金屬材料室溫拉伸試驗方法標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)講稿

熱情歡迎參與金屬力學(xué)性能試驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)班代表金屬力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)概述在力學(xué)、化學(xué)、金相、無損檢驗中。金屬力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)是冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)中重要的一部分。按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對本部分的分類，有如下5部分：拉伸試驗硬度試驗韌性試驗延性試驗疲憊試驗金屬材料力學(xué)性能試驗國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)概述

金屬材料第1部分：室溫拉伸試驗方法概述GB228修改接受（MOD）ISO6892-1:2009第一部分GB/T228—接受ISO6892—09技術(shù)說明其次部分GB/T228—與GB/T228—02標(biāo)準(zhǔn)對比第三部分GB/T228—標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容說明第四部分GB/T228—引用標(biāo)準(zhǔn)介紹說明

概述

GB/T228標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷史GB228-1963金屬拉力試驗法（制定）GB228-1976金屬拉力試驗法（第1次修訂）GB228-1987金屬拉伸試驗方法（第2次修訂）GB228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法（第3次修訂）

GB228-20--金屬材料室溫拉伸試驗方法（第4次修訂）金屬材料室溫拉伸試驗

技術(shù)內(nèi)容變更我國的金屬室溫拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)GB/T228主要技術(shù)內(nèi)容完全與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6892新標(biāo)準(zhǔn)相同。

（見國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6892-1:2009）其次部分拉伸性能的測定本標(biāo)準(zhǔn)定義了12種可測拉伸性能，這些性能是：強度性能：上屈服強度（ReH）下屈服強度（ReL）規(guī)定塑性延長強度（RP）規(guī)定總延長強度（Rt）規(guī)定殘余延長強度（Rr）抗拉強度（Rm）

塑性性能屈服點延長率（Ae）最大力總延長率（Agt）最大力塑性延長率（Ag）斷裂總延長率（At）斷后伸長率（A）(無縮頸塑性伸長率AWn)斷面收縮率（Z）金屬材料典型拉伸曲線金屬拉伸曲線分析

金屬拉伸曲線分析aoa－彈性變形階段線性可逆性bab－滯彈性變形階段非線性滯后性cbc－微塑性變形不行逆性dcde－屈服階段塑性變形急劇增加eef－應(yīng)變硬化階段塑性變形勻整連續(xù)ffg－縮頸變形階段產(chǎn)生縮頸變形g斷裂

第1階段：彈性變形階段（oa）

兩個特點：

a從宏觀看，力與伸長成直線關(guān)系，彈性伸長與力的大小和試樣標(biāo)距長短成正比，與材料彈性模量及試樣橫截面積成反比。

b變形是完全可逆的。

加力時產(chǎn)生變形，卸力后變形完全復(fù)原。從微觀上看，變形的可逆性與材料原子間作用力有干脆關(guān)系，施加拉力時，在力的作用下，原子間的平衡力受到破壞，為達到新的平衡，原子的位置必需作新的調(diào)整即產(chǎn)生位移，使外力、斥力和引力三者平衡，外力去除后，原子依靠彼此間的作用力又回到平衡位置，使變形復(fù)原，表現(xiàn)出彈性變形的可逆性，即在彈性范圍保持力一段時間，卸力后仍沿原軌跡回復(fù)。Oa段變形機理與高溫條件下變形機理不同，在高溫保持力后會產(chǎn)生蠕變，卸力后表現(xiàn)出不行逆性。由于在拉伸試驗中無論在加力或卸力期間應(yīng)力和應(yīng)變都保持單值線性關(guān)系，因此試驗材料的彈性模量是oa段的斜率。

