金屬材料 延性試驗(yàn) 多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法 編制說(shuō)明

《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》編制說(shuō)明1、任務(wù)來(lái)源根據(jù)國(guó)標(biāo)委發(fā)[2023]58號(hào)“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2023年第三批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知”、國(guó)標(biāo)委發(fā)[2023]63號(hào)“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2023年第四批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃通知”精神，以及全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)SAC/TC183鋼標(biāo)委[2024]02號(hào)文件“關(guān)于下達(dá)全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系優(yōu)化專項(xiàng)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知”所下達(dá)的國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)修訂計(jì)劃：ISO17340:2020《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》該標(biāo)準(zhǔn)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃中，計(jì)劃編號(hào)為20232174-T-605。2、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況①產(chǎn)品主要用途及質(zhì)量情況神舟飛船返回艙著陸沖擊大于航天員可承受的15～20g。利用閉孔泡沫純鋁中大量孔隙的壓縮變形吸收沖擊能量，研制了輕質(zhì)能量吸收器。降低沖擊輸入30g，且具有優(yōu)異空間適應(yīng)性和可靠性，保障了宇航員安全返回。利用通孔多孔鋁合金(σs=20～30MPa)多次微孔消聲和擴(kuò)散膨脹消聲原理研制和優(yōu)化了新型輕武器槍口消聲器。新型高速列車(chē)對(duì)輕質(zhì)、降噪、防火的更高要求，大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵為大尺寸泡沫鋁材料孔隙率高度一致性及成本的苛刻要求，已應(yīng)用于350km/h高速列車(chē)大型件的均勻泡沫鋁及鋁合金（如：滬寧、鄭西高速列車(chē)）為解決國(guó)家試驗(yàn)裝備、儀器和人員安全難題，發(fā)展了可吸收更大能量的高強(qiáng)度球形孔泡沫鋁合金σs≥30MPa及三明治構(gòu)件σs≥50MPa等，均獲成功應(yīng)。汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、高速公路隔音護(hù)欄等多方面的應(yīng)用。3、主要工作過(guò)程起草階段：本標(biāo)準(zhǔn)自2023年12月28日正式立項(xiàng)并下達(dá)任務(wù)，2024年01月由中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖北有限公司牽頭起草,其中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所和東南大學(xué)協(xié)助中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖北有限公司進(jìn)行實(shí)驗(yàn)樣品制備、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和信息收集并成立項(xiàng)目工作小組，共同趕赴中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所和武漢武測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司兩家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始進(jìn)行本項(xiàng)目的比對(duì)試驗(yàn)及研究討論。學(xué)習(xí)國(guó)外有類(lèi)似標(biāo)準(zhǔn)三項(xiàng)：1、ISO13314-2020《金屬的機(jī)械試驗(yàn)延展性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬的壓縮試驗(yàn)》；2、JISH7902-2008《多孔金屬的壓縮試驗(yàn)方法》；3、DIN50134-2008《金屬多孔材料的壓縮試驗(yàn)》。4、GB/T31930-2015《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬的壓縮試驗(yàn)》,5、ISO17340:2014《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》，項(xiàng)目工作小組通過(guò)分析研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)吻合，最終通過(guò)討論選擇國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO17340:2020為本項(xiàng)目參考標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO17340:2020《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》（英文版），為了便于使用，進(jìn)行翻譯和修改。