金屬材料室溫拉伸試驗方法標準培訓講稿gbt228-2010

1、熱烈歡迎,參加金屬力學性能試驗方法國家標準培訓班代表,金屬力學性能試驗方法標準概述,在力學、化學、金相、無損檢驗中。金屬力學性能試驗方法標準是冶金產(chǎn)品質量檢測標準中重要的一部分。按國際標準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 疲勞試驗 金屬材料力學性能試驗國內(nèi)標準概述,金屬材料 第1部分：室溫拉伸試驗方法,概

2、 述 GB228修改采用（MOD）ISO6892-1:2009 第一部分 GB/T228— 采用ISO6892—09技術說明 第二部分 GB/T228— 與GB/T228—02標準對比 第三部分 GB/T228— 標準技術內(nèi)容說明 第四部分 GB/T228— 引用標準介紹說明,概述 GB/T228 標準發(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

3、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 技術內(nèi)容變化,我國的金屬室溫拉伸試驗標準GB/T228主要技術內(nèi)容完全與國際標準ISO6892新標準相同。 （見國際標準ISO6892-1:2009）,第二部分 拉伸性能的測定,

4、本標準定義了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)定塑性延伸強度（RP）規(guī)定總延伸強度（Rt）規(guī)定殘余延伸強度（Rr）抗拉強度（Rm）,塑性性能,屈服點延伸率（Ae）最大力總延伸率（Agt）最大力塑性延伸率（Ag）斷裂總延伸率（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,a oa－

5、彈性變形階段 線性 可逆性 b ab－滯彈性變形階段 非線性 滯后性c bc－微塑性變形 不可逆性d cde－屈服階段 塑性變形急劇增加e e f－應變硬化階段 塑性變形均勻連續(xù)f f g－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，力與伸長成直線關系，彈性伸長與力的

6、大小和試樣標距長短成正比，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，卸力后變形完全恢復。從微觀上看，變形的可逆性與材料原子間作用力有直接關系，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，原子的位置必須作新的調整即產(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，使變形恢復，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

7、軌跡回復。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)出不可逆性。,由于在拉伸試驗中無論在加力或卸力期間應力和應變都保持單值線性關系，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點是應力－應變呈直線關系的最高點，這點的應力叫理論比例極限，超過a點，應力－應變則不再呈直線關系，即不再符合虎克定律。比

8、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變的，但很難準確地測定出來，因為從直線向曲線轉變的分界點與變形測量儀器的分辨力直接相關，儀器的分辨力越高，對微小變形顯示的能力越強，測出的分界點越低，這也是為什麼在最近兩版國家標準中取消了這項性能的測定，而用規(guī)定塑性（非比例）延伸性能代替的原因。,第2階段：滯彈性階段 （ab） 在此階段，應力－應變出現(xiàn)了非直線關系，其特點是：當力加到b點時然后卸除力，應變?nèi)钥苫氐皆c，但

9、不是沿原曲線軌跡回到原點，在不同程度上滯后于應力回到原點，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，當超過b點時，就會產(chǎn)生微塑性應變，可以用加力和卸力形成的閉合環(huán)確定此點，當加卸力環(huán)第1此形成開環(huán)時所對應的點為b點。 第3階段：微塑性應變階段 （bc） 是材料在加力過程中屈服前的微塑性變形部分，從微觀結構角度講，就是多晶體

10、材料中處于應力集中的晶粒內(nèi)部，低能量易動位錯的運動。塑性變形量很小，是不可回復的。大小仍與儀器分辨力有關。,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)象是當力加至c點時，突然產(chǎn)生塑性變形，由于試樣變形速度非?？?，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點結束，當達到

11、c點，在試樣的外表面能觀察到與試樣軸線呈45度的明顯的滑移帶，這些帶稱為呂德斯帶，開始是在局部位置產(chǎn)生，逐漸擴展至試樣整個標距內(nèi)，宏觀上，一條呂德斯帶包含大量滑移面，當作用在滑移面上的切應力達到臨界值時，位錯沿滑移方向運動。在此期間，應力相對穩(wěn)定，試樣不產(chǎn)生應變硬化。 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點是屈服的結束點，所對應的應變是判定板材成型性能的重要指

