ASTM-E21-13-高温拉伸的标准试验-培训讲稿

ASTME21-2013金属材料高温拉伸的试验方法编制：卢小成2015年七月适用范围几个术语试样的小截面段是横截面比夹持两端部小的试样长度中间部分，其横截面是均匀的。小截面段的长度是形成缩减部分边界两过渡圆弧的两切点之间的距离。小截面段的调节长度是比缩减部分的长度长出一个用来补偿过渡弧区的应变计算值标距是标在试样上两标记之间用于测定断后延伸率的原始距离.轴向应变是在相对两侧并与试样轴等距离处所测量的应变之平均值最大弯曲应变是在试样的最小截面段上弯曲应变的最大值。它可以从两个不同的纵向位置在每个位置上取三个圈向位置测得的应变计算得到。设备要求-----试验机试验机的精度满足于E4方法试验机的校验中规定的允许偏差范围内轴向性要求•试验机具有合格条件的零负荷和最低负荷下读取的应变读数为基础进行计算时，试验机和夹头应能对精确加工的试样施加负荷而使试样的最大弯曲应变不超过其轴向应变的10%。•试验脆性材料时，即使是在10%的弯曲应变下也可以产生比在改进的轴向性情况下应该得到的强度低•通过室温下测定的轴向性来证明试验设备合格。在对设备进行轴向性测量时，所用试样形状应与在高温下所用的试样相同。•在高温下重复使用，夹持装置和拉杆可能氧化、翘曲和蠕变，结果可能增加弯屈应力。因此，应定期重复检验夹头和拉杆的轴向性，必要时应重新加工。对于容易受其环境（例如金属在空气中氧化）浸蚀的材料高温拉伸试验，可以把试样封闭在容器内，使之能够在真空或惰性气氛中进行试验。设备要求-----加热装置除非双方事先特意商定其他介质，否则均应用电阻丝炉或辐射炉在大气气氛中加热试样。试验期间（从加力到断裂的时间），指示温度与标称温度之差不应超过下列限度：≤1000℃，±3℃＞1000℃，±6℃当在几百度的温度下试验时，由于塑性加工的内加热，可能使温度升高超过上述规定范围。在这种情况下，报告中应包括最大负荷时的温度和过冲的理由。设备要求-----温度测量装置试验期间（从加力到断裂的时间），指示温度与标称温度之差不应超过下列限度：≤1000℃，±3℃＞1000℃，±6℃应用与电位计或毫伏计相连接的热电偶进行温度测量应使用标定过的热电偶测量温度•用来制作贱金属热电偶的金属丝的每一批中标定代表性的热电偶•除相当低的使用温度外，重新使用贱金属热电偶会带来误差，除非重现最初使用时的深入深度和温度梯度•用代表性热电偶标定贱金属热电偶，而用于测量试样温度的实际热电偶不予标定•不应再次使用没有剪去暴露热区部分热电偶丝并重新焊接的贱金属热电偶•贱金属热电偶在相当低的温度使用后而再次使用，应证明这种标定不受暴露条件过份影响的重新标定数据。•贵金属热电偶由于污染等容易带来误差，应定期进行退火及复核标定。使用之前，应采取措施保持热电偶清洁。•热电偶在使用期间难于测定标定值的漂移。当试验期间漂移已成为一个问题时，应设法检查试验期间试样上热电偶的读数。对于使用后可靠的热电偶标定，试验炉子的温度梯度必定在重新标定时重现。•温度测量、控制和记录的仪表应相应为二级标准。应在正常使用的导线位置上检查导线误差。设备要求-----引伸计系统依据方法ASTME83挑选符合要求的引伸计，确定灵敏度和精确度•为了测定0.1%或更大偏置量的屈服强度，可使用B2级引伸计•引伸计与高温炉子一起使用时，应进行检验以确保其精度当仅在试样一侧测量应变时，在小应变下负荷的不同心度通常足以产生明显误差，因此，应装卡引伸计到试样相对两侧的应变，则应力——应变曲线的斜度通常将在弹性模量的10%以内。当有可能时，应把引伸计直接装卡到试样的缩减部分将引伸计安装在小试样上可能难以实行。在这种情况下，可记录试样两夹头或十字头的分离移动，并用此来测定与0.2%偏置量屈服强度相应的应变。这样得到数值的精确度较低，因而必须注明为“近似屈服强度”。观测到的伸长应通过9.6.3和10.1.3条所叙述的程序进行修正除非已知引伸计对室温变化不敏感，只要引伸计已装卡，室温的温度变化范围不应超过6℃取样要求取自代表该批材料的部位从最终状态的材料切取样坯。