于2023年12月完成標(biāo)準(zhǔn)草案初稿，并在各起草單位內(nèi)部進(jìn)行匯總驗(yàn)證試驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題，前后內(nèi)部征求意見(jiàn)三次并進(jìn)行修改草案。本項(xiàng)目起草人赴東南大學(xué)、中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所、武漢武測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司等單位調(diào)研、技術(shù)交流及驗(yàn)證試驗(yàn)比對(duì)。2024年03月中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖北有限公司、中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所、東南大學(xué)、武漢武測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司等單位項(xiàng)目負(fù)責(zé)人通過(guò)視頻會(huì)議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案逐字逐句討論修改；并邀請(qǐng)湖北省計(jì)量院、海軍工程大學(xué)、武昌造船廠、武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院的力學(xué)專家對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行指導(dǎo)及修改。2024年05月修改后的最終稿作為最后標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿上報(bào)鋼標(biāo)委力學(xué)與工藝性能分技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處。4、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖北有限公司、中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所、東南大學(xué)、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院等單位共同負(fù)責(zé)起草。主要成員：由中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖北有限公司牽頭起草，負(fù)責(zé)試驗(yàn)的驗(yàn)證工作，匯總修改意見(jiàn)，并赴往項(xiàng)目工作小組協(xié)作單位進(jìn)行本項(xiàng)目的比對(duì)試驗(yàn)及研究討論。本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過(guò)程中，遵循“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來(lái)進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定/修訂工作。本標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO17340:2020《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》（英文版）。在起草過(guò)程中，主要按GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)規(guī)則》和GB/T20000.2—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作指南第2部分：采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》的要求編寫(xiě)。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。多孔狀和蜂窩狀金屬材料是由多面體胞體組成的三維多胞材料，可以分為閉孔型和開(kāi)孔型兩種。閉孔結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部胞孔相互獨(dú)立，由母體金屬分離，每個(gè)胞孔都是封閉的。開(kāi)孔結(jié)構(gòu)指內(nèi)部胞孔相互連接在一起，每個(gè)胞孔不是封閉的。多孔狀和蜂窩狀金屬的力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)材料研究和使用的基本參數(shù)，具有較高的比強(qiáng)度和比模量，是較為理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。隨著多孔狀和蜂窩狀材料的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，使得力學(xué)行為成為多孔狀和蜂窩狀金屬材料研究的重要內(nèi)容之一。多孔狀和蜂窩狀金屬細(xì)觀結(jié)構(gòu)主要參數(shù)有相對(duì)密度，孔徑，孔徑分布，孔隙率，體積分?jǐn)?shù)等。多孔狀和蜂窩狀金屬因其獨(dú)特的胞狀孔結(jié)構(gòu)特征，具有優(yōu)異的特性。當(dāng)多孔狀和蜂窩狀金屬用作汽車(chē)的沖擊能量吸收部件時(shí)，其高速壓縮特性對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是必需的。多孔狀和蜂窩狀金屬材料的高速壓縮變形與其靜態(tài)壓縮特性是完全不同的。因此，靜態(tài)壓縮變形的試驗(yàn)方法不適用于高速壓縮試驗(yàn)，建立多孔狀和蜂窩狀金屬材料的高速壓縮標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)方法勢(shì)在必行。