12、標。,第5階段： 塑性應變硬化階段 （ef） 屈服階段結束后，試樣在塑性變形下產(chǎn)生應變硬化，在e點應力不斷上升，在這個階段內(nèi)試樣的變形是均勻和連續(xù)的，應變硬化效應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，位錯密度迅速增加，此時必須不斷繼續(xù)施加力，才能使位錯繼續(xù)滑移運動，直至f點。f點通常是應力－應變曲線的最高點（特殊材料除外），此點所對應的應力是重要的性能判據(jù)。第6階段：縮頸變形階段（f

13、g） 力施加至f點時，試驗材材料的應變硬化與幾何形狀導致的軟化達到平衡，此時力不再增加，試樣最薄弱的截面中心部分開始出現(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，其真應力要大大高于工程應力。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

14、：（c點）試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應力2 下屈服強度：（e點）屈服期間的最低應力，要注意這里要排除初始瞬時效應最低應力點所對應的應力。3 抗拉強度：（f點）在最大力點所對應的應力。 4 屈服點延伸率：（ae）對于呈現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的材料，從屈服開始至均勻硬化開始之間的延伸率。要注意起點和終點的判定。5 最大力總延伸率：f點處作一垂線，橫座標原點與交點長度對應的伸長率（包括在此條件下的彈性伸長和塑性伸長率）。6

15、最大力塑性延伸率：f點處作一平行于彈性段的直線，橫座標原點與交點對應的伸長率。7 斷裂總延伸率：（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)定塑性延伸強度Rp： 規(guī)定塑性延伸率對應的應力，即在代表伸長的橫坐標上取規(guī)定的伸長量，平行于彈性線段作一直線。在與曲線交點處作一水平線與力軸的交點力值所對應的應力為Rp。一般稱平行線法，適用于彈性段為

16、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)法或逐步逼近法進行測定。 9 規(guī)定總延伸強度Rt： 規(guī)定總延伸率對應的應力，即在代表伸長的橫坐標上取規(guī)定的伸長量，平行于力軸作一直線。在與曲線交點處作一水平線與力軸的交點力值所對應的應力為Rt。,,關于金屬的拉伸試驗速率,1 試驗速率的本質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

17、6 應力速率與應變速率的轉換,測定拉伸性能對試樣的要求,1 標距(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 試樣頭部形狀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 試驗力零點設置2 試樣夾持方法,ISO-10.2條(49)3 試驗速率的選擇及表示 控制試驗速率的方式

18、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,應注意以下幾點：a）當材料呈現(xiàn)明顯屈服時，相關產(chǎn)品標準應規(guī)定或說明測定上屈服強度（ReH）或下屈服強度（ReL）或兩者。相關產(chǎn)品標無規(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)的情況，測定為下屈服強度（ReL）。b）產(chǎn)品標準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

19、度（ReL）性能。建議測定規(guī)定塑性延伸強度（RP0.2），并注明“無明顯屈服”。 有可能出現(xiàn)上述情況的材料，建議相關產(chǎn)品標準在規(guī)定測定屈服強度時說明當無明顯屈服時要測定規(guī)定塑性延伸強度（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，只要能分辨出力在增加，則判為無明顯屈服狀態(tài)。,3 規(guī)定塑性延伸強度的測定,,塑性延伸量 ?L（偏離彈性點的變形量）塑性延伸率 ep(ep ＝?L/Le)規(guī)定塑性延伸率

20、ep0.2規(guī)定塑性延伸強度 Rp0.2＝ ep0.2對應的應力 （ 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。在應力—延伸率曲線圖上，在延伸軸上用等于規(guī)定塑性延伸率的截距點作平行于彈性直線段的平行線，交曲線于一點，此點對應的力為所求測的規(guī)定塑性延伸力，此力除以試樣原始橫截面積S0便得到規(guī)定塑性延伸強度。見標準圖3.

21、 ep－規(guī)定的塑性延伸率,,,3 )逐步逼近方法 ISO6892第13條的注。 逐步逼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)定塑性延伸強度。 此方法是建立在“表觀比例極限不低于規(guī)定塑性延伸強度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)定總延伸強度的測定 試驗時，記錄力—延伸曲線，直至超過規(guī)定總延伸強度。在力—延伸曲線上的

22、延伸軸上用等于規(guī)定總延伸率的截距作平行于力軸的平行線，與曲線點對應的力即為規(guī)定總延伸力，此力除以試樣原始橫截面積便得到規(guī)定總延伸強度。見圖4. 總延伸率與塑性延伸率之間相差的是彈性部分。,5 規(guī)定殘余延伸強度的驗證,這種驗證方法較簡單。對試樣連續(xù)施加力直至相應規(guī)定殘余延伸強度的力，并在此力保持10秒～12秒時間后卸除力，檢驗殘余延伸是否超過規(guī)定值。如果未超過，則確認試樣通過驗證合格，如果超過，則確認試樣不合格。 示

