《金属材料室温拉伸试验方法》GBT228-2002实施要点

《金属材料室温拉伸试验方法》GBT228-2002实施要点2006-11-0415:061引言国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》已于2002年颁布实施。这一新国家标准是合并修订国家标准GB/T228-1987《金属拉伸试验方法》、GB/T3076-1982《金属薄板（带）拉伸试验方法》和GB/T6397-1986《金属拉伸试验试样》三个标准为一个标准，它等效采用了国际标准ISO6892：1998《金属材料室温拉伸试验》，也是GB/T228第三次修订。GB/T228-2002包括的技术内容和要求与原三个标准有较大的不同，尤其在性能名称和符号、抗拉强度定义、试验速率、性能结果数值的修约方面变动较大。而且，新标准中增加了引用标准和关于试验方法准确度方面阐述的内容。为了更好地贯彻实施GB/T228-2002，将该标准的要点和实施中需注意之点说明如下。2GB/T228-2002标准的适用范围标准适用于金属材料（包括黑色和有色金属材料，但不包括金属构件和零件）室温拉伸性能的测定，试样或产品的横截面尺寸≮0.1mm。对于小横截面尺寸的金属产品，例如金属箔、超细丝和毛细管等的拉伸试验需要双方协议。其原因在于：①横截面小的产品，按照标准中建议的量具分辨力要求不能满足附录A和附录C规定横截面测定准确度在±1%和±2%以内的要求。②试样标距采用常规的划细线、打小冲点等方法进行标记不可行。③常用的引伸计不适用于此类型产品试样的试验。试样的夹持方法需要特殊夹头等。3室温的温度范围标准中规定室温的温度范围为10-35℃，超出这一范围不属于室温。对于材料在这一温度范围内性能对温度敏感而采用更严格的温度范围试验时，应采用23±5℃的控制温度。上述10-35℃的温度范围实质是指容许的试样温度范围，只要试样的温度是在这规定的室温范围内便符合标准要求。4标准中的引用标准标准中的第二章引用了6个国家标准，即：GB/T2975-1998钢及钢产品力学性能试验取样位置和试样制备（eqvISO377：1997）GB/T8170-1987数值修约规则GB/T12160-2002单轴试验用引伸计的标定（idtISO9513：1999）GB/T16825-1997拉力试验机的实验（idtISO7500—1：1986）GB/T17600.1—1998钢的伸长率换算第1部分：碳素钢和低合金钢（eqvISO2566—1：1984）GB/T17600.2—1998钢的伸长率换算第2部分：奥氏体钢（eqvISO2566—2：1984）标准中通过注日期引用的这6个国家标准是构成GB/T228—2002标准本身不可缺少的部分，应遵照被引用的6个标准中的相关规定和要求，其中被引用的5个标准分别等同和等效相应的国际标准。目前，GB/T8170—1987《数值修约规则》还没有相对应的国际标准。5性能和术语定义5．1性能定义为了与国际接轨，性能的定义按照国际标准的规定。与原GB/T228—1987相比较，屈服强度与抗拉强度的定义有明显差异，其他性能的定义无实质性差异。新标准将抗拉强度定义为相应最大力（Fm）的应力，而最大力（Fm）定义为试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力；对于无明显屈服（连续屈服）的金属材料，为试验期间的最大力。按照这一定义，如图1所示的拉伸曲线，最大力应为曲线上的B点，而不是旧标准中的取其A点的力（上屈服力）计算抗拉强度。新标准中屈服强度这一术语的含义与旧标准中的屈服点有所不同，前者是泛指上、下屈服强度性能；而后者既是泛指屈服点和上、下屈服点性能，也特指单一屈服状态的屈服点性能（σs）。因为新标准已将旧标准中的屈服点性能σs归入为下屈服强度ReL（见标准中的图2d）。所以，新标准中不再有与旧标准中的屈服点性能（σs）相对应的性能定义。也就是说新标准定义的下屈服强度ReL包含了σs和σsL两种性能。