Duas amostras de tração são usinadas a partir da mesma extrusão de alumínio.
Mesma liga. Mesmo temperamento. Dimensões quase idênticas do espécime.
Suas resistências finais à tração são quase as mesmas, mas uma reporta um alongamento visivelmente menor.
Algum resultado está errado?
Nem sempre.
Antes de questionar o material, verifique de onde veio cada amostra, sua orientação em relação à direção da extrusão, o comprimento original da bitola, como a deformação foi medida, se alguma das amostras escorregou nas empunhaduras e onde ocorreu a fratura.
É isso que torna um teste de tração de alumínio ASTM B557 mais complexo do que simplesmente puxar uma amostra até que ela quebre.
ASTM B557-15(2023) cobre testes de tensão de produtos de ligas de alumínio e magnésio forjados e fundidos, excluindo folha de alumínio. A ASTM descreve o ensaio de tração como um meio de obter informações sobre resistência e ductilidade sob tensão de tração uniaxial, com aplicações que incluem comparação de materiais, desenvolvimento de ligas, controle de qualidade e projeto sob circunstâncias apropriadas.
No laboratório, porém, selecionar ASTM B557 no software de teste é apenas o começo.
O resultado depende da amostra, do sistema de medição e de quão limpa a carga de tração alcança a seção de calibre.
O que ASTM B557 realmente mede
Uma máquina universal de teste não mede diretamente "resistência à tração."
A célula de carga mede força. Um extensômetro ou outro sistema de medição de deformação mede a deformação em uma porção definida da amostra.
Essas medições só se tornam propriedades de engenharia após a geometria original da amostra ser levada em conta.
Para estresse de engenharia:
σ = F / A₀
onde
Para deformação de engenharia:
onde ΔL é a mudança no comprimento do bitogle e L₀ é o comprimento original do bito.
Considere dois exemplares que atingem ambos 15 kN.
Se o Espécime A tem área original de 50 mm²:
15.000 / 50 = 300 MPa
Se o Espécime B tiver uma área original de 75 mm²:
15.000 / 75 = 200 MPa
A célula de carga mediu a mesma força máxima. O estresse de engenharia calculado é bem diferente.
O mesmo princípio se aplica ao alongamento. Extensão só tem significado quando está relacionada ao comprimento de bitola apropriado e ao procedimento de medição.
Lendo a Curva de Tração de Alumínio
Um teste de tração torna-se muito mais útil quando o resultado é tratado como uma resposta do material, e não como um único valor de força máxima.
No início de uma curva típica de alumínio-deformação, a deformação é predominantemente elástica. À medida que a carga continua, começa a deformação permanente e a amostra entra na região plástica.
A tensão continua a aumentar até que a amostra atinja sua tensão máxima de engenharia—o
Após o UTS, a deformação pode se tornar cada vez mais localizada. Desenvolve-se o necking, seguido eventualmente por fratura.
Uma curva pode, portanto, fornecer várias informações diferentes.
Considere dois espasmes:
| Propriedade | Specimen A | Espécime B |
|---|---|---|
| Resistência ao escoamento | 275 MPa | 278 MPa |
| UTS | 315 MPa | 316 MPa |
| Elongamento | 12% | 7% |
Olhando apenas para o UTS, esses espécimes parecem quase idênticos.
A ductilidade deles conta uma história diferente.
Resistência no escoamento, UTS e alongamento não são, portanto, formas intercambiáveis de descrever "resistência." Eles representam diferentes aspectos da resposta à tração.
A curva completa adiciona outra vantagem: contexto.
Um toe inicial incomum, uma mudança na inclinação inicial ou um evento inesperado antes da carga máxima podem revelar algo que uma tabela de resultados final não revela.
Por que o Limite de Escoamento Depende da Medição de Deformação
Muitas ligas de alumínio não apresentam o ponto de escoamento claramente definido frequentemente associado a alguns aços.
Em vez disso, a resistência à prova ou ao escoamento pode ser determinada usando um método de deslocamento.
O familiar
Primeiro, a parte elástica da resposta tensão-deformação é estabelecida. Uma linha paralela a essa inclinação é deslocada pelo deslocamento de deformação especificado. A interseção da linha de deslocamento e da curva tensão-deformação define a resistência de prova correspondente.