23、例： Rr0.5＝750MPa 表明施加應力750MPa 產(chǎn)生的殘余延伸率小于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，僅僅能對相關產(chǎn)品標準規(guī)定的規(guī)定殘余延伸強度進行驗證合格與否，并不能得到性能的確切數(shù)值。因此，相關產(chǎn)品標準或協(xié)議應說明是否采用驗證方法或具體測定的方法。,6 屈服點延伸

24、率的測定,對于不連續(xù)屈服的材料，用變形硬化開始點的延伸減去上屈服點處的延伸，除以引伸計標距得到屈服點延伸率。 變形硬化開始點的確定見圖7： a) 水平線法 b) 回歸線法 試驗報告中應注明采用的方法。,7 最大力總延伸伸率的測定8 最大力塑性延伸率的測定,試驗時記錄力—延伸曲線，直至過了最大力點，見圖1。最大力點的總延伸△Lm除以引伸計標距Le，即為最大力總延伸率，

25、按下式計算： 將最大力總延伸扣除彈性延伸部分即為最大力塑性延伸，將其除以引伸計標距便得到最大力塑性延伸率，按下式計算：,無縮頸塑性伸長率AWn測定方法,許多材料，最大力產(chǎn)生于縮頸 開始范圍，表明Ag和AWn基本相同，但對大變形冷加工材料、輻照后結構鋼Ag和的AWn則有不同. 棒材、線材和條材等長產(chǎn)品，可

26、采用標準附錄I提供的人工測量AWn方法。 為使測量有效，應滿足： a)測量區(qū)的范圍應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）測量用的原始標距應至少等于相產(chǎn)品中規(guī)定的值。 AWn按下式計算：,9 斷裂總延伸率的測定,試驗時記錄力—延伸曲線，直至試樣完全斷裂，（見圖1和后圖）。斷裂點的總延伸除以引伸計標距即得到斷裂總延伸

27、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 斷面適當接觸3 直接測量條件4 移位法測量(附錄H)5 自動法測量6 A<5%測量方法（附錄G）7 表示方法與換算8 修約間隔,直接測量條件： A 試樣斷裂處距離等于或大于1/3 L0時; B 斷后伸長率大于或等于規(guī)定值時，不管斷在何處，直接測量LU。 移位法測量： 若試樣斷裂處與標距標點的距離小于L0/3，可采用“移

28、位方法”（見附錄H）測定伸長率。等于或大于規(guī)定最小值情況也可采用“移位方法”。自動方法測量：允許使用自動系統(tǒng)或裝置測定斷后伸長率和斷裂總伸長率，應注意： a)引伸計標距應等于試樣原始標距。 b)斷裂位置處于引伸計標距范圍內(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－ 在短比例標距試樣上測得的斷后伸長率 A11.3－在長比例標距試樣上測得的斷后伸長率

29、 A80mm 在定標距試樣（80mm）上測得的斷后伸長率 A A 11.3 A 50 A200 碳 鋼 1 0.758 1 0.574 奧氏體鋼 1 0.916 1 0.839,11 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

30、形成的最小橫截面形狀復雜性，沒有各種形狀截面試樣的測定方法規(guī)定測定方法。 按照斷面收縮率的定義“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。橫截面測量準確至±2％。,,1.斷面形狀：新標準沒規(guī)定。 2.Su的測量應準確至±2％。 對于小直徑或其它截面試樣

31、Z的測定，測量準確度較難達到±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

32、.1～<3mm薄板試樣： 面積準確至±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： 尺寸測量準確至±0.5％。 3） 尺寸<4mm線、棒、型材試樣： 面積測量準確至±1％。 4） 管材試樣（全截面或條狀）： 原始橫截面測量準確至±1％。,一 拉伸試驗測量不確定度評定原則

33、,拉伸試驗測量不確定度是根據(jù)誤差累計原理，以試驗方法標準和相關檢定標準為依據(jù)評定的。當評定試驗結果總分散度時，測量不確定度包括材料不均勻性帶入的分散。因此這種評定方法對試驗室實際應用是有意義的。評定時要考慮試驗方法的特點，采用設備或儀器相應標準規(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） 根據(jù)一組或多組試驗結果，求出標準偏差。2) 求B類不確定度 (公式J.2) 根據(jù)設備儀器校驗證書或相關文件規(guī)