每批做一次试验一批相同炉号、相同标称尺寸和相同状态（特征）的材料试样和样坯总体要求•试样尺寸及其形状应以得到待检验材料的代表性试样为基础试样位置和方向•试样的取向应使试样轴线平行于加工方向•厚度、直径或两面间的距离等于或小于38毫米的产品在中心部位•厚度、直径或两面间的距离大于38毫米的产品，在产品的中心至其表面的中间部位试样尺寸要求•试验方法E8/E8M中描述的试样形状通常适用于高温试验•试样缩减部分两端的直径（或宽度）不得小于缩减部分中间处的直径（或宽度）•允许缩减部分中间处直径（或宽度）比其两端的直径（或宽度）稍小，但其差不应超过直径（或宽度）的0.5%，但脆性材料可能仍会在过渡圆弧处发生断裂引起试验失败。缩减部分的中间比其两端可以做得小些，从两端到中间带有一个逐渐变小的锥度，而超出上述要求应在报告中注明•试样表面应光滑而无切口和划痕•采取措施把冷加工而产生的高残余应力或其它对表面层的干扰减至最小•试样缩减部分的轴线应平直，偏差不超过直径的±0.5%试样和样坯•横截面试样应带有螺纹、凸台、或符合要求的其他适于夹持的头部圆形试样•一种通过试样每端加粗头部的柱形销来施加负荷的装置，夹头的加荷轴向性很好•自调节夹头对于高温薄板比锲形夹具较为满意•伸长调节片可焊接或铜焊于试样凸台上，并将其延伸出炉外夹持•与缩减部分末端的过渡圆弧相配合并对过渡圆弧施加负荷的夹头矩形试样•对直径、平直度和同心度规定办不到时，应尽可能接近这些要求•如果试样不符合尺寸要求，试验报告应如实注明并报告偏差大小铸造试样标定与标准化•力值——测量系统E4和E74•引伸计E83•加荷装置的轴向性•热电偶E220•电位计•测微计（千分尺）需标定和校准的项目•试验机至少应每年标定一次•经常使用或差不多经常使用的仪器更应经常进行标定。•偶而使用的仪器应在每次使用前进行标定标定周期试验程序试样横截面积测量•测定试样缩减部分的最小横截面积•允许缩减部分中间处直径（或宽度）比其两端的直径（或宽度）稍小，但其差不应超过直径（或宽度）的0.5%试样原标距测量•除非另有规定，以标准作为所有延伸率的基准，对于圆形试棒，标长为直径的4倍，对于矩形试棒，标长为宽度的4倍。在试样缩减部分用打点或划线方式标出标距长度•对于塑性差的材料，在缩减段的打点或刻划标记，易产生应力集中。那么标记可以标在试样凸台，或通过测量试样的总长度。测量缩减部分的修正长度，精确到0.01英寸（0.2毫米）•当引伸计装卡在试样凸台上时，应测量缩减部分两过渡弧直径（或宽度）为1.05倍于缩减部分的直径（或宽度）处之间的修正长度。应变率和屈服强度的计算，是以这些尺寸为基础的清洗试样•用酒精、丙酮或其他合适的对测试金属无害的溶剂仔细清洗试样的缩减部分和夹头相接触的部分试验程序----温度控制按照E633焊接热电偶的焊珠，热电偶焊珠应尽可能小，不应有短路（在热电偶焊珠后面可能发生扭接），在热电偶热区通常使用陶瓷珠绝缘，若用其他材料需要验证在高温下是否还具有点绝缘性。热电偶绑扎到试样上时，其接点必须与试样保持紧密接触，并要遮蔽直接的热辐射热当缩减部分的长度50毫米时，在两端各固定一支热电偶。≥50毫米时在缩减部分的中心附近添加第三个热电偶试验期间（从加力到断裂的时间），指示温度与名义温度之差不应超过下列限度•≤1000℃，±3℃＞1000℃，±6℃•当在几百度的温度下试验时，由于塑性加工引起的内部发热，可能引起试样温度升高而超出上述规定范围。在这种情况下，报告中应包括最大负荷时的温度和过冲的理由。试验程序----温度控制应根据确保试样温度达到平衡和温度能保持在9.4.4条中规定范围内所必须的时间来控制试验开始前的保温时间。除非另作规定，这一保温时间不应小于20分钟。要报告达到试验温度的时间和加荷前的保温时间。