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力学性能测试的基础标准GB/T228.1—2021《金属材料拉伸试验第1部分:室 温试验方法》(简称2021版)于2022年7月1日生效,用于替代GB/T228.1—2010(简称2010版)。2021版修改采用了ISO 6892-1:2019 Metallic MaterialsTensileTesting-Part1:Methodof TestatRoom Temperature,与2010版相比,其除对一些结构进行调整和文字进行编辑性修改外,主要技术变化如下所述。
(1)增加了国内关于拉伸机、引伸计的JJG(国 家计量检定规程)计量检定规程文件,使该标准同样适用于国内计量标准体系,解决了实验室的拉伸设备计量证书与国内试验标准不适应的问题。
(2)增加了“弹性模量”、“默认值”和“测定系 数”3个术语和定义。
(3)增加了引伸计标距的选择。
(4)增加了关于试验速率的一般信息。
(5)在基于应变速率的试验速率(方法 A)中, 将2010版的第一种应变速率和第二种应变速率修 改为方法 A1和方法 A2。
(6)增加了计算机兼容标准的代表。
(7)增加了规范性附录D。
(8)更改了纵向弧形试样的信息(见2021版表H.1和2010版表E.1)。
(9)对试验机系统变形情况补偿横梁位移速率的估算进行了更改。
(10)更改了测量不确定度的评定。
(11)与ISO6892-1:2019的主要差异:在结构上有较多调整,具体可见2021版资料性附录A,差异及其原因见2021版附录B;增加了逐步逼近法测 定规定塑性延伸强度和卸力法测定规定残余延伸强 度举例的两项资料性附录。
2021版增加了弹性模量的测量方法及其 相关术语和定义,以及采用JJG规程校准测力系统和引伸计,其他技术内容无重大变化。
2021版修改了2010版中可能产生歧义的 一些内容,如:将方法A修改为基于应变速率的试验速率,方法B修改为基于应力速率的试验速率, 建议至少测量3次试样原始横截面积,试样原始横截面积为横截面积的平均值,附录 E和G修改了计算原始横截面积的相关规定以及对附录I进行了较全面的修改。修改后的表述较为准确,便于实验室 正确理解和执行。
2021版新增内容
1.1 术语和定义
2021版新增的术语和定义如表1所示。
1.2 规范性附录 D
新增规范性附录 D。对拉伸机、引伸计和试样进行了要求。
1.2.1 引伸计
由于弹性模量对应非常小的应变,因此要求引 伸计满足 GB/T12160—2019《金属材料单轴试验用引伸计系统的标定》或JJG762—2007 《引伸计》中的0.5级准确度,标距不小于50mm,并增加注, 内容为:如果只在试样单侧测量应变,则附加弯曲应变会对测试结果带来较大的误差。
1.2.2 拉伸机
力:在相应测量范围内,应满足GB/T16825.1— 2008《静力单轴试验机的检验第1部分:拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校 准》或JJG139—2014《拉力压力和万能试验机检定规程》中1级准确度等级的要求。
夹持方法和同轴度:夹持和对准方法对于测定 弹性模量非常重要,有关此方法的要求,2021版建 议见该标准的10.2节,更多的信息见 ASTM E1012—2005《在拉伸和压缩轴向力作用下验证试验框架和样品准直精度的标准实施规程》。其他有用的信息可见 GB/T34104—2017《金属材料试验机加载同轴度的检验》。推荐使用力学装置(例如试样定位块)来保证试样有好的加载同轴度。
1.2.3 试样
试样应平直。试样的表面状态不应影响试验结果,如果试样中存在残余应力,无论是在先前加工还是试样制备时存在的,所测定的模量可能不代表基材。
2021版修改内容
2.1 试验原理章节
对2010版内容进行了修改和补充,修改后的试 验原理如下所述。
试验用拉伸试样,一般拉至断裂,测定第3章定 义的一项或几项力学性能。
除非另有规定,试验温度为10~35℃。对于温 度不满足上述要求的实验室,实验室应评估该类环 境条件下运行的试验机对试验结果和(或)校准数据的影响。当试验或校准时的温度超过10~35℃时, 应记录和报告温度。如果在试验和(或)校准过程中存在较大温度梯度,不确定度测量结果可能增大和出现超差的情况。对温度要求严格的试验,温度应为(23±5)℃。如果要测定弹性模量,应按附录 D进行。
2.2 试样章节
2.2.1 新增内容
经与客户协商一致,也可以使用其他试样,如有 关产品标准中规定的其他试样。
2.2.2 修改内容
机加工的试样:删除了“此弧的过渡半径的尺寸可能很重要”的描述。
不经机加工的试样:将“或试棒的一段长度”修改为“一段长度或试棒”。
铸造试样增加了“试样轴线应与作用线重合”的规定。
2.3 原始横截面积的测定章节
修改内容如下所述。
(1)建议测量试样横截面积时,在试样平行长 度区域最少3个不同位置进行测量(2010版未建议最少测量次数,修改后更具有操作性)。
(2)原始横截面积(So):根据测量的实际尺寸 计算横截面积的平均值(明确了原始横截面积是用 测得尺寸计算得到的横截面积的平均值,不是测得尺寸平均后计算得到的横截面积)。
(3)用于测定原始横截面积的所有测量装置应 按照适当的能溯源至国家测量系统的参考标准进行校准(对横截面尺寸测量装置提供校准溯源依据)。
2.4 标距章节