Para o laboratório, a parte difícil não é desenhar a linha de deslocamento.
Está obtendo dados confiáveis de deformação na região onde a interseção é calculada.
O curso do cabeçote não é automaticamente deformação do amostra
A cabeça transversal pertence ao sistema completo de testes mecânicos.
Seu movimento pode incluir extensão da amostra, assentamento da empunhadura, conformidade com máquinas, deformação do aparelho e outros movimentos dentro do trem de carga.
Um movimento do cabeçote transversal de 1,00 mm, portanto, não deve ser automaticamente interpretado como 1,00 mm de extensão dentro da seção definida de bitola da amostra.
Um extensômetro aborda o problema de forma diferente, medindo a deformação ao longo de um comprimento de calibre especificado na própria amostra.
Essa distinção é especialmente importante para resultados dependentes da deformação, como resistência à prova e ao escoamento.
Uma máquina pode medir a força máxima com precisão e ainda assim estar mal configurada para medição de resistência de prova se o canal de deformação não for apropriado.
Capacidade da máquina e precisão da força são apenas parte do sistema de tração.
A amostra faz parte da medição
A capacidade da máquina frequentemente recebe mais atenção do que a geometria do espetamento.
Para testes de tração, isso pode levar a discussão sobre equipamentos na direção errada.
Um cupom fino e plano usinado a partir de chapa de alumínio e uma amostra redonda usinada a partir de barra podem produzir forças máximas semelhantes. Ainda assim, podem exigir arranjos de aderência e medição de deformação muito diferentes.
A área da seção transversal original é fundamental porque converte a força em tensão de engenharia.
Para uma seção retangular:
A₀ = Largura × Espessura
Para uma seção circular:
A₀ = πd² / 4
Um erro na largura, espessura ou diâmetro, portanto, afeta a tensão calculada ao longo do teste.
comprimento de bitola serve a um propósito diferente: estabelece a referência para deformação e alongamento.
Um milímetro de extensão em um comprimento de bitola curto não representa a mesma deformação que um milímetro em um comprimento de bitola maior.
A geometria de seção e transição reduzida também importa. A carga precisa entrar na região de calibre pretendida sem concentrações locais desnecessárias de tensão.
É aí que a preparação da amostra passa a fazer parte do teste.
Uma rebarba, borda danificada, marca de usinagem, transição ruim ou entalhe não intencional pode se tornar uma origem preferida na fratura. Se várias amostras falharem repetidamente pelo mesmo defeito de usinagem, aumentar a capacidade da máquina não resolverá o problema.
Amostras planas e redondas também podem exigir diferentes geometrias de mandíbula e arranjos de extensômetros mesmo quando testados no mesmo UTM.
O quadro é apenas um componente do sistema de medição.
Mesma Todo oy, Direção de Amostragem Diferente
Um fornecedor relata um resultado de tração. Seu laboratório de inspeção que está chegando relata outro.
Antes de comparar as máquinas, compare os amostras.
Produtos laminados de chapa, chapa e alumínio extrudido podem desenvolver propriedades mecânicas direcionais como resultado do processamento.
Uma amostra tomada longitudinalmente em relação à direção primária de processamento não é necessariamente mecanicamente equivalente a uma tomada transversalmente.
A química pode ser a mesma.
O temperamento pode ser o mesmo.
A orientação da estrutura do material em relação à carga de tração não é.
Isso é especialmente importante ao comparar certificados de fornecedores com resultados de inspeção recebidos. Confirmar que ambos os laboratórios usaram locais e direções de amostragem comparáveis antes de tratar uma diferença como evidência de discordância da máquina.
A ASTM também alerta que amostras padronizadas usinadas a partir de partes selecionadas de um material ou peça podem não representar completamente a resistência e a ductilidade de todo o produto final ou seu comportamento em diferentes ambientes de serviço.
O que a Fratura Pode Te Dizer
Quando um resultado de tração parece questionável, a amostra fraturada é frequentemente um dos primeiros pontos que vale a pena verificar.
Uma ruptura na região de calibre pretendida conta uma história diferente de uma fratura imediatamente ao lado de uma mandíbula.
Uma fratura quase de aderência pode estar associada a danos induzidos pela aderência, mau alinhamento axial, face inadequada da mandíbula, danos na usinagem ou uma concentração local de tensão.
