ASTME8-13测定拉伸试验的标准试验-培训讲稿

ASTME8/E8M-2013a金属材料室温拉伸的试验方法编制：李凤英、卢小成2015年元月一、范围和定义本方法适用于室温下任何形状的金属材料的室温拉伸，特别是对于屈服强度、屈服点伸长率、抗拉强度、伸长率和断面收缩率的测定。E8和E8M试样最大区别在于原始标距，E8对于圆形试样标距长度的要求是4D，而E8M是5D。除非另有规定，室温应定为10℃~38℃。二、术语抗拉强度：材料所能承受的最大抗拉应力屈服强度：上屈服强度：轴向试验中，伴随不连续屈服首次出现的应力最大值（首次出现拐点时的应力）。下屈服强度：轴向试验中，在不考虑瞬时效应的情况下，不连续屈服过程中记录的最小应力。*仲裁试验：为解决对规定要求的符合性的不一致而执行的试验，或者由第三方执行的试验。。三、意义及用途提供了在单轴拉伸下材料的强度和延性数据。拉伸试验结果不一定代表最终产品或它在不同环境中工作的强度与延性性能。本试验方法可用于商业验收试验，并已广泛用于贸易。四、设备要求试验机应符合ASTME4《试验机的力校验方法》。夹持装置：传递试验机对试样施加力的各种类型装置均可使用，只需保证试样的轴线与试验机夹头中心线重合。设备----夹具类型锲形夹具通常适用于夹持塑性金属长试样和扁平试样的一种合适的装置。为了夹持，希望每个锲形锯齿形面的整个长度均与试样接触对于短试样，一般需要使用机械加工试样和特殊夹持装置以保证试样负荷尽可能沿拉伸轴均匀分布。设备---夹具类型螺纹夹具台阶夹具设备----夹具类型薄板夹具丝材夹具设备尺寸测量装置：用于测量直线尺寸的千分尺或其它装置，至少应有每个要求测量尺寸最小单位一半的精度。引伸计：应符合标准E83对本试验步骤中规定级别的引伸计。标距等于或小于试样名义标距的引伸计可以用来测定屈服强度。对于全截面的试样（丝材、线材和棒材），测定屈服性能的引伸计标距不应超过夹具间距离的80%。用于测量断裂时伸长的引伸计标距应等于试样规定的名义标距五、取样和制备要求对于厚度、直径或平面间距小于或等于40mm的产品在中心位置取样。对于厚度、直径或平面间距大于40mm的产品在中心至表面的中间位置取样。试样加工过程中，必须保证试验结果的最大精确度和最小的偏差。制备缩减段时，应避免冷加工、缺口、刀痕、毛刺、粗糙表面或边角、过热或其他对性能测量造成有害的影响。对于脆性材料，标距两端应使用半径大的过渡圆弧试样表面光洁度应按适用的产品标准规定六、试样类型1、平板试样试样适用于板材、型材和平板材料公称厚度5mm以上的金属材料试验。平板试样图平板试样尺寸要求试样类型2、薄板试样试样用于薄板、板材、扁平线材、带材、条、环、矩形和型材的公称厚度在0.13~19mm范围内的金属材料试验。使用右图试样检测薄的或高强度材料的弯曲，必须在夹持端部使用刚性加强板。销钉固定的拉伸试样销钉固定的拉伸试样尺寸试样类型3、圆柱形试样标准试样的直径为12.5mm当试验材料不能制备标准试样时，可采用其他尺寸圆柱形小试样。右图为能获得满意结果的各种端部形状的试样。各种端部形式符合E8端部尺寸要求符合E8M端部尺寸要求E8和E8M试样图E8和E8M试样尺寸的要求试样类型4、线材、条材和棒材试样对于圆形钢丝、盘条和棒材，应使用全截面试样。对于测量直径小于4mm的线材伸长率的标距应符合产品标准的规定。除非另有规定，在测量直径等于或大于4mm的钢丝、盘条或棒材时，应使用五倍于直径的标距。试样总长度至少应等于标距加上使用夹具所要求的材料的长度。5、矩形截面棒材试样全截面试样----允许减小试验部分宽度，以使断裂发生在标记之内，但减少宽度不应小于原始宽度90%。试样类型6、管材试样对于管材公称外径在25mm及其以下的小管，应使用全尺寸管段作为拉伸试样，这是标准惯例。将管塞插入管材试样两端内足够深度，以便试验机钳口牢固地夹持试样。塞头不得伸到测量伸长的试样部分内。