除非用户和生产厂之间同意，否则在加热期间，温度过冲不应超过上述范围在最后调节前，在低于标称温度6~28℃的温度下稳定炉子是必要的要详细报告温度过冲大小和过冲持续时间“指示温度”指通过使用可靠的高温测量方法时温度测量装置指示的温度。试验程序---试样安装总体要求：要注意安装试样时不引入非轴向力螺纹连接不应施至螺纹尽头或底部螺纹是松配合的，试验前可稍许加荷拉紧试样，并用手横向摇动试样，直至负荷降到最小值使用填料密封炉子，不应封得太紧以致引伸计杆或拉杆受到位移或运动的阻碍。试验程序--应变测量和应变率•测定屈服强度期间，试样均匀部分的应变率应保持在0.005±0.002/分范围内•测定屈服强度之后，增加十字头移动速率到每分钟试样缩减部分修正长度的0.05±0.01倍。•为了避免引伸计受损伤，在达到最大负荷前将引伸计的敏感元件卸下需要测定屈服强度•速度为每分钟试样缩减部分修正长度的0.05±0.01倍不要求测定屈服强度时试验程序--应变测量和应变率•对于正常尺寸和塑性的试样，将引伸计装卡到试样的缩减部分上•试验塑性差的金属时，可将引伸计装卡到试样的两凸台上•对于小型试样，测量夹头或十字头分离位移以测定近似屈服强度测定屈服强度的三种方法试验程序--应变测量和应变率当引伸计装卡到试样的缩减部分时，应使用应变率指示器，以便在屈服期间保持应变率为0.005±0.002/分当引伸计装卡到试样凸台上时，使用试样修正长度计算屈服时应变率指示器或定速器的调节位置当样坯尺寸要求使用直径小于0.25英寸（6.25毫米）的试样时，可根据夹头或十字头分离位移的记录测定偏置约为0.2%时的屈服强度试验程序记录最大负荷•如果使用负荷-伸长记录仪自动记录，则在引伸计敏感元件卸下之后应继续记录负荷。在任何情况下，都得观测和人工记录最大负荷。试验之后试样的测量•对延伸率的测量，当将断开的试样的两个断口仔细拼接在一起，并在室温下测量两个标记之间的距离或试样全长，精确到0.01英寸（0.2毫米）•如果断口表面的任何部分超出试样缩减部分中间一半时，所获得的这个延伸率就不能代表这个材料。•在验收试验情况下，如果延伸率符合规定的最小值时，则不要求重做试验•如果延伸率小于规定的最小值时，则此试验作废，而且要重做试验试验程序•先将断裂的试样的两个断口仔细拼接在一起，并在室温下测量其最小直径，精确到0.2毫米（0.01英寸）•如果断裂的横截面不圆，则要进行足够的测量以确定断裂处横截面积•如果断裂是发生在圆角处或标记上，则此断面收缩率不能代表该材料•在验收试验情况下，如果断面收缩率达到规定的最小值，则不要求重做试验•如果断面收缩率低于规定最小值时，则此试验作废，并且重做试验对圆形横截面试样的断面收缩率测量试验程序---计算•除非另作规定，屈服强度按试验方程E8/E8M中的规定，在残余应变为0.2%下测定并报告。•引伸计必须装卡在试样的凸台上，以小截面段的调整长度作为残余变形伸长量（单位为英寸或毫米）作为基础。即对应残余应变时的屈服强度为小截面段的调整长度的0.002倍•如果记录夹头或十字头的分离位移，则按下面两步修正观测的伸长•首先，补偿试验机的弹性应变、夹头的歪扭和凸台的应变，从标准试样值扣除相应负荷下缩短的试样值•其次，用修正过缩减段的应变数据，仅报告0.2%或更大偏置数的屈服强度，并标明为“近似屈服强度”。屈服强度•通过区分试验中试样断裂时的最大截面，除以试样小截面段的原始最小横截面积来计算得到抗拉强度。抗拉强度试验程序---计算•当标长标记在具有公称均匀横截面积的试样的小截面段上时，其延伸率等于断裂后的标长减去原始标长，其差值以原始标长的百分数来表示。•如果标长包括角弧、凸台螺纹等，标长的增量则以试样的小截面段的调整长度的百分比来表示。•当有自动绘图仪器记录直至断裂前的应变时，一种通常可以采用的方法是当应变发生残留时，线性加载曲线上读取延伸值。在材料塑性很低的情况下，可采用这种方法。因为这些值通常比从断裂试验测量的值小。所以这种测量方法应在试验结果中说明。延伸率•断面收缩率等于试验前试样小截面段最小横截面积减去试验后小截面段最小横截面积，将其