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中日美_3國(guó)金屬材料拉伸試驗(yàn)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)（上）

時(shí)間：2013-06-04 22:10:34 來(lái)源：作者：

摘要：拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中最常見(jiàn)試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實(shí)反映了材料抵抗外力作用的全過(guò)程。它具有簡(jiǎn)單易行、試樣制備方便等特點(diǎn)。拉伸試驗(yàn)所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)和選材、新材料的研制、材料的采購(gòu)和驗(yàn)收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評(píng)估都有很重要的應(yīng)用價(jià)值和參考價(jià)值。不同國(guó)家的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)、試樣、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果的處理與修約的規(guī)定不盡相同，對(duì)日本的JIS Z2241-1998、美國(guó)的ASTM E 8/E8 M-08 等標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)的GB/T228-2002 進(jìn)行比較，列舉了它們之間的差異并對(duì)這些差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行討論。

由于均源自ISO6982-1998，日本和中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)及其附件、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定基本一致，只是JIS 標(biāo)準(zhǔn)使用非比例試樣，因此要求較大的樣品尺寸和試驗(yàn)機(jī)能力。與日本和中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)機(jī)及其附件、試驗(yàn)程序、試樣和試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定存在較大差異。對(duì)引伸計(jì)的精度要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較高。屈服階段試驗(yàn)速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較低，試驗(yàn)速率降低導(dǎo)致的強(qiáng)度性能指標(biāo)降低是否足以影響被測(cè)產(chǎn)品屈服性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。不同ASTM標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)取樣位置、試樣選擇的規(guī)定不盡相同，產(chǎn)品測(cè)試時(shí)應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。在拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面，ASTM標(biāo)準(zhǔn)采用的斷面收縮率計(jì)算公式與日本和中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)不同；對(duì)強(qiáng)度性能指標(biāo)和延性性能指標(biāo)的修約間隔也不盡相同。

關(guān)鍵詞：室溫拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)機(jī)，拉伸試樣，拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理及修約

1. 前言

拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中最常見(jiàn)試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實(shí)反映了材料抵抗外力作用的全過(guò)程。它具有簡(jiǎn)單易行、試樣制備方便等特點(diǎn)。拉伸試驗(yàn)所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)和選材、新材料的研制、材料的采購(gòu)和驗(yàn)收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評(píng)估都有很重要的應(yīng)用價(jià)值和參考價(jià)值[1]。不同國(guó)家的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)、試樣、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果的處理與修約的規(guī)定不盡相同，作者選取日本、美國(guó)與中國(guó)的金屬材料拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，列舉了它們之間的差異并對(duì)這些差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行討論。

中國(guó)的GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》（以下簡(jiǎn)稱為GB/T228-2002）等效采用ISO 6892：1998《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)》，與源自ISO 6892：1998的日本的JIS Z2241-1998《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)》（以下簡(jiǎn)稱為JIS Z2241-1998）差異不大。在下文與美國(guó)的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較時(shí)，將它們統(tǒng)稱為ISO 系標(biāo)準(zhǔn)。

ASTM E 8/E8 M-08《Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials》和E 345《Test Methods of Tension Testing of Metallic Foil》（以下簡(jiǎn)稱為E 8/E 8M-08）規(guī)定了美國(guó)的金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法通則。對(duì)于特定的金屬材料，又有專門(mén)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；例如針對(duì)鋼產(chǎn)品的ASTM A 370-07《Standard Test MethodsDefinitions for Mechanical Testing of Steel》（以下簡(jiǎn)稱為A 370-07）和針對(duì)鋁及鎂合金產(chǎn)品的ASTM B 557-06和B 557M-07e1《TestMethods for Tension TestingWroughtCast Aluminum-Magnesium-Alloy Products》[Metric]。針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定可能不同的情況，ASTM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定如果存在異議以專門(mén)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)一般均有英制單位版本和公制單位版本，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)后的M 表示公制單位版本。絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的英制單位版本和公制單位版本是合二為一，例如E 8/E 8M-08；部分標(biāo)準(zhǔn)的英制單位版本和公制單位版本是各自獨(dú)立的，例如B 557-06 和B 557M-07e1。少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只有一個(gè)版本，標(biāo)準(zhǔn)的范圍部分中就會(huì)表明本標(biāo)準(zhǔn)以英制單位為準(zhǔn)（例如A 370-07）或以公制單位為準(zhǔn)（例如ASTM E 23-06）。任何情況下同一標(biāo)準(zhǔn)中的不同單位制不能混用：例如按照公制單位版本加工試樣進(jìn)行試驗(yàn)，然后將試驗(yàn)結(jié)果換算成英制判斷試樣是否符合英制單位版本的要求。因?yàn)?/font>GB標(biāo)準(zhǔn)和JIS標(biāo)準(zhǔn)只使用公制單位，所以本文只涉及ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的公制單位部分。