新增“原始标距”和“引伸计标距的选择”技术内容,与2010版3.4.2和3.5节的“注”相同。
2.5 试验设备的准确度章节
新增“注”,内容为:“适合的拉伸试验机根据试 验机力值校准范围和试样尺寸选取”。
2.5.1 测力系统
试验机的测力系统应满足GB/T16825.1— 2008的要求,并按照JJG 139—2014、JJG 475— 2008《电子式万能试验机检定规程》或JJG1063— 2010《电液伺服万能试验机检定规程》进行校准,并且其准确度等级应为1级或优于1级。
2.5.2 引伸计
新增按照JJG762—2007进行校准的规定。测 定其他具有较大延伸率,增加延伸率大于5%的描 述,将“应使用不劣于2级准确度的引伸计”修改为“可使用2级或优于2级准确度的引伸计”。修改后更具操作性。
2.6 试验速率章节
新增内容:在方法B的某个条件下(例如对某 些钢,在弹性范围的应力速率大约为30 MPa/s,使用高刚度的夹持系统和附录E表 E.2中的P6试样),方法A范围2的应变速率可以被观测到;注2,产品标准和相关试验标准(例如航空标准)或协议可以规定与文件不同的试验速率。
文献[1]依据 ISO6892-1:2009中方法B为 “Testingratebasedonstressrate”的情况,曾提出将方法B描述为“基于应力速率的试验速率(方法 B)”。方法A和方法B的定义为:基于应变速率的试验速率(方法A)和基于应力速率的试验速率(方法B)。
由于方法A包括应变速率控制的试验速率的 方法 A1和根据平行长度估计的应变速率,实际用横梁位移速率来实现的方法A2;同样,方法 B未明确规定采用应力速率控制试验速率,且方法B中还有横梁位移速率,因此修改后的表述更准确。
测定上屈服强度试验速率的规定修改为:试验 机横梁位移速率应尽可能保持恒定,并使相应的应力速率在表3规定的范围内。
主要修改了“夹头分离速率在表3规定的应力 速率范围内”的表述,修改后表述更准确。
2.7 规定塑性延伸强度的测定章节
2021版的13.1节将2010版13.1节的注2和注3调整为正文,并在注2的内容之前增加“宜注意保证”。
2.8断面收缩率的测定章节
增加内容如下所述。
(1)对于圆形试样,测量相互垂直两个方向的 直径,取其平均值,计算最小横截面积(Su)。
(2)进行读数时,应注意确保断裂面没有位移。将2010版的“注:对于小直径的圆试样或其他 横截面形状的试样,断后横截面积的测量准确度达到±2%很困难。”调整为正文。
2.9 图9的修改
图9增加了测定规定残余延伸强度对应的试验 速率。
2.10 资料性附录A和B
附录A和B的表A.1和B.1分别给出了2021版 与ISO6892-1:2019结构变化对照情况以及技术差异及其原因。表A.1和B.1的内容,参见2021版。
2.11规范性附录
E规定0.1~3mm(不包括3mm)厚度薄板和薄 带试样类型的规范性附录E与2010版的规范性附 录B相对应,主要修改内容如下所述。
(1)表E.2增加了试样宽度尺寸公差和平行长度最小值。该表给出了原始宽度分别为12.5,20,25mm 的3种试样,宽度公差均为±1mm,平行长度最小值分别为57,90,60mm。试样编号P7修改为P17。
(2)表E.3增加名义宽度分别为10mm和15mm 的两种试样。由于试样原始横截面积计算涉及试样宽度和厚度,为此对表注a进行修改,将 “原始横截面积可以用名义值”修改为“原始横截面积可以用试样宽度的名义值计算得到”。该问题源自ISO6892-1:2009。
(3)表E.4将2010版的“注”修改为正式条款。
2.12规范性附录G
规定厚度不小于3mm板材和扁材等试样类型 的规范性附录G与2010版的规范性附录D相对 应,主要修改内容如下所述。
(1)G.2.1增加内容:c)Lo+(bo/2)对于非比例试样(见表 G.3)(Lo为原始标距,bo为矩形横截面试样平行长度的原始宽度)。
(2)表G.3增加试样宽度公差:名义宽度为 12.5mm和20mm的试样,宽度公差为±0.5mm; 名义宽度为25,38,40 mm的试样,宽度公差 为±0.7mm。P14(名义宽度为25mm)和 P15(名义宽度为38mm)原始标距Lo由50mm修 改为200mm。
(3)表G.4注a与表E.3有类似的修改,将“原 始横截面积可以用名义值”修改为“原始横截面积可以用试样的横向尺寸名义值”。
2.13 规范性附录H
附录H“管材使用的试样类型”,主要修改内容如下所述。
表H.1将2010版试样编号为S4,S5和S6的试样,由比例试样修改为非比例试样,试样名义宽度不变。管原始外径大于70mm的比例试样,试样名义宽度不再分档,统一为20mm。
2.14 资料性附录I
2010版标准提出:采用方法 A 测定上屈服强度或规定延伸强度时,如考虑试验机系统的柔度,参见附录F。资料性附录F提供了考虑试验机刚度(或 柔度)后估算的横梁位移速率的方法。该方法提出后,业内出现较大的争议,如文献[2]提出刚度修正存在“把应力-时间曲线和应力-应变曲线屈服段的高度修错了,导致了测试结果出现偏高”的问题。
对照2010版标准,2021版标准的资料性附录I 有较大变化。首先,附录名改为“考虑试验机系统变形情况补偿横梁位移速率的估算”;其次,修改了补偿横梁位移速率的估算式并引入预备试验,以及试验在应力-应变曲线上感兴趣点处的速率参数。更多变化内容见2021版标准。
2.15 其他
资料性附录O“测量不确定度的评定”内容也有修改,详见2021版标准。