用以下公式求得：

E＝σ/ε

oa線段的a點是應(yīng)力－應(yīng)變呈直線關(guān)系的最高點，這點的應(yīng)力叫理論比例極限，超過a點，應(yīng)力－應(yīng)變則不再呈直線關(guān)系，即不再符合虎克定律。比例極限的定義在理論上很有意義，它是材料從彈性變形向塑性變形轉(zhuǎn)變的，但很難精確地測定出來，因為從直線向曲線轉(zhuǎn)變的分界點與變形測量儀器的辨別力干脆相關(guān)，儀器的辨別力越高，對微小變形顯示的實力越強，測出的分界點越低，這也是為什麼在最近兩版國家標(biāo)準(zhǔn)中取消了這項性能的測定，而用規(guī)定塑性（非比例）延長性能代替的緣由。

第2階段：滯彈性階段（ab）

在此階段，應(yīng)力－應(yīng)變出現(xiàn)了非直線關(guān)系，其特點是：當(dāng)力加到b點時然后卸除力，應(yīng)變?nèi)钥苫氐皆c，但不是沿原曲線軌跡回到原點，在不同程度上滯后于應(yīng)力回到原點，形成一個閉合環(huán)，加力和卸力所表現(xiàn)的特性仍為彈性行為，只不過有不同程度的滯后，因此稱為滯彈性階段，這個階段的過程很短。這個階段也稱理論彈性階段，當(dāng)超過b點時，就會產(chǎn)生微塑性應(yīng)變，可以用加力和卸力形成的閉合環(huán)確定此點，當(dāng)加卸力環(huán)第1此形成開環(huán)時所對應(yīng)的點為b點。

第3階段：微塑性應(yīng)變階段（bc）

是材料在加力過程中屈服前的微塑性變形部分，從微觀結(jié)構(gòu)角度講，就是多晶體材料中處于應(yīng)力集中的晶粒內(nèi)部，低能量易動位錯的運動。塑性變形量很小，是不行回復(fù)的。大小仍與儀器辨別力有關(guān)。第4階段：屈服階段（cde）

這個階段是金屬材料的不連續(xù)屈服的階段，也稱間斷屈服階段，其現(xiàn)象是當(dāng)力加至c點時，突然產(chǎn)生塑性變形，由于試樣變形速度特別快，以致試驗機夾頭的拉伸速度跟不上試樣的變形速度，試驗力不能完全有效的施加于試樣上，在曲線這個階段上表現(xiàn)出力不同程度的下降，而試樣塑性變形急劇增加，直至達到e點結(jié)束，當(dāng)達到c點，在試樣的外表面能視察到與試樣軸線呈45度的明顯的滑移帶，這些帶稱為呂德斯帶，起先是在局部位置產(chǎn)生，漸漸擴展至試樣整個標(biāo)距內(nèi)，宏觀上，一條呂德斯帶包含大量滑移面，當(dāng)作用在滑移面上的切應(yīng)力達到臨界值時，位錯沿滑移方向運動。在此期間，應(yīng)力相對穩(wěn)定，試樣不產(chǎn)生應(yīng)變硬化。

C點是拉伸試驗的一個重要的性能判據(jù)點，de范圍內(nèi)的最低點也是重要的性能判據(jù)點，分別稱上屈服點和下屈服點。e點是屈服的結(jié)束點，所對應(yīng)的應(yīng)變是判定板材成型性能的重要指標(biāo)。第5階段：塑性應(yīng)變硬化階段（ef）

屈服階段結(jié)束后，試樣在塑性變形下產(chǎn)生應(yīng)變硬化，在e點應(yīng)力不斷上升，在這個階段內(nèi)試樣的變形是勻整和連續(xù)的，應(yīng)變硬化效應(yīng)是由于位錯密度增加而引起的，在此過程中，不同方向的滑移系產(chǎn)生交叉滑移，位錯大量增殖，位錯密度快速增加，此時必需不斷接著施加力，才能使位錯接著滑移運動，直至f點。f點通常是應(yīng)力－應(yīng)變曲線的最高點（特殊材料除外），此點所對應(yīng)的應(yīng)力是重要的性能判據(jù)。

