GBT228.1-2010-金属材料室温拉伸试验方法细节

东南大学交通学院桥梁研究所钱培舒2013.3《金属材料的室温拉伸试验》GB/T228.1-2010国家标准介绍（简本）东南大学南京市四牌楼二号单向静拉伸试验在试样两端缓慢地施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力，引起试样沿轴向伸长，直至拉断为止。单向静拉伸试验的种类：室温拉伸试验（GB/T228.1-2010)高温拉伸试验低温拉伸试验液氦温度拉伸试验GB/T228.1-2010与GB/T228-2002主要区别:增加了方法A应变速率控制方法；修改了试验结果的数值修约方法；将原始横截面积的最小值改为平均值；符号变更；增加了对于上、下屈服强度位置判定的基本原则；增加了拉伸试验测量不确定度的评定方法；增加了资料性附录A计算机控制拉伸试验机使用时的建议；增加了资料性附录F考虑试验机刚度后估算的横梁位移速率方法。•1、应力：每单位面积上承受的力。•2、工程应力：每单位原始横截面积上的力。表示为：•3、工程应变：瞬间长度与原始长度之差与原始长度比值。•△L-伸长•L0-原始标距长度0SF一.拉伸试验力学参量000LLLLL•所谓拉伸力学性能实质为拉伸应力-应变曲线各变形阶段的特征点对应的特征应力和应变值。•1、弹性性能•包括:比例极限；弹性极限；拉伸弹性模量；泊松比。•金属材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，符合胡克定律，即σ=Eε，其比例系数E称为弹性模量。•2、塑性性能•1）屈服强度：•包括：上屈服强度；下屈服强度；规定非比例延伸强度；规定总延伸强度；规定残余延伸强度。拉伸力学性能拉伸试验时测量的量是伸长和力，由这两个变量构成的关系曲线（F-△L曲线）称为拉伸图，即拉伸曲线。力—伸长曲线F—ΔL曲线应力—应变曲线R—e曲线拉伸曲线应力应变cdefab0•比例变形阶段(oa)；•弹性变形阶段(ob)；•微塑性应变阶段(bc)；•屈服塑性变形阶段(cd)；•应变硬化阶段(de)；•局部缩颈变形断裂阶段(ef)。拉伸曲线各变形阶段二.拉伸试样一）试样的形状和尺寸•试样的形状与尺寸取决于要金属产品的形状与尺寸。•需要加工制样：压制坯、铸锭、无恒定截面的产品•不需加工制样：有恒定横截面的型材、棒材、线材铸造试样（铸铁和铸造非铁合金）•横截面的形状：圆形、矩形、多边形、环形，其他形状经过机加工的试样经过拉伸试验的试样热轧钢筋的外形光圆钢筋螺纹钢筋人字纹钢筋月牙纹钢筋热轧钢筋的取样要求序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学成分（熔炼分析）1GB/T20066GB/T223GB/T43362力学2任选两根钢筋切取GB/T2283弯曲2任选两根钢筋切取GB/T2324重量偏差5两端平齐GB50204低碳钢热轧圆盘条的取样要求序号检验项目取样数量取样方法试验方法1重量偏差5个/批两端平齐GB502042力学1个/批GB2975GB/T2283弯曲2个/批不同根盘条GB/T2975GB/T232冷轧带肋钢筋的取样要求序号检验项目取样数量取样方法试验方法1拉伸试验1个/盘在每（任）盘中随机切取GB/T2282弯曲试验2个/批GB/T2323反复弯曲试验2个/批GB/T2384重量偏差1个/盘GB13788原料盘不经机加工试样•比例试样：•拉伸试样的原始标距与原始横截面积的平方根的比值k为常数，这样的拉伸试样称为比例试样。•k=5.65的试样称为短比例试样，其断后伸长率为A•k=11.3的试样称为长比例试样，其断后伸长率为A11.3•试验时，一般优先选用短比例试样，但要保证原始标距不小于15mm，否则，建议选用长比例试样或其他类型试样。•非比例试样：它的标距与试样截面不存在比例关系，称为非比例试样。二）按L0与S0的关系分类圆形截面的比例试样L0与d0的关系•对圆形试样，S0＝d2/4•当k＝5.65时：•当k＝11.3时：5d4πd5.65SkL200d14πdSkL20003.111.试样尺寸的测量•测量计算试样的原始横截面积。•圆形截面试样（新规定）：在标距两端及中间三处横截面上相互垂直两个方向测量直径，以各处两个方向测量的直径的算术平均值计算横截面积;取三处测得横截面积的平均值作为试样原始横截面积。三.