伸長も、必要な使用可能なストロークやチャンバークリアランスに影響を与えます。
これらの詳細を早期に選ぶことで、ヘッドライン仕様は満たしているが、意図したテストに割り当てるのが難しい機械を購入せずに済みます。
見積もりを依頼する前に
すでに試料図面と試験基準を持っているなら、その2つの文書が機器の議論の最良の出発点となります。
これらは、メーカーが見積もりを作成する前に必要な力の範囲、温度条件、グリップ、測定構成を評価するのに役立ちます。
RS-8000GDW問い合わせにおいて、最も有用な情報は以下の通りです:
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材料の種類と意図された用途
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試験基準と必須版
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試料図または寸法
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最低および最高試験温度
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予想引張力範囲
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必要な試験速度またはひずみ速度
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直接ひずみ測定を含む必要結果
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設置要件とカスタム治具の必要性
最終的な構成がまだ決定されていない場合、ITM-LABは利用可能な試料や試験情報をレビューし、適切な開始構成を特定するのに役立ちます。
FAQ
- ユニバーサル試験機は低温および高温での引張試験を行うことができるのか?
はい。UTMは、適切な環境チャンバー、治具、測定システムと組み合わせて設定すれば、温度制御された引張試験を行うことができます。適合性は全体の構成と必要な試験方法によって異なります。
- −40°Cから+150°Cで温度依存の引張試験は十分でしょうか?
いいえ。これはここで説明しているRS-8000GDW構成の標準温度範囲です。実際の必要な範囲は、用途、材料仕様、または試験基準によって決定されるべきです。より厳しい温度条件では、カスタマイズされたシステムが必要になる場合があります。
- 同じ張力グリップは室温でも高温でも使えますか?
必ずしもそうとは限りません。グリップ材料、クランプ機構、熱膨張、試料挙動なども考慮すべきです。備具の適合性は、意図された運転条件に対して確認されなければなりません。
- レベル0.5の試験機は自動的にASTMやISO規格に準拠しますか?
いいえ。機械の精度は評価の一部に過ぎません。特定の試験方法への適合性は、試料の準備、治具、温度制御、検証済みの測定範囲、ひずみ測定、必要な手順にも依存します。
ITM-LABで温度制御引張試験システムを構成してください
高温・低温引張試験プロジェクトは、単に機械カタログに記載された最大力や温度ではなく、材料と試験方法から始めるべきです。
新しい試験システムを計画している場合や既存の検査室のアップグレードを計画している場合は、ITM-LABに試料の詳細、必要な試験基準、温度範囲を送ってください。
当社チームが申請書を審査し、ロードセル、チャンバー、治具、計測アクセサリーを含む適切なRS-8000GDW構成を提案いたします。
技術的な構成と見積もりの依頼