第6階段：縮頸變形階段（fg）

力施加至f點時，試驗材材料的應(yīng)變硬化與幾何形態(tài)導(dǎo)致的軟化達到平衡，此時力不再增加，試樣最薄弱的截面中心部分起先出現(xiàn)微小空洞，然后擴展連接成小裂紋，試樣的受力狀態(tài)由兩向變?yōu)槿蚴芰顟B(tài)。裂紋擴展的同時，在試樣表面可看到產(chǎn)生縮頸變形，在拉伸曲線上，從f點到g點力是下降的，但是在試樣縮頸處，由于截面積已變小，其真應(yīng)力要大大高于工程應(yīng)力。試驗達到g點試樣完全斷裂。從以上典型的拉伸曲線上，可以測定金屬材料如下性能：

1上屈服強度：（c點）試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力

2下屈服強度：（e點）屈服期間的最低應(yīng)力，要留意這里要解除初始瞬時效應(yīng)最低應(yīng)力點所對應(yīng)的應(yīng)力。

3抗拉強度：（f點）在最大力點所對應(yīng)的應(yīng)力。

4屈服點延長率：（ae）對于呈現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的材料，從屈服起先至勻整硬化起先之間的延長率。要留意起點和終點的判定。

5最大力總延長率：f點處作一垂線，橫座標(biāo)原點與交點長度對應(yīng)的伸長率（包括在此條件下的彈性伸長和塑性伸長率）。

6最大力塑性延長率：f點處作一平行于彈性段的直線，橫座標(biāo)原點與交點對應(yīng)的伸長率。

7斷裂總延長率：（g點）斷裂時刻的試樣總伸長率（包括彈性伸長和塑性伸長率）。

拉伸過程中無明顯屈服脆性材料（如淬火鋼和高強鋼）的拉伸曲線：

8規(guī)定塑性延長強度Rp：

規(guī)定塑性延長率對應(yīng)的應(yīng)力，即在代表伸長的橫坐標(biāo)上取規(guī)定的伸長量，平行于彈性線段作始終線。在與曲線交點處作一水平線與力軸的交點力值所對應(yīng)的應(yīng)力為Rp。一般稱平行線法，適用于彈性段為直線的拉伸曲線。

對于彈性段不是直線的拉伸曲線，上述方法無法用，此時要用滯后環(huán)法或逐步靠近法進行測定。

9規(guī)定總延長強度Rt：

規(guī)定總延長率對應(yīng)的應(yīng)力，即在代表伸長的橫坐標(biāo)上取規(guī)定的伸長量，平行于力軸作始終線。在與曲線交點處作一水平線與力軸的交點力值所對應(yīng)的應(yīng)力為Rt。關(guān)于金屬的拉伸試驗速率1試驗速率的本質(zhì)2試驗速率的方式3試驗速率方式的評價分析4拉伸速率對性能的影響5拉伸速率的規(guī)定6應(yīng)力速率與應(yīng)變速率的轉(zhuǎn)換測定拉伸性能對試樣的要求1標(biāo)距(6.1.1)2平行長度(6.1.2)3過渡半徑(6.1.2)4矩形試樣寬厚比5試樣頭部形態(tài)6圓形截面比例試樣7矩形截面比例試樣8扁材、線材試樣9直徑小于4mm線材試樣10管材試樣拉伸試驗要求1試驗力零點設(shè)置2試樣夾持方法,ISO-10.2條(49)3試驗速率的選擇及表示限制試驗速率的方式試驗條件的表示

1上屈服強度的測定

2下屈服強度的測定應(yīng)留意以下幾點：

a）當(dāng)材料呈現(xiàn)明顯屈服時，相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定或說明測定上屈服強度（ReH）或下屈服強度（ReL）或兩者。相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)無規(guī)定時，測定上屈服強度（ReH）和下屈服強度（ReL）；只呈現(xiàn)單一屈服（呈現(xiàn)屈服平臺）狀態(tài)的狀況，測定為下屈服強度（ReL）。

b）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中要求測定屈服強度，但材料不呈現(xiàn)出明顯屈服時，材料不具有可測的上屈服強度（ReH）和（或）下屈服強度（ReL）性能。建議測定規(guī)定塑性延長強度（RP0.2），并注明“無明顯屈服”。