隨著工業(yè)和科技的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步，多孔狀和蜂窩狀金屬?gòu)V泛應(yīng)用在具有吸收沖擊特性的領(lǐng)域，如汽車(chē)的防沖撞裝置、機(jī)械設(shè)備及電子設(shè)備的減震墊、宇宙飛船起落架減震元件等。此外，已成功地用于升降機(jī)的減震墊、傳送器的安全墊、高速磨床防護(hù)罩吸能內(nèi)襯等；利用其優(yōu)異熱物理性能的領(lǐng)域，如通孔多孔狀和蜂窩狀金屬可以制作熱交換器和散熱器；利用流通特性的領(lǐng)域，如過(guò)濾器，多孔狀和蜂窩狀金屬用于液體（石油、汽油、制冷劑、聚合物熔體及水懸浮液）、空氣或其它氣流中濾掉固體顆?；蚰承┗钚晕镔|(zhì)；利用吸聲性能及電磁吸收特性領(lǐng)域，如采用合適的聲結(jié)構(gòu)，可以使其產(chǎn)生好的聲吸收效果等；在其它領(lǐng)域的應(yīng)用如具有耐火與滅火相協(xié)調(diào)的可滲透性，可以用在滅火器上，以阻止火焰沿管道蔓延；在化學(xué)工業(yè)上，可利用其巨大的表面特性作高效催化劑載體及反應(yīng)塔的填料等。由于多孔狀和蜂窩狀金屬應(yīng)用范圍極為廣泛，多孔狀和蜂窩狀金屬開(kāi)始涉足民用領(lǐng)域。鑒于其優(yōu)良的綜合性能，多孔狀和蜂窩狀金屬在我國(guó)民用領(lǐng)域的使用范圍不斷擴(kuò)大，具有很好的應(yīng)用前景，因此適合于我國(guó)基本國(guó)情的多孔狀和蜂窩狀金屬試驗(yàn)方法和試驗(yàn)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化研究勢(shì)在必行。本試驗(yàn)方法是在室溫條件下多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法，適用于具有50%或更高孔隙度的多孔狀和蜂窩狀金屬。對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行了量化分析，對(duì)這方面的研究進(jìn)行規(guī)范化。本試驗(yàn)以0.1m/s~100m/s的速度向多孔狀和蜂窩狀金屬材料施加沖擊力，測(cè)量壓縮力和位移，以此來(lái)評(píng)估樣品的高速壓縮形變特性，比如平臺(tái)應(yīng)力以及能量吸收等。給多孔狀和蜂窩狀金屬施加高速壓縮力的試驗(yàn)方法是落錘沖擊試驗(yàn)和伺服式高速壓縮試驗(yàn)。落錘沖擊試驗(yàn)通過(guò)使落錘從指定高度落下來(lái)施加壓縮力,試驗(yàn)速度由跌落高度控制。需要注意的是，在壓縮形變過(guò)程中落錘會(huì)減速。當(dāng)指定試驗(yàn)速度所需要的跌落高度無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以給落錘施加一個(gè)初始速度。伺服式高速壓縮試驗(yàn)通過(guò)液壓式或電動(dòng)式高速伺服設(shè)備施加壓縮力，通過(guò)伺服控制來(lái)改變?cè)囼?yàn)速度。驅(qū)動(dòng)裝置必須能夠跟蹤試驗(yàn)速度。迄今為止，項(xiàng)目工作小組相關(guān)成員已經(jīng)完成《GB/T31930-2015金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬壓縮試驗(yàn)方法》、《GB/T33820-2017金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)，已有豐富經(jīng)驗(yàn)，可以高質(zhì)量完成此次標(biāo)準(zhǔn)修訂任務(wù)。本文件代替GB/T33820-2017《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》，與GB/T33820-2017相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：——增加了符號(hào)和單位（見(jiàn)第4章）；——增加了孔隙率明顯不均勻時(shí)可適當(dāng)提高倍數(shù)的要求[見(jiàn)7.2b)]；——更改了有關(guān)黏合劑的使用規(guī)定[見(jiàn)8.2b)，2017年版的7.2]；——對(duì)全部曲線圖的坐標(biāo)軸符號(hào)進(jìn)行了調(diào)整和修改；——增加了公式中“單位為百分號(hào)（%）”的注解；——更改了壓縮應(yīng)力的單位（見(jiàn)10.2）?！褬?biāo)準(zhǔn)中涉及到的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)換成相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；本標(biāo)準(zhǔn)草案的標(biāo)題形式、整體結(jié)構(gòu)、層次劃分、編寫(xiě)方法、術(shù)語(yǔ)與符號(hào)等技術(shù)內(nèi)容按照國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)的制定格式要求，并完成征求意見(jiàn)稿。本試驗(yàn)方法是在室溫條件下多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法，對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行了量化分析，試驗(yàn)驗(yàn)證工作主要由中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖北有限公司承擔(dān)，并組織去武漢武測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司和中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所兩家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。