拉伸试验前的准备即：两端和中间三点六次测量直径，计算原始横截面积•附录B、D规定：如果试样的公差满足标准要求，原始横截面积可以用名义值，而不必通过实际测量再计算。•宜在试样平行长度中心区域以足够的点数测量试样的相关尺寸。•原始横截面积S0是平均横截面积，应根据测量的尺寸计算。2002版规定为S0是最小横截面积。•计算原始横截面积时，需要至少保留四位有效数字或小数点后两位，取其较精确者，π至少取4位有效数字。3.测量部位和方法1）称重法测定试样原始横截面积•试样应平直，两端面垂直于试样轴线。测量试样长度Lt，准确到±0.5%；•称试样质量m，准确到±0.5%；•测出或查出材料密度ρ，准确到三位有效数字。按下式计算原始截面积：•注：称重方法仅适用于具有恒定横截面的试样。10000mSLt2）螺纹钢筋试样的原始横截面积•螺纹钢筋的产品标准大多数都规定试样采用•“标称原始横截面积”，•或按“标称原始直径”，•计算原始横截面积。•采用公称尺寸：标准/协议许可3）光滑钢筋试样的原始横截面积•如相关产品标准规定采用“标称横截面积”或“标称直径”计算原始横截面积，应按其执行。•如相关产品标准没有具体规定，可采用实测尺寸或用称重法测定原始横截面积。•圆形横截面试样：原始直径测量允许误差不超过±0.5%。•其他横截面形状的试样：原始横截面积测量误差不超过±1%。•称重方法：接近±1%以内。4原始横截面积测定误差要求5其他相关尺寸测量要求原始标距：±1%断后标距：±0.25mm断后最小横截面积：±2%•试验机应按照GB/T16825进行检验，并应为1级或优于1级准确度。•引伸计的准确度级别应符合GB/T12160的要求。•测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点延伸率、规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度，以及规定残余延伸强度的验证试验，应使用不劣于1级准确度的引伸计；三.拉伸试验设备测试项目级别ReL，ReH，Rp，Rt，Rr，Ae1Rm，Agt，Ag，At，A2•测定其他具有较大延伸率的性能，例如抗拉强度、最大力总延伸率和最大力非比例延伸率、断裂总伸长率，以及断后伸长率，应使用不劣于2级准确度的引伸计。测试项目级别ReL，ReH，Rp，Rt，Rr，Ae1Rm，Agt，Ag，At，A2•引伸计应定期检定。•日常试验要经常标定引伸计级别标定器分辨力相对误差10.5±0.321.0±0.61.原始标距（Lo）：施力前的试样标距。2.断后标距（Lu）：试样断裂后的标距。3.平行长度（Lc）：试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间平行部分的长度。4.伸长：试验期间任一时刻原始标距Lo的增量。5.伸长率：原始标距的伸长与原始标距Lo之比的百分率。6.断后伸长率（A）：断后标距的残余伸长（Lu-Lo）与原始标距Lo之比的百分率。注：对于比例试样，若原始标距不为5.65So1/2（So为试样平行长度的横截面积），符号A应附以下角标说明所使用的比例系数，例如，A11.3表示原始标距为11.3So1/2的断后伸长率。一）有关术语的定义四.拉伸试验与（引伸计）有关术语的定义1.引伸计标距（Le）：用引伸计测量试样时所使用试样平行长度部分的长度。2.延伸：试验期间任一给定时刻引伸计标距Le的增量。3.屈服点延伸率（Ae）：呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，屈服开始至均匀加工硬化开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距Le之比的百分率。4.最大力总延伸率（Agt）：最大力时原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距e之比的百分率。5.最大力塑性延伸率（Ag）：最大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距Le之比的百分率。6.断裂总伸长率（At）：断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距Le之比的百分率。