有可能出現(xiàn)上述狀況的材料，建議相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定測定屈服強度時說明當(dāng)無明顯屈服時要測定規(guī)定塑性延長強度（RP0.2）。

c）如材料屈服期間力并無下降或保持恒定，而是呈緩慢增加，只要能辨別出力在增加，則判為無明顯屈服狀態(tài)。3規(guī)定塑性延長強度的測定

塑性延長量?L（偏離彈性點的變形量）塑性延長率ep(ep＝?L/Le)規(guī)定塑性延長率ep0.2規(guī)定塑性延長強度Rp0.2＝ep0.2對應(yīng)的應(yīng)力（Rp0.2＝Fp/S0）1)常規(guī)平行線方法

常規(guī)平行線方法適用于具有明顯彈性直線段的材料。在應(yīng)力—延長率曲線圖上，在延長軸上用等于規(guī)定塑性延長率的截距點作平行于彈性直線段的平行線，交曲線于一點，此點對應(yīng)的力為所求測的規(guī)定塑性延長力，此力除以試樣原始橫截面積S0便得到規(guī)定塑性延長強度。見標(biāo)準(zhǔn)圖3.ep－規(guī)定的塑性延長率

3)逐步靠近方法ISO6892第13條的注。逐步靠近方法既適用具有彈性直線段材料，也適用于無明顯彈性直線段材料測定規(guī)定塑性延長強度。此方法是建立在“表觀比例極限不低于規(guī)定塑性延長強度RP0.2的一半”的假定，這一假定對于常見的金屬材料基本真實。

4規(guī)定總延長強度的測定試驗時，記錄力—延長曲線，直至超過規(guī)定總延長強度。在力—延長曲線上的延長軸上用等于規(guī)定總延長率的截距作平行于力軸的平行線，與曲線點對應(yīng)的力即為規(guī)定總延長力，此力除以試樣原始橫截面積便得到規(guī)定總延長強度。見圖4.總延長率與塑性延長率之間相差的是彈性部分。5規(guī)定殘余延長強度的驗證

這種驗證方法較簡潔。對試樣連續(xù)施加力直至相應(yīng)規(guī)定殘余延長強度的力，并在此力保持10秒～12秒時間后卸除力，檢驗殘余延長是否超過規(guī)定值。假如未超過，則確認(rèn)試樣通過驗證合格，假如超過，則確認(rèn)試樣不合格。示例：Rr0.5＝750MPa表明施加應(yīng)力750MPa產(chǎn)生的殘余延長率小于0.5％。這種驗證方法，對于只要求判定產(chǎn)品合不合格，而不要求知道具體性能值是多少的場合是很有用的，因為驗證的效率高，對大批量和多批量產(chǎn)品的檢驗有利。但這種驗證的方法，僅僅能對相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的規(guī)定殘余延長強度進行驗證合格與否，并不能得到性能的準(zhǔn)確數(shù)值。因此，相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議應(yīng)說明是否接受驗證方法或具體測定的方法。6屈服點延長率的測定

對于不連續(xù)屈服的材料，用變形硬化起先點的延長減去上屈服點處的延長，除以引伸計標(biāo)距得到屈服點延長率。變形硬化起先點的確定見圖7：a)水平線法b)回來線法試驗報告中應(yīng)注明接受的方法。7最大力總延長伸率的測定