34、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,相關標準及文件,JJF 1059－1999 測量不確定度評定與表示基本概念、術語（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（根據(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,相關引用標準,拉伸試驗機

35、的檢驗（相應級別試驗機試驗力誤差規(guī)定） 單軸試驗用引伸計的標定 (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 影響性能測定結果準確度的因素分析,影響拉伸性能測定結果準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)材料和試驗控制參數(shù)：例如材料性能的均勻性、試樣制備的方法、試樣形狀及公差、

36、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、軟件的偏差，以及人為誤差等。,四 不確定度分量分析,1 .與材料無關的未定系統(tǒng)誤差標準中規(guī)定和相關標準中規(guī)定的未定系統(tǒng)誤差有：a)允許的測力誤差（1級準確度）：±1%；b)允許的測應變（位移）誤差（1級引伸計準確度）：±1%；c)允許的標距誤差（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

37、截面積誤差：±2%。,,標準中規(guī)定的各種性能，并不是每一種都與上述5種誤差分量相關。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，所以這些性能與1)和4)項誤差相關。RP這一性能除與1)和4)項誤差相關外，還與2)和3)項誤差相關，因為由延伸確定所測的力，而延伸是通過引伸計測量的。這一性能與標距誤差和延伸測量誤差（采用引伸計方法測）相關，即與3)和4)項誤差相關。Z這一性能與原始橫截面積和斷后最小橫截面

38、積測量誤差相關，即與4)和5)項誤差相關。,六.抗拉強度測量不確定度示例,1 數(shù)學模型 按抗拉強度公式計算。2 分量分析 a) 一組重復的試驗數(shù)據(jù) b) 試驗力分量 c) 試樣面積誤差分量 d) 結果的修約3 不確定度合成4 擴展不確定度4 結果的表示,1 基本公式,2 不確定度分量分析,(ISO6892J.4 說明)a）用一組試驗數(shù)據(jù)得到A類不確定度分量 用10支d=10mm圓形截面試樣在同一條件

39、下重復試驗，測出的強度均值Rm＝600N/mm2（591～609N/mm2），試驗結果包括了材料分散度在內(nèi)。平均值的計算：求出標準偏差：,A類標準不確定度計算,A類標準不確定度：相對不確定度分量：,,,b）試驗力引入的不確定度分量,示值誤差引入的分量： 1級拉力試驗機力示值最大允許誤差為±1.0％，按均勻分布考慮：標準測力計引入的分量： 標準規(guī)定為0.3級標準測力儀，不確定度為0.3，

40、置信因子為2：最大力相對標準不確定度:,c)試樣形狀公差引入的不確定度分量,標準附錄B規(guī)定試樣尺寸應測量準確至±0.5％，即橫截面測量最大允許誤差為±1.0％，按矩形分布考慮，則：,d)修約引入的不確定度分量,按新標準規(guī)定，對于抗拉強度修約間隔為1N/mm2,按均勻分布考慮，修約引入的不確定度分量為：,3 不確定度合成,,,4. 擴展不確定度,置信概率＝95％ Kp＝2U95rel=2×1.

41、31％=2.62％,5. 拉伸測量不確定度的表示,相對測量擴展不確定度表示為： Rm＝600N/mm2， U95rel=2.62％,附錄A 用計算機控制拉伸試驗機的推薦,用計算機控制拉伸試驗機的試驗，實際是在試驗機上配置電子計算機系統(tǒng)，根據(jù)所要測定的材料性能，通過試驗機相關元件及操作人員給出的信息 （如力值、伸長、試驗速率、試樣尺寸等），輸入至計算機，經(jīng)測量、及計算處理來控制試驗機操作，并對試驗結果進行分析處理。,

42、,對試驗系統(tǒng)的要求,根據(jù)材料特性，各測量通道的元件（機械或電子）頻帶寬度和采樣頻率要足夠。 例如測定ReH時，最低采樣頻率（fmin,1/s）涉及： 試驗速率（應變速率或應力速率） 材料的彈性模量E（對于應變速率控制） 材料預計上屈服強度 相應級別的試驗機相對誤差,用計算機控制試驗機系統(tǒng) 力學性能的測試,強度性能：1）上屈服強度（ReH）2）規(guī)定非比例延伸