2. 試驗(yàn)機(jī)及其附屬設(shè)備

2.1 引伸計(jì)

表 1. E 8/E 8M-08、A 370-07 和ISO 系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引伸計(jì)的規(guī)定E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量參數(shù)及范圍級(jí)別與精度min 測(cè)量參數(shù)及范圍級(jí)別與精度min 測(cè)量參數(shù)及范圍級(jí)別與精度min Rp、Rt ±0.5％（B2 級(jí)） Rp和At ±0.5％（B2 級(jí)） Rp、Rt和Ae ±1％（1 級(jí)）Ag或Agt、A或At ＜5％ ±0.5％（B2 級(jí)） Ag或Agt、A或At ＜5％ ±0.5％（B2級(jí)） Ag或Agt、A或At ±2％（2 級(jí)）5～50 5～50 ±1％（C級(jí)）≥50 ±2％（D級(jí)） ≥50 ±2％（D 級(jí)）E 8/E 8M-08 規(guī)定：測(cè)量非比例延伸強(qiáng)度Rp、規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt和屈服點(diǎn)延伸率Ae，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)小于等于試樣的標(biāo)距，如果選用不帶肩的試樣，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)小于試樣夾持在試驗(yàn)機(jī)上時(shí)夾頭間距離的80％。測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率A 或斷裂總伸長(zhǎng)率At時(shí)，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)等于試樣的標(biāo)距。E 8/E 8M-08 規(guī)定對(duì)于大多數(shù)金屬材料測(cè)量屈服行為時(shí)，推薦的標(biāo)定應(yīng)變范圍為0.2～2.0％。

除了下面所列內(nèi)容，A 370-07 對(duì)引伸計(jì)精度的規(guī)定與E 8/E 8M-08 基本一致。測(cè)定規(guī)定Rp時(shí)，當(dāng)非比例延伸大于等于0.2％時(shí)，應(yīng)選用精度不低于±0.5％的引伸計(jì)（B2 級(jí)及以上）在0.05～1.0％的應(yīng)變范圍進(jìn)行標(biāo)定；當(dāng)非比例延伸小于0.2％時(shí)，應(yīng)選用精度不低于±0.25％的引伸計(jì)（B1 級(jí)及以上）在0.05～1.0％的應(yīng)變范圍進(jìn)行標(biāo)定或者選用精度不低于±0.5％的引伸計(jì)（B2 級(jí)及以上）并且降低標(biāo)定應(yīng)變范圍下限（例如降低至0.01％）。測(cè)定規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt時(shí)，應(yīng)選用精度不低于±0.25％的引伸計(jì)（B1級(jí)及以上）。

ISO 系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：測(cè)量屈服行為時(shí)，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)不小于試樣的標(biāo)距的1/2，測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率A或斷裂總伸長(zhǎng)率At時(shí)，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)等于試樣的標(biāo)距。

表 1 是E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO 系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引伸計(jì)的規(guī)定，由表1 可見(jiàn)：對(duì)于引伸計(jì)的要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求普遍較ISO 系標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，并且給出了進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量時(shí)引伸計(jì)的標(biāo)定范圍。ISO 系標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)給出測(cè)量屈服行為時(shí)引伸計(jì)標(biāo)距的下限有助于減少測(cè)試時(shí)的爭(zhēng)議。

2.2 試樣尺寸測(cè)量裝置

表 1. E 8/E 8M-08、A 370-07 和ISO 系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸測(cè)量裝置的分辨力規(guī)定

E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO 標(biāo)準(zhǔn)

范圍（mm）分辨力（mm）范圍（mm）分辨力（mm）范圍（mm）分辨力（mm）

＜0.5 0.002 板材試樣寬度0.13 0.1～0.5 0.001

0.5～2.5 0.002 板材試樣寬度0.025 0.5～2.0 0.005

2.5～5 0.01 矩形試樣厚度2.0～10 0.01

≥5 0.02 圓柱形試樣直徑≥10 0.05

表1 是E 8/E 8M-08、A 370-07 和ISO 系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸測(cè)量裝置的分辨力規(guī)定。由表1 可見(jiàn)，ASTM標(biāo)準(zhǔn)和ISO 系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸測(cè)量裝置的分辨力要求相近；對(duì)于板材試樣寬度，A 370-07 的要求比E 8/E 8M-08低（0.13vs0.02mm）。除表1 的規(guī)定外，對(duì)于最小尺寸小于0.5mm的試樣E 8/E 8M-08 規(guī)定：如果可能分辨力不大于試樣的最小尺寸的1％。對(duì)于非對(duì)稱全截面試樣，使用稱重法時(shí)，E 8/E 8M-08 規(guī)定試樣長(zhǎng)度大于橫截面上最大尺寸的20 倍，試樣質(zhì)量測(cè)量精度應(yīng)不小于0.5％。

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