8最大力塑性延長率的測定

試驗時記錄力—延長曲線，直至過了最大力點，見圖1。最大力點的總延長△Lm除以引伸計標(biāo)距Le，即為最大力總延長率，按下式計算：

將最大力總延長扣除彈性延長部分即為最大力塑性延長，將其除以引伸計標(biāo)距便得到最大力塑性延長率，按下式計算：

無縮頸塑性伸長率AWn測定方法很多材料，最大力產(chǎn)生于縮頸起先范圍，表明Ag和AWn基本相同，但對大變形冷加工材料、輻照后結(jié)構(gòu)鋼Ag和的AWn則有不同.棒材、線材和條材等長產(chǎn)品，可接受標(biāo)準(zhǔn)附錄I供應(yīng)的人工測量AWn方法。為使測量有效，應(yīng)滿足：a)測量區(qū)的范圍應(yīng)處于距離斷裂處至少5d（d為試樣直徑）和距離夾頭至少為2.5d。b）測量用的原始標(biāo)距應(yīng)至少等于相產(chǎn)品中規(guī)定的值。AWn按下式計算：

9斷裂總延長率的測定試驗時記錄力—延長曲線，直至試樣完全斷裂，（見圖1和后圖）。斷裂點的總延長除以引伸計標(biāo)距即得到斷裂總延長率，按下式計算。

斷后伸長率測量要點1斷樣處于同一軸線2斷面適當(dāng)接觸3干脆測量條件4移位法測量(附錄H)5自動法測量6A<5%測量方法（附錄G）7表示方法與換算8修約間隔干脆測量條件：

A試樣斷裂處距離等于或大于1/3L0時;

B斷后伸長率大于或等于規(guī)定值時，不管斷在何處，干脆測量LU。

移位法測量：

若試樣斷裂處與標(biāo)距標(biāo)點的距離小于L0/3，可接受“移位方法”（見附錄H）測定伸長率。等于或大于規(guī)定最小值狀況也可接受“移位方法”。

自動方法測量：

允許運用自動系統(tǒng)或裝置測定斷后伸長率和斷裂總伸長率，應(yīng)留意：

a)引伸計標(biāo)距應(yīng)等于試樣原始標(biāo)距。

b)斷裂位置處于引伸計標(biāo)距范圍內(nèi)方為有效;但如伸長率等于或大于規(guī)定最小值，不管斷裂位置處于何處測量均為有效。A的表示方法與換算A－在短比例標(biāo)距試樣上測得的斷后伸長率A11.3－在長比例標(biāo)距試樣上測得的斷后伸長率A80mm

在定標(biāo)距試樣（80mm）上測得的斷后伸長率

AA11.3A50A200

碳鋼10.75810.574

奧氏體鋼10.91610.83911斷面收縮率Z的測定斷面收縮率也是金屬材料重要的延性性能，但由于試樣拉斷時形成的最小橫截面形態(tài)困難性，沒有各種形態(tài)截面試樣的測定方法規(guī)定測定方法。依據(jù)斷面收縮率的定義“斷裂后試樣橫截積的最大縮減量（S0-Su）與原始橫截面積（S0）之比的百分率”。對于圓形橫截面試樣，通過測定試驗前的原始橫截面積（S0），和斷后最小橫截面積（Su）來計算斷面收縮率。橫截面測量精確至±2％。1.斷面形態(tài)：新標(biāo)準(zhǔn)沒規(guī)定。2.Su的測量應(yīng)精確至±2％。對于小直徑或其它截面試樣Z的測定，測量精確度較難達到±2％。

（指南一書80-83頁）1）圓形橫截面試樣Z的測定。在斷面最小處相互垂直方向測量直徑，用平均值計算最小橫截面積。2）矩形橫截面試樣Z的測定。用斷面最小厚度及最大寬度計算。

各類試樣S0的測量1）厚度0.1～<3mm薄板試樣：面積精確至±2％，特薄板試樣寬度誤差<2％。2）厚度≥3mm的板、扁材及尺寸≥4mm線、棒、型材試樣：尺寸測量精確至±0.5％。3）尺寸<4mm線、棒、型材試樣：面積測量精確至±1％。4）管材試樣（全截面或條狀）：原始橫截面測量精確至±1％。