1）實(shí)驗(yàn)材料多孔狀和蜂窩狀金屬的高速壓縮實(shí)驗(yàn)所用的材料由東南大學(xué)所提供，制備方法是采用熔體發(fā)泡法制備。在制樣過(guò)程中為了盡量減少加工對(duì)局部胞壁的破壞，所有的試樣采用電火花線切割加工。試樣的尺寸為φ30mm×40mm圓柱體，平均孔隙率在82%~85%。2）測(cè)量設(shè)備高速壓縮試驗(yàn)設(shè)備：高應(yīng)變率液壓伺服試驗(yàn)機(jī)（CP100523-901）,設(shè)備廠商：美國(guó)英斯特朗公司。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采取位移速率加載方式，以沖擊力速率0.1m/s~100m/s加載。1）測(cè)試參數(shù)試樣形狀：圓柱形試樣試樣尺寸：φ30mm×40mm試樣平均孔隙率在82%~85%試驗(yàn)測(cè)試速速：1.5m/s、15m/s2）多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)結(jié)果（曲線圖）上圖（共6個(gè)圖）為多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果。多孔狀和蜂窩狀金屬在加工過(guò)程中和在作為功能材料時(shí)都經(jīng)常會(huì)受到一定的載荷作用，而上述主要作為結(jié)構(gòu)材料的場(chǎng)合，更會(huì)處處受到各種型式的載荷作用。所以力學(xué)性能的研究對(duì)其是非常重要和很有必要的。有關(guān)多孔狀和蜂窩狀金屬材料的研究表明。當(dāng)壓縮加載時(shí)，平臺(tái)與孔穴坍塌相關(guān)聯(lián)，在會(huì)產(chǎn)生屈服的多孔狀和蜂窩狀金屬中是通過(guò)塑性鉸接的形成。當(dāng)孔穴已幾乎完全坍塌，以致相對(duì)的壁面接觸時(shí)，進(jìn)一步的應(yīng)變使固體本身壓縮，得出最后的應(yīng)力迅速增大區(qū)。本標(biāo)準(zhǔn)起草小組在對(duì)多孔狀和蜂窩狀金屬鋁做驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)所得出的曲線與上述分析完全吻合。（1）多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)，試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性好。（2）多孔狀和蜂窩狀金屬在進(jìn)行高速壓縮試驗(yàn)時(shí)，速率的選擇對(duì)數(shù)據(jù)曲線圖有很大的影響。本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利問(wèn)題。本標(biāo)準(zhǔn)本文件2017年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。本標(biāo)準(zhǔn)使用翻譯法等同采用ISO17340:2020《金屬材料延性試驗(yàn)多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗(yàn)方法》。本標(biāo)準(zhǔn)做了下列編輯性修改：刪除了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO17340的前言；增加了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前言；用小數(shù)點(diǎn)“.”代替作為小數(shù)點(diǎn)的逗號(hào)“，”；本標(biāo)準(zhǔn)水平為國(guó)際先進(jìn)/一般水平，或國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。八、在標(biāo)準(zhǔn)體系中的位置，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致?！盁o(wú)”。建議本標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)為推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。建議本標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布6個(gè)月后實(shí)施。本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)，代替GB/T33820-2017?！盁o(wú)”。[1]郭瑞平，劉官?gòu)d．多孔狀和蜂窩狀金屬材料可壓縮塑性力學(xué)研究進(jìn)展[J],稀有金屬材料與工程，2009.38（3）：293-296.[2]董海鳳，劉永豐．多孔狀和蜂窩狀金屬材料孔結(jié)構(gòu)力學(xué)行為研究進(jìn)展[J],東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.33（5）：621-624.[3]王曦，虞吉林．泡沫鋁的單向力學(xué)行為[J],實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2001。16(4)：438-443[4]程和法．泡孔結(jié)構(gòu)對(duì)開(kāi)孔泡沫鋁壓縮力學(xué)性能的影響[J],熱加工工藝,2003(5):1-2.[5]GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置和試樣制備[6]GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定[7]GB/T12160單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)的標(biāo)定(GB/T12160-2002，IS09513:2materials-Calibrationofextensometersused