5．2术语因为国际标准采用了延伸（extension）和伸长（elongation）两个近义术语，国标中也相应地采用了这两近义术语。可以理解为拉伸试验时在引伸计标距（Le）上的伸长称为延伸，在试样标距（Lo）上的伸长称为伸长。它们并无本质区别，而且完全可以通过测定延伸方法来测定伸长。6性能名称和符号6．1名称新标准中定义了12种可测拉伸性能，其中10种性能的名称与修订前原标准的名称有差异。新标准没有定义与旧标准相对应的屈服点（σs）这一性能，所以不再有相应的性能名称及其符号相对应。6．2符号对于强度性能的主符号，新标准用英文字母R代替旧符号的σ；对于延性性能的主符号，新标准用字母A代替旧符号的δ，用字母Z代替旧符号的ψ，见表1。应特别注意新、旧标准对于断后伸长率符号表示的差异：GB/T228—2002GB/T228—1987Aδ5A11.3δ10Axmmδxmm符号A（不标注下脚注）表示用比例系数k=5.65的比例标距测定的断后伸长率；用其他比例系数的比例标距或非比例标距测定的断后伸长率时，符号A应分别标注下脚注说明所使用的比例系数值和非比例标距的长度，例如A11.3和A100mm。标准中对各强度性能所对应的力的符号未全部具体规定，但规定了力的符号用F表示和规定了最大力符号Fm。因此，建议在试验报告和试验纪录中采用下列的力符号：FeH（上屈服力）FeL（下屈服力）Fp（规定非比延伸力，例如Fp0.2）Ft（规定总延伸力，例如Ft0.5）Fr（规定残余延伸力，例如Fr0.2）GB/T228—2002采用了国际标准的性能符号，鉴于目前相关的产品标准还不能同步修订的状况，为了避免出现混乱，建议：在过渡期内，试验报告可以在新的性能名称及其符号之后的括号内定出旧符号，例如：上屈服强度ReH（σsU），下屈服强度ReL（σsL），抗拉强度Rm（σb），规定非比例延伸强度Rp0.2（σp0.2），断后伸长率A（δ5），断面收缩率Z（Ψ），等。7单位标准中规定采用的单位是国际单位制单位（SI单位）。应力单位N/mm2和Mpa，都是国际单位制的倍数单位，两者都是我国规定的法定计量单位，标准中，应力单位采用了N/mm2，而1N/mm2=1Mpa，如果报告中使用了应力单位Mpa，不认为是错误。但从标准的归一化意义上来说，应力单位应采用N/mm2。8试样8．1取样的部位、方向和数量样坯的切取部位、方向和数量应按照相关产品标准或GB/T2975—1998或协议的规定。对于钢产品，应在外观及尺寸合格的钢产品上切取样坯，取样时，应对抽样产品、试料、样坯及试样作出标记，以保证始终能识别取样的位置和方向。切取样坯时应防止过热、加工硬化而影响拉伸力学性能，应留有足够的机加工余量。取样方法参见GB/T2975—1998。8．2机加工试样和不经机加工试样应按照相关产品的协议的规定，采用机加工试样或采用不经机加工的试样。如果未作具体规定，一般在材料尺寸足够时机加工成带头试样。机加工试样的尺寸公差和形状公差应分别按照标准中附录A的表A3和附录B的表B4要求；机加工表面粗糙度按照标准中图10、图11或图13规定的要求。8．3试样的横截面形状和尺寸相关产品标准或协议根据产品的形状和尺寸，可按标准中附录A~D所规定试样的形状和尺寸，特殊产品可以规定其它不同的试样。试样横截面的形状一般可为圆形、矩形、弧形和环形，特殊情况可以为其它形状。标准中的附录A~D按照产品的形状规定了主要的试样类型：附录A：规定厚度0.1mm~3mm薄板和薄带产品用的矩形横截面试样；附录B：规定厚度≥3mm板材和扁材以及直径或厚度≥4mm线材、棒材和型材用的圆形和矩形横截面试样；附录C：规定直径或厚度4mm线材、棒材和型材用的不经机加工试样；附录D：规定管材用弧形横截面和环形横截面试样。试样的横截面形状和试样的尺寸都对性能测定有影响，尤其对断后伸长率和断面收缩率有明显影响。8．4厚度减薄试样及机加工圆形横截面试样厚度25mm的产品，试验机能力不足时，经协议可以机加工成圆形横截面试样，或单边减薄至厚度25mm矩形横截面试样。8．