A—断后伸长率Ag—最大力塑性延伸率Agt—最大力总延伸率At—断裂总延伸率e—延伸率mE—应力-延伸率曲线上弹性部分的斜率R—应力Rm—抗拉强度Δe—平台范围三）几种常见材料的应力-应变曲线四）拉伸试验要求1.设定试验力零点：试验两端被夹之前，应设定力测量系统的零点。2.试验的夹持方法：使用楔形夹头、螺纹夹头等合适的夹具夹持，并确保试样和夹具对中。3.选择合适的试验速率测试各种拉伸性能：•A.应变速率（包括横梁位移速率）•B.应力速率试验速率•横梁位移速率，mm/min•未考虑机器弹性柔度，很少使用•应力速率，N/mm2s-1•液压试验机(工程应用较多）•应变速率，mm/mms-1或s-1•衡量试样变形快慢最本质的方式关于ReH，ReL，Rp屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度ReH：试样发生屈服而首次下降前的最大应力。下屈服强度ReL：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力。上屈服强度下屈服强度屈服平台•ReH和ReL的计算公式：eLeL0FRS0HHSFRee•在正常试验条件下，由于下屈服强度ReL的数值较为稳定，再现性较好，所以常将下屈服强度ReL选作屈服强度指标。•在特别要求的情况下也可能测定上屈服强度。•1.试验速率的选择•（1）A（应变速率控制的试验速率）：•可选用下面两个范围之一：•范围1：=0.00007s-1，相对误差±20%•范围2：=0.00025s-1，相对误差±20%（推荐）•（2）B（应力速率控制的试验速率）：•如仅测定上屈服强度，试验速率应恒定并保持在下表的规定范围内。（一）ReH和ReL的测定eLeeLe材料弹性模量E/MPa应力速率/MPa/s最小最大150000220≥150000660•如仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/s～0.0025/s之间，并尽可能保持恒定。•引伸计标距应≥1/2L0。引伸计不劣于1级•记录力－延伸曲线数据，直至超过屈服阶段•判定原则：–屈服前的第一个峰值力为上屈服力，不管其后的峰值力比它大或小。–屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一个谷值力，取其余谷值力中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力，此谷值力判为下屈服力。–正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。2.试验方法的选择（1）图解法•屈服前的第1个峰值应力判为上屈服强度，其后的峰值应力比它小；•屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值应力，舍弃第1个谷值应力不计，取其余谷值应力中最小值判为下屈服强度；初始瞬时效应图解法：例1所谓初始瞬时效应是指从上屈服强度向下屈服强度过渡时发生的瞬时效应•采用指针方法测定ReH和ReL时，试验人员要注视试验机测力表盘指针的指示，按照定义判定上屈服力和下屈服力；•当指针首次回转前指示的最大力判定为FeH；•当指针首次停止转动保持恒定的力判定为FeL；•当指针出现多次回转，则不考虑第一次回转，而取其余这些回转指示的最低力判定为FeL；•当只有一次回转，则其回转的最低力判定为FeL。（2）指针法（测定ReH和ReL）（五）抗拉强度Rm的测定1.试验速率:0.008s-1若测定ReH和ReL时的应变速率为0.00007s-1(范围1)或0.00025s-1(推荐的范围2)，将应变速率提高到0.008s-1。2.图解法3.指针法eLe1.图解法测定Rm•定义：材料过了屈服后所能承受的最大应力。从力—伸长曲线测定Fm的几种类型–注视指针的指示，对于连续屈服类型,读取试验过程中指示最大的力，对于不连续屈服类型，读取屈服阶段之后指示的最大的力作为最大力Fm，进而计算抗拉强度Rm。指针法测定Rm缩颈现象•在力－伸长曲线上的最大载荷处，塑性变形主要集中于试样的某一局部区域，该处横截面积急剧减小，这种现象体称为缩颈。是韧性材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。最大力塑性延伸率Ag和最大力总延伸率Ag