É um sinal de diagnóstico—não automaticamente um motivo para rejeitar o resultado. A aceitação ainda depende do teste aplicável e dos requisitos do produto.
Slippage conta uma história diferente.
Se a amostra se move em relação às mandíbulas durante a carga, parte do movimento medido do sistema vem do deslizamento e não da deformação pretendida da amostra.
Para superfícies de alumínio relativamente macias, a empunhadura tem duas funções: transferir a força de tração necessária sem deslizamento e evitar criar uma falha indesejada.
O alinhamento importa pelo mesmo motivo.
A condição pretendida é predominantemente tensão uniaxial. A instalação da amostra fora do eixo pode introduzir flexões que nunca fizeram parte do requisito do material.
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Quando os números não concordarem, comece aqui
Resultados inesperados nem todos têm a mesma causa. O padrão geralmente é mais útil do que o fato de que dois números diferem.
Por isso é útil manter toda a curva de tração durante a solução de problemas.
Um número final indica o que foi reportado.
A curva pode ajudar a mostrar
O espécime pode ajudar a explicar
ASTM B557, B557M e ASTM E8/E8M
ASTM B557/B557M e E8/E8M são métodos relacionados de ensaio de tração, mas não devem ser tratados como nomes intercambiáveis.
Atualmente, a ASTM lista B557-15(2023) e B557M-15(2023) como ativas. O B557 cobre produtos de ligas de alumínio e magnésio forjados e fundidos, enquanto o B557M é seu equivalente em formato métrico.
ASTM E8/E8M abrange um escopo mais amplo abrangendo testes de tração de materiais metálicos em geral; a edição ativa atual é E8/E8M-25.
A regra prática é simples:
Utilize o método e a edição exigidos pelo desenho vigente, especificação de material, requisito de compra ou procedimento do cliente.
Não selecione um método só porque a amostra é de alumínio.
Da Carga da Amostra à Configuração da Máquina
O número ASTM não determina a capacidade da máquina.
Nem a designação da liga.
Comece com a resistência à tração esperada e a área original da amostra:
Força Máxima Esperada ≈ UTS Esperado × A₀
Suponha que um espetáculo plano tenha uma seção reduzida de:
12,5 mm × 3,0 mm
Área original:
37,5 mm²
Se o UTS esperado for:
310 MPa
então:
F ≈ 310 × 37.5
Agora considere uma seção transversal muito maior:
A₀ = 250 mm²
com um UTS esperado de:
350 MPa
A força máxima estimada torna-se:
350 × 250 = 87.500 N
ou:
87,5 kN
Ambos os espécimes são de alumínio.
Os requisitos de força deles são completamente diferentes.
Por isso "testador de tração de alumínio" não é uma especificação de capacidade de máquina.
Todo oy name não determina a capacidade da máquina. A resistência esperada × área do espécime faz.
Forçar a Capacidade é apenas a primeira verificação
Uma vez conhecida a força de trabalho esperada, o restante do sistema de tração pode ser configurado.
Para ITM-LAB, os intervalos relevantes de UTM são:
RS-8000: 10–50 kN
RS-8000A: 100–300 kN
O exemplo de 11,6 kN se enquadra na faixa que poderia levar a uma configuração RS-8000. Um requisito de 87,5 kN já ultrapassa essa faixa e levaria a discussão para uma plataforma de maior capacidade, como o RS-8000A.
Mas a capacidade de quadros sozinha não é suficiente.
A configuração completa também deve considerar a faixa de célula de carga, geometria da amostra plana ou redonda, seleção da empunhadura e da mandíbula, comprimento do medidor, requisito do extensômetro, espaço disponível para o teste, extensão esperada, método de controle e relatórios obrigatórios.
Uma máquina de 50 kN não é automaticamente o melhor sistema de medição para toda amostra cuja força de ruptura seja inferior a 50 kN.
O alcance de trabalho também importa.
Um Exemplo Rápido de Configuração
Considere um laboratório de inspeção de chegada testando cupons de extrusão de alumínio.
Padrão: ASTM B557M
Área Original: 60047 mm²
UTS esperado: aproximadamente 320 MPa
Resultados Exigidos: Resistência ao escoamento, UTS, alongamento, curva completa de tensão-deformação
A estimativa preliminar da força máxima é:
320 × 60 = 19.200 N = 19,2 kN
Isso aponta para a faixa de força de uma configuração RS-8000.
