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室溫拉伸試驗標準GBT228.1-2010應用解析

嘉峪檢測網        2018-09-04 14:58

 

 

金屬材料力學性能中常用的強度、塑性等指標,是判斷購買材料合格與否的標準之一,是設計零件和結構的重要依據,是零件材料和毛坯材料選擇和使用的指導性指標,也是金屬加工過程中的重要控制性能指標。加入世界貿易組織后,我國的材料測試標準也逐漸向國際化組織標準(ISO)靠攏。我國標準GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》是修訂采用國際標準ISO 6892-1:2009修訂而成的,其整體結構、層次劃分、編寫方法、技術內容均與ISO 6892-1:2009基本一致。

 

GB/T 228.1室溫拉伸試驗方法標準先后經歷了1976、1987、2002和2010版4次制修訂,由于我國地域廣闊,各地對新標準的認識和使用也有很大差異,標準的貫徹和執行任務艱巨。為此,筆者根據多年的實踐經驗,闡述了對GB/T 228.1-2010的認識,以供同行參考。

 

拉伸試樣

01 試樣形狀

拉伸試樣通常從產品、壓制坯或鑄件上切取加工而成,拉伸試樣的形狀和尺寸主要取決于被試驗金屬產品的形狀與尺寸。拉伸試樣的橫截面可以為圓形、矩形、多邊形、環形等,特殊情況下也可以為某些其他形狀。

 

02 試樣尺寸

拉伸試樣分為比例試樣和非比例試樣。比例試樣:原始標距與原始橫截面積之間有關系的試樣。(其中:L0為試樣原始標距;k為比例系數;S0為試樣平行部分的原始橫截面積);常用k值為5.65,例如我們常使用的圓截面試樣,當k=5.65,即,就是平時的短試樣,k=11.3就是長試樣。非比例試樣:不具有上述關系的試樣。引伸計標距長度Le是指使用引伸計測量試樣延伸時所使用引伸計的起始標距長度,理想的Le應大于L0/2但小于0.9Lc(Lc為試樣平行部分長度),推薦Le=L0。

 

拉伸試驗機及性能控制要求

 

 


 

 

01 試驗設備的準確度

GB/T 228.1-2010對拉伸試驗機的準確度要求如下:試驗機的測力系統應按照GB/T 16825.1進行校準,并且準確度應為1級或優于1級;引伸計的準確度級別應符合GB/T 12160要求;計算機控制拉伸試驗機應滿足GB/T 22066要求。

 

 

 

 

 

02 試驗要求方面

 

 

(1)試驗力零點的設定

 

 

GB/T 228.1-2010規定在試驗加載鏈裝配完成后,試樣兩端被夾持之前,應設定力測量系統的零點。一旦設定了力值零點,在試驗期間力的測量系統不再發生變化。一方面是為了確保夾持系統的重量在測力時得到補償,另一方面是為了保證夾持過程中產生的力不影響力值的測定。

 

 

(2)試樣的夾持方法

 

 

GB/T 228.1-2010規定,試樣夾持時應確保試樣受軸向拉力的作用,減少彎曲。應使用例如楔形夾頭、螺紋夾頭、平推夾頭、環形夾具夾持試樣。夾持方法對試驗脆性材料或規定塑性延伸率強度、規定總延伸率強度、規定殘余延伸率強度或屈服強度尤為重要。

 

 

(3)試驗速率控制的設定

 

 

GB/T 228.1-2010按照ISO 6892-1:2009設計了兩種控制方法,試驗的縮略形式表示為GB/T 228Annn或GB/T 228Bn。方法A是應變速率控制的試驗速率,是金屬材料拉伸試驗速率控制的趨勢,新國標中給出了較為詳細說明。GB/T 228A224表示方法A控制,不同階段的試驗應變速率范圍分別為標準中的2,2,4。方法B為應力速率控制的試驗速率,GB/T 228B35表示方法B控制,試驗名義應力速率為35MPa·s-1,此速率是彈性階段的應力速率。

 

材料拉伸強度指標解析

 

 


 

 

強度是工程應用最廣泛的指標,拉伸試驗中通常是指抗拉強度、屈服強度和彈性極限。強度指標通常用應力表示,拉伸試驗中的應力是指工程應力(按照原始橫截面積計算的應力,用符號R表示),而不是真應力(按照瞬時橫截面積計算的應力,用符號σ表示)。

 

 

 

 

 