一拉伸試驗測量不確定度評定原則拉伸試驗測量不確定度是依據(jù)誤差累計原理，以試驗方法標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)檢定標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)評定的。當(dāng)評定試驗結(jié)果總分散度時，測量不確定度包括材料不勻整性帶入的分散。因此這種評定方法對試驗室實際應(yīng)用是有意義的。評定時要考慮試驗方法的特點，接受設(shè)備或儀器相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。二評定測量不確定度的步驟1)求A類不確定度（公式J.1）依據(jù)一組或多組試驗結(jié)果，求出標(biāo)準(zhǔn)偏差。2)求B類不確定度(公式J.2)依據(jù)設(shè)備儀器校驗證書或相關(guān)文件規(guī)定極限，要考慮分布規(guī)律。3）計算合成不確定度（公式J.3）用方和根方法計算。4）計算擴展不確定度按置信水平95％，擴展系數(shù)K＝2

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文件JJF1059－1999測量不確定度評定與表示基本概念、術(shù)語（不確定度、A類不確定度、B類不確定度、合成不確定度、擴展不確定度等）建立測量模型（依據(jù)不同試驗方法類型）各不確定度的評定（A類、B類、合成、擴展）測量不確定度的報告與表示相關(guān)引用標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗機的檢驗（相應(yīng)級別試驗機試驗力誤差規(guī)定）

單軸試驗用引伸計的標(biāo)定

(規(guī)定級別引伸計的量程、系統(tǒng)誤差要求)

數(shù)值修約規(guī)則（ISO6892不列入）（有效位數(shù)、修約間隔、修約規(guī)則）三影響性能測定結(jié)果精確度的因素分析影響拉伸性能測定結(jié)果精確度的因素主要歸為兩大類如下：a)計量參數(shù)類：例如試驗機級別、引伸計、試樣尺寸，包括試樣原始橫截面尺寸等。b)材料和試驗限制參數(shù)：例如材料性能的勻整性、試樣制備的方法、試樣形態(tài)及公差、試驗速率、試樣受力的軸向性、試驗溫度、數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)、軟件的偏差，以及人為誤差等。四不確定度重量分析1.與材料無關(guān)的未定系統(tǒng)誤差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的未定系統(tǒng)誤差有：a)允許的測力誤差（1級精確度）：±1%；b)允許的測應(yīng)變（位移）誤差（1級引伸計精確度）：±1%；c)允許的標(biāo)距誤差（1級引伸計）：±1%；d)允許的測原始橫截面積誤差：±1%；e)允許的測斷后最小橫截面積誤差：±2%。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各種性能，并不是每一種都與上述5種誤差重量相關(guān)。例如，ReH、ReL和Rm三項性能與力的測量和原始橫截面積的測量相關(guān)，所以這些性能與1)和4)項誤差相關(guān)。RP這一性能除與1)和4)項誤差相關(guān)外，還與2)和3)項誤差相關(guān)，因為由延長確定所測的力，而延長是通過引伸計測量的。這一性能與標(biāo)距誤差和延長測量誤差（接受引伸計方法測）相關(guān)，即與3)和4)項誤差相關(guān)。Z這一性能與原始橫截面積和斷后最小橫截面積測量誤差相關(guān)，即與4)和5)項誤差相關(guān)。六.抗拉強度測量不確定度示例1數(shù)學(xué)模型按抗拉強度公式計算。2重量分析a)一組重復(fù)的試驗數(shù)據(jù)b)試驗力重量c)試樣面積誤差重量d)結(jié)果的修約3不確定度合成4擴展不確定度4結(jié)果的表示

1基本公式2不確定度重量分析(ISO6892J.4說明)a）用一組試驗數(shù)據(jù)得到A類不確定度重量用10支d=10mm圓形截面試樣在同一條件下重復(fù)試驗，測出的強度均值Rm＝600N/mm2（591～609N/mm2），試驗結(jié)果包括了材料分散度在內(nèi)。平