5试样原始标距（Lo）试样标距分为比例标距和非比例标距两种，因而有比例试样和非比例试样之分。凡试样标距与试样原始横截面积有以下关系的，称为比例标距，试样称为比例试样：Lo=k（So）1/2（1）式中k——比例系数So——原始横截面积非比例标距（也称定标距）与试样原始横截面积不存在式（1）的关系。如果采用比例试样，应采用比例系数k=5.65的值，因为此值为国际通用，除非采用此比例系数时不满足最小标距15mm的要求。在必须采用其他比例系数的情况下，k=11.3的值为优先采用。产品标准或协议可以规定采用非比例标距。不同的标距对试样的断后伸长率的测定影响明显。8．6试样平行长度（Lc）试样平行长度应大于试样标距，规定的范围如下：带头的圆形横截面试样：Lc≥Lo=d/2，仲裁试验，Lc=Lo+2d；不带头的圆形横截面试样：Lc≥Lo+3d（夹头间的自由长度）；带头的矩形和弧形横截面试样：Lc≥Lo+1.5(So)1/2，仲裁试验，Lc=Lo+2(So)1/2。不带头的矩形和弧形横截面试样：Lc≥Lo+3b（夹头间的自由长度）；薄板用带头的矩形横截面试样：Lc≥Lo+b/2，仲裁试验，Lc=Lo+2b；薄板用不带头的矩形横截面试样：Lc=Lo+3b（夹头的自由长度）。8．7试样过渡半径（r）试样的过渡半径在附录A，B和D中规定如下：薄板用矩形横截面试样：r≥20mm；圆形横截面试样：r≥0.75d；矩形和弧形横截面试样：r≥12mm；试样过渡半径对试样的断裂位置有影响，对于延性差，脆性断裂敏感于应力集中的材料，建议过渡半径取较大的值。8．8矩形横截面试样的宽厚比试样的宽厚比影响性能的测定，尤其影响延性性能的测定。标准中附录B推荐的宽厚比范围为不超过8：1，但应注意，这一宽厚范围不适用于薄板和薄带（厚度0.1mm~3mm）的试样。8．9带头和不带头试样虽然机加工不带头试样可以降低成本，但容易在夹头端部附近处发生断裂，影响性能测定，甚至使试验无效。因此建议：凡从冶金产品上切取样坯机加工的试样，一般机加工成带头试样，除非产品标准明确规定采用不带头试样或材料不足够。具有恒定横截面的产品，如相关产品标准规定了采用其产品的部分不经机加工的试样，应遵照其规定。如果未具体规定，建议材料尺寸足够时机加工成带头试样。9试样原始横截面积的测量9．1测量的准确度要求要求测量出最小原始横截面积（So）。以实测的横截面尺寸计算试样原始横截面积。除非相关产品标准或协议另有规定，不采用标称截面积。测量准确度要求：薄板和薄带用矩形试样：横截面积准确度≤±2%不经机加工试样：横截面积准确度≤±1%机加工圆形和矩形试样：每个横截面积尺寸准确度≤±0.5%机加工弧形试样和环形度样（圆管段试样）：横截面积准确≤±1%9．2量具或尺寸测量仪器的选择试样横截面积测定的准确性受多种因素的影响，而量具的分辨力是主要因素之一。建议按照标准中表3的要求选择量具或尺寸测量仪器的测量分辨力，以使面积测定准确度有保证。按照国家计量标准JJG1001-1991的定义，分辨力（resolution）定义为：“指示装置对紧密相邻量值有效分辨的能力。注：一般认为模拟式指示装置的分辨力为标尺分度值的一半，数字式指示装置的分辨力为末位数的一个字码”例如，卡尺的游标分度值为0.02mm,则其分辨力为0.01mm。9．3测量部位和方法（1）对于圆形横截面积的试样，在其标距的两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径，取其平均直径计算面积，取三处测量得的最小值为试样的原始横截面积。（2）对于矩形和弧形横截面试样，在其标距的两端及中间三处横截面上测量厚度（或壁厚）和宽度，取三处测得的最小横截面积为试样的原始横截面积。（3）对于环形横截面试样（圆管段试样），在其一端相互垂直的方向测量外直径和四处的壁厚，以平均外径和平均壁厚计算的横截面积为试样的原始横截面积。9．4称重方法测定原始横截面积具有名义上恒定横截面的试样，可以用称重方法测定其横截面积。但这种方法测定的是平均横截面积，因此建