01 抗拉強度

抗拉強度是拉伸試驗中最大力Fm對應的應力,即Fm/S0,GB/T 228.1-2010中用符號Rm表示;壓縮試驗的抗壓強度用符合Rmc表示,棄用過去的σb和σbc等符號。少數脆性材料(如鑄鐵)等的失效主要和材料的最大拉應力有關,在工程設計與計算中要注意應用Rm代替σb,例如材料力學中的第一、第二強度理論表示如下

式中:【σ】表示許用應力;n表示安全系數。

 

02 屈服強度

GB/T 228.1-2010將屈服強度分為上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度是試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力,用符號ReH表示。下屈服強度是指在屈服期間,不計初始瞬時效應時的最小應力,用符號ReL表示。舊國標中常用的σs和σ0.2已經棄用。對于沒有屈服強度或使用有規定要求的可設定規定塑性延伸強度(用Rp表示)或者定規定殘余延伸強度(用Rr表示)。例如:Rp0.2—表示規定塑性延伸率為0.2%時的應力;Rr0.2—表示規定殘余延伸率為0.2%時的應力。

 

在我國鋼材國家新標準中:碳素結構鋼、一般工程用碳素鑄鋼件、焊接結構用鑄鋼件等材料的屈服強度用ReH或Rp0.2;優質碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼、合金結構鋼、工程結構用中高強度不銹鋼、奧氏體錳鋼鑄件、一般用途耐熱鋼和合金鑄件等的屈服強度用ReL或Rp0.2。低碳鋼等塑性材料的破壞,主要和材料的屈服強度有關,在工程設計計算中注意用ReL或Rp0.2代替σs,例如材料力學中的第三強、第四強度理論表示如下:

03 彈性極限

在國標GB/T 10623-2008《金屬材料 力學性能試驗術語》中彈性極限是指材料在應力完全釋放時能夠保持沒有永久應變的最大應力,其工程應用中有現實意義,但在GB/T 228.1-2010中沒有規定測試方法。實際應用時,有屈服現象的鋼鐵材料可以考慮用ReH替代,沒有屈服現象的材料可考慮Rp0.2替代。

 

 

 

 

 

材料拉伸塑性指標解析


拉伸試驗常用塑性指標是斷后伸長率和斷面收縮率,是設計和計算的重要參考。

 

 

 

 

 

01 斷后伸長率

GB/T 228.1-2010中斷后伸長率用符號A表示,代替了舊國標中的δ。常用短試樣(比例系數k=5.65)測得的結果用A表示,長試樣(比例系數k=11.3)結果用A11.3表示。計算公式表示為: (其中Lu為試樣斷裂后的標距)。非比例試樣下標應注明標距長度,如A80表示原始標距為80mm的斷后伸長率。Awn表示棒材、線材和條材等長產品的無縮頸塑性伸長率,是新增加的指標。

 

GB/T 228.1-2010對伸長和延伸有明確規定:試驗期間任意時刻原始標距的增量稱伸長,對應的指標稱伸長率;試驗期間任一給定時刻引伸計標距的增量稱延伸,對應的指標稱延伸率。拉伸曲線稱應力-延伸率曲線(過去稱應力-應變曲線)。

 

GB/T 228.1-2010取消了非比例伸長、非比例延伸等概念,用塑性延伸代替。表1列舉了幾個符號沒變但概念發生變化的性能指標。

02 斷面收縮率

斷面收縮率是指試樣拉斷處橫截面積的最大縮減量S0-Su與原始橫截面積S0之比的百分率,用符號Z表示,即(其中S0為試樣斷裂后最小橫截面積)。在拉伸試驗時,原始橫截面積S0是平均橫截面積,要根據測量尺寸計算而定。對于圓截面試樣,在兩個相互垂直方向測量試樣的直徑,取其算術平均值計算橫截面積,舊標準是在試樣標距長度的兩端及中間3處位置測量,取最小值計算橫截面積。斷后最小橫截面積Su,需要測量斷裂面的最小直徑計算橫截面積。

 

結束語


GB/T 228.1-2010是在GB/T 228.1-2002基礎上修改采用國際標準制定而成的,體現了我國標準與國際的接軌,相比上版標準,該標準對拉伸試樣,拉伸試驗機的規定和要求,以及對強度、塑性等指標的定義和要求都進行了較大修訂,在進行拉伸試驗時要嚴格執行GB/T 228.1-2010的規定。

 

 

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來源:理化檢驗物理分冊

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