图塞头形状及在试样和试验机中的位置。试样类型管材试样对于不能用全截面的大直径管，试样取样位置如右图对于壁厚小于20mm管材，可采用下图试样，试样的形状和尺寸可采用与12.5mm标准试样成比例的小试样。对于管壁厚度等于或大于20mm,可使用标准试样。切取的拉伸试样位置试样类型大直径管材剖管拉伸试样管材横向拉伸试样位置B将试样压平试样类型7、锻造试样优先选择最大圆柱形试样，如不能，可考虑平板试样。使用产品标准推荐的试样，可从锻件的最主要部分或最厚部分截取，也可从锻件延展部分或代表性部分。无要求时，试样轴线应予晶粒流向平行。8、铸造试样可锻铁试样模铸试样七、试验步骤（一）试样机的准备：在机器启动或长时间未启用时，应检查试验机或将其预热到正常的操作温度。（二）试样尺寸的测量1、直接测量试样横截面（1）对于横截面尺寸≥5mm时，应测量并记录到最接近的0.02mm（2）对于5横截面尺寸≥2.5mm时，应测量并记录到最接近的0.01mm（3）对于2.5横截面尺寸≥0.5mm时，应测量并记录到最接近的0.002mm2、依据重量法测量（1）称量一个长度不小于最大横截面积尺寸20倍试样的重量来确定不对称试样截面（2）重量至少精确到0.5%（3）横截面积等于试样重量除以材料密度的乘积。3、管材试样的横截面确定如果D/W≤·6时，如果D/W6时，公式A=W*T3、试样标距的标记（1）标记方式：轻打点作标记，轻划线作标记，或最好用墨水划线标距。（2）对于缺口敏感材料和小试样，使用快干墨水有助于断裂后原始标记的定位。（3）对于规定伸长率为3%以下的材料，试验前测量原始标距长度偏差为0.05mm4、试验机调零力的指针为零表明作用在试样上的力为零。通过试样夹具传递的力（预负荷）应由力的测量系统指示出。预夹持瞬时（冲击）力建议不超过材料屈服强度的20%，静止预负荷建议不超过屈服强度的10%。5、试样的夹持对于有缩减部分的试样，试样夹持部分只限于夹持部分，不得夹持在缩减段或过渡圆弧。6、试验速度加载速度的类型（a）应变速度（b）应力速度（c）试验过程中试验机两头分开的速度（d）完成部分时间或整个试验所经历的时间（e）空载十字头速度速度和方法的选择对速度和方法的选择规定一个适当的范围是产品委员会的职责。合适的试验速度范围规定：对使用不同速度引起不同结果的材料所得到的试验结果应符合要求。确定试验速度的方法，取决于材料和所要求的试验结果。几个概念应变速度——单位：mm/mm/min，如试验机不具有测量和控制应变速度的装置，平均应变速度可用计时装置通过观测产生抑制增量应变所需的时间来测定。应力速度——单位：Mpa/s，如试验机不具备测速或指示装置测定和控制应力速度，应力应力平均速度可用秒表通过观察产生已知增量应力所需时间来测定。夹头分离速度——应规定为缩减部分（或夹具间距离）长度的mm/min。几个概念试验时间——从加荷开始（或从某规定应力开始）至断裂瞬间达最大负荷或达到其它规定应力所经历的时间允许范围，应用分钟或秒规定。试验时间可用秒表来确定。十字头空载移动速度——在不加荷的情况下，试验机十字头移动速度的允许范围，应按每缩减部分长度(或没有缩减部分试样夹具间距离）的mm/mm/min规定。对于平均十字头速度可使用适当的长度和时间测量装置在试验中测定。屈服特性的试验速度屈服特性可包括屈服强度和屈服点伸长。除非另有规定，任何常规试验速度可使用至规定屈服强度一半或规定抗拉强度四分之一，以其中最小者为准。在这一点以上的速度应在规定的范围内。如果用来确定屈服强度、屈服点伸长、抗拉强度和断面收缩率时要求不同速度范围，应在产品标准中说明。控制方法方法A测定屈服性能时采用应力速率方法时，应力速率应为1.15MPa到11.5MPa之间。不建议试验机在通过屈服后使用力的信号闭环控制操作，除了用于测试线性弹性部分。对于显示出很低应变速率敏感的测试材料，如一些钢和铝，此法为默认方法。