Mas o desenho do espécime ainda é necessário.
As próximas perguntas são se a amostra é plana ou redonda, qual pegadura é apropriada, qual comprimento de calibre é especificado, se a resistência à prova ou escoamento requer extensômetro, quanto curso de ensaio é necessário e quantos espetáculos o laboratório espera rodar.
O cálculo de 19,2 kN identifica o requisito aproximado de carga.
Não especifica todo o sistema de teste.
O que incluir em uma RFQ ASTM B557
O desenho do espécime geralmente é mais útil do que a capacidade de uma máquina de estimação.
| Requisito | O que enviar |
|---|---|
| Standard | ASTM B557 / B557M |
| Material | Todo oy + temper |
| Forma do produto | Folha / placa / extrusão / barra / fundição |
| Specimen | Desenho ou dimensões |
| Seção transversal | Largura × espessura ou diâmetro |
| Direção de amostragem | Longitudinal / transversal / outro |
| Força esperada | MPa ou ksi, se conhecido |
| Resultados necessários | Rendimento / UTS / elongação / curva |
| Medição de deformação | Requisito de extensômetro, se especificado |
| Volume de teste | Amostras/dia |
Se a força esperada for desconhecida, envie as dimensões da amostra e a resistência à tração esperada.
Podemos estimar:
Força Esperada ≈ UTS × A₀
Se a resistência esperada também for desconhecida, a liga, o temperamento, a forma do produto e o desenho da amostra são suficientes para iniciar a discussão sobre a configuração.
FAQ
O que a ASTM B557 cobre?
ASTM B557 cobre testes de tensão de produtos de ligas de alumínio e magnésio forjados e fundidos, excluindo folha de alumínio. A ASTM descreve o ensaio de tração como fornecendo informações sobre resistência e ductilidade sob tensão uniaxial.
Qual é a diferença entre ASTM B557 e B557M?
B557 é a versão polegada-libra e B557M é a versão métrica. Os laboratórios devem seguir o método específico exigido pela especificação vigente, em vez de simplesmente converter um conjunto de teste em outro. Atualmente, a ASTM lista tanto a B557-15 (2023) quanto a B557M-15 (2023) como ativas.
ASTM B557 ou ASTM E8/E8M—qual devo usar?
Siga a especificação do material vigente, desenho, requisito de compra ou procedimento do cliente. A B557/B557M abordam especificamente produtos de ligas de alumínio e magnésio, enquanto a ASTM E8/E8M cobre ensaios de tração metálica de forma mais ampla.
Preciso de um extensômetro para a ASTM B557?
Isso depende das propriedades exigidas e do procedimento aplicável. Quando propriedades precisas dependentes da deformação, como resistência à prova e ao escoamento, são necessárias, a medição da deformação torna-se especialmente importante. O curso do cabeçote transversal não deve ser automaticamente tratado como deformação exata na seção de bitola.
Qual a capacidade da máquina necessária para a ASTM B557?
Não existe uma única capacidade de máquina ASTM B557. Comece com Esperado UTS × Área Original da Seção Transversal para estimar a força máxima de tração, depois verifique o alcance da célula de carga, empunhaduras, extensômetro, espaço de teste, viagem, controle e requisitos de relatório.
Comece com o desenho do espeteiro, não com o catálogo da máquina
A informação mais útil para configurar um teste ASTM B557 raramente é uma capacidade de máquina estimada em um RFQ.
É o espetáculo.
A área da seção transversal determina como a resistência do material se traduz em força. O comprimento do calibre e a medição de deformação afetam como a deformação é interpretada. A direção da amostragem pode alterar a resposta do material medido. Os grips determinam se a carga alcança a seção do medidor de forma limpa. E a própria fratura pode revelar problemas que nunca aparecem na tabela de resultados final.
Um caminho prático de seleção é:
Amostra → Resistência Esperada → Força Esperada → Medida → Pegadas → Espaço de Teste → Máquina
Para aplicações de tração de alumínio dentro da faixa de trabalho apropriada, o ITM-LAB RS-8000 (10–50 kN) pode ser configurado em torno da amostra e das medições necessárias. Aplicações de maior força podem ser mapeadas para o RS-8000A (100–300 kN).