方法B应变速率应为0.015±0.006mm/mm/分钟当试验机运行在封闭环的应变控制时，如果控制参数设置不正确，如果未设置适当的安全限制，或者引伸计滑落，会引起横梁运动失控，造成意外事故。对于航空航天、高温合金、钛的应用和有规定时，应变速率为0.005mm/mm/分钟控制方法方法C当测定屈服性能时，试验机应设置横梁速度等于原缩减截面的0.015±0.003mm/mm/分钟,或对于无缩减截面的样品，为夹具间的距离。抗拉强度的试验速度当材料要求伸长率大于5%时，只测抗拉强度时，试验机的速度设定为每分钟缩减部分长度的0.05~0.5mm/min之间。对于要求的伸长率小于或等于5%的材料，试验机的速度可始终保持在测量屈服特性的速度。试验速度对结果的影响因素1、设备因素试验机的刚度、减震能力、固有的频率和运动部件重量；力的指针精度和试验机不同范围内力的作用；适当的加力速度、用合适的力使试样对中、夹具的平行度、夹持力、控制力的大小、引伸计的适用性和标定、热的散射（通过夹具、引伸计或辅助装置）2、方法因素相同材料的复验协商一致取决于材料的均匀性、试样制备的重复性、试验条件和拉伸试验参数的测定。3、材料因素试验材料的代表性和均匀性、试样型式、试样制备（表面光洁度、尺寸准确度、标距端部过渡圆弧、标距内锥度、弯曲试样、螺纹试样等等）4、测量因素试验力、引伸计、千分尺、分规及其他测量装置的校准，图表记录装置的调整和调零等等。试样表面光滑度的不规则引起的不精确各向异性的材料断后横截面显示非圆，测量结果准确度会受影响断裂部分在标距中间以外，或出现在标点或划线上，A和Z可能不代表材料真实性能。断夹具处或夹具内的线材不能代表材料性能圆形台肩端头得到屈服强度比螺纹试样低0.02%7、屈服强度的测定1、偏置法用此方法，首先确保试验机能画出应力——应变图的数据，然后在此图中划出Om等于规定的永久变形值，划mn平行于OA，这样就确定出mn与应力——应变图交点r。在报告用此法得到的屈服强度时，规定的屈服强度术语后的括号内注明）如屈服强度（偏置=0.2%）=360MPa应用B2级或更好的引伸计残余变形法确定屈服强度的应力-应变曲线屈服强度的测定2、负荷下伸长法（EUL）3、自动绘图法---上屈服屈服强度的测定3、自动绘图法—上下屈服4、负荷暂停法（不连续屈服）在均匀变形速率下对试样施加一逐渐增加的力。当力暂停时，记录下相应的应力为上屈服强度。此法也叫指针暂停法、悬梁落下法和载荷暂停法8、屈服点伸长1、有屈服点伸长率的应力-应变2、带有变形但无屈服点伸长率的应力-应变9、均匀伸长均匀伸长应包括塑性和弹性伸长均匀伸长应使用符合E83规定引伸计用自动的方法测定。a、均匀伸长率低于5%的材料用B2级或B2级以上的引伸计b、均匀伸长率大于或等于5%但低于50%的材料用C级或C级以上的引伸计c、均匀伸长率大于50%的材料用D级或D级以上的引伸计均匀伸长测定在缩颈出现之前最大负荷下确定均匀伸长在最大力附近的平稳段的中心位置测定均匀伸长10、抗拉强度抗拉强度定义用试验过程中最大力除以试样的原始横截面积计算的值为抗拉强度。11、伸长率在报告伸长率值时，应报告出原始标距和增量百分比。如果用与引伸计以外的其他装置与试样缩减部分接触，测量伸长率时，应在报告中注明。如：伸长率=30%以上（50mm标距）当规定伸长大于3%时，将拉断的试样两端仔细地拼合在一起，测量标记间距离，如标距小于等于50mm时，精确到0.25mm,标距大于50mm时，精确到0.5%。可使用百分刻度为标距0.5%的测量仪器读数当规定伸长率小于或低于3%时，可用以下方法测定A、试验之前，测量试样原始标距，精确到0.05mmB、除掉妨碍已断试样两端对接在一起或妨碍进行最后测量的绝部碎片。将已断试样两端相配的表面对接在一起，沿试样轴向施加一个足以使断裂试样两端拼合在一起的力。如有必要，只要试样