试样的原始标距设计及选择

试样的形状与尺寸取决于被检验金属制件的形状与尺寸。通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯经机加工制成试样，但具有恒定横截面的产品（型材、棒材、线材等）和铸造试样可以不经机加工而进行试验。试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。

原始标距与原始横截面积有关系者称为比例试样，国际上使用的比例系数k的值为5.65。原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值（优先采用11.3的值）或采用非比例试样。非比例试样的原始标距L_o与其原始横截面积S_o无关。

1.机加工的试样

如果试样的夹持端与平行长度的尺寸不相同，它们之间应以过渡弧连接。此弧的过渡半径的尺寸可能很重要，如果对过渡半径未做规定时，建议应在相关产品标准中规定。

试样夹持端的形状应适合试验机的夹头，试样轴线应与力的作用线重合。

试样平行长度L_c或试样不具有过渡弧时夹头间的自由长度应大于原始标距L_o。

2.不经机加工的试样

如果试样为未经机加工的产品或试棒的一段长度，两夹头间的自由长度应足够，以使原始标距的标记与夹头有合理的距离。

铸造试样应在其夹持端和平行长度之间以过渡弧连接。此弧的过渡半径r的尺寸很重要，建议在相关产品标准中规定。试样夹持端的形状应适合于试验机的夹头。平行长度L_c应大于原始标距L_o。

3.试样的主要类型

试样的主要类型见表2-1。

表2-1 试样的主要类型 （单位：mm）

4.厚度在0.1～＜3mm范围内的薄板和薄带使用的试样

（1）试样的形状 试样的夹持头部一般应比其平行长度部分宽，试样头部与平行长度之间应有过渡半径至少为20mm的过渡弧相连接，如图2-7所示。头部宽度应不小于1.2b_o（b_o为原始宽度）。通过协议，也可以使用不带头试样，对于宽度等于或小于20mm的产品，试样宽度可以与产品的宽度相同。

（2）试样的尺寸 试样的尺寸要求如下：

1）平行长度应不小于L_o+b_o/2。

2）对于宽度等于或小于20mm的不带头试样，除非产品标准中另有规定，原始标距L_o应等于50mm。对于这类试样，两夹头间的自由长度应等于L_o+3b_o。

3）矩形横截面比例试样的尺寸见表2-2。

图2-7 机加工的矩形横截面试样（试样头部仅为示意性）

a）试验前 b）试验后

a_o—板试样原始厚度或管壁原始厚度 b_o—板试样平行长度的原始宽度 L_o—原始标距 L_c—平行长度 L_t—试样总长度 L_u—断后标距 S_o—平行长度的原始横截面积

表2-2 矩形横截面比例试样的尺寸

注：1.优先采用比例系数k=5.65的比例试样。如果比例标距小于15mm，建议采用表2-3的非比例试样。

2.如果需要，厚度小于0.5mm的试样在其平行长度上可带小凸耳以便装夹引伸计。上下两凸耳宽度中心线间的距离为原始标距。

4）较广泛使用的三种矩形横截面非比例试样的尺寸见表2-3。

表2-3 矩形横截面非比例试样的尺寸

①宽度25mm的试样其L_c/b_o和L_o/b_o与宽度12.5mm和20mm的试样相比非常低。这类试样得到的性能，尤其是断后伸长率（绝对值和分散范围），与其他两种类型试样不同。

5）当对每个试样测量尺寸时，应满足表2-4给出的试样宽度公差。

表2-4 试样宽度公差 （单位：mm）

①如果试样的宽度公差满足本表要求，原始横截面积可以用名义值，而不必通过实际测量再计算。②试样整个平行长度L_c范围内，宽度测量值的最大值与最小值之差。

（3）试样的制备 试样的制备方法如下：

1）制备试样应不影响其力学性能，应通过机加工方法去除由于剪切或冲切而产生的加工硬化部分材料。

2）这些试样优先从板材或带材上制备，应尽可能保留原轧制面。

3）通过冲切制备的试样，在材料性能方面会产生明显变化，尤其是屈服强度或规定延伸强度，会由于加工硬化而发生明显变化。对于呈现明显加工硬化的材料，通常通过铣削和磨削等手段加工。

4）对于十分薄的材料，建议将其切割成等宽度薄片并叠成一叠，薄片之间用油纸隔开，每叠两侧夹以较厚薄片，然后将整叠机加工至试样尺寸。

5）机加工试样的尺寸公差和几何公差应符合表2-4的要求。

（4）原始横截面积的测定 原始横截面积应根据试样的尺寸测量值计算得到。原始横截面积的测定应准确到±2%。当误差的主要部分是由于试样厚度的测量所引起的，宽度的测量误差不应超过±0.2%。

为了减小试验结果的测量不确定度，建议原始横截面积应准确至或优于±1%。对于薄片材料，需要采用特殊的测量技术。

5.厚度≥3mm的板材和扁材及直径或厚度≥4mm的线材、棒材和型材使用的试样

（1）试样的形状 通常试样要进行机加工。平行长度和夹持头部之间应以过渡弧连接，试样头部形状应适合于试验机夹头的夹持，如图2-8所示。圆形横截面试样的夹持端和平行长度之间的过渡弧的半径应不小于0.75d，其他试样的夹持端和平行长度之间的过渡弧的半径应不小于12mm。

如果相关产品标准有规定，型材、棒材等可以采用不经机加工的试样进行试验。

试样原始横截面积可以为圆形、方形、矩形或特殊情况时为其他形状。对于矩形横截面试样，推荐其宽厚比不超过8∶1。

一般机加工的圆形横截面试样其平行长度的直径一般不应小于3mm。

（2）试样的尺寸 试样的尺寸要求如下：

1）机械加工试样的平行长度L_c应至少等于：①圆形横截面试样，L_o+d_o/2；②其他形状试样，；③对于仲裁试验，平行长度应为L_o+2d_o或。

2）对于不经机加工试样的平行长度，试验机两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近夹头间的距离不小于。

3）通常使用比例试样时，原始标距L_o与原始横截面积S_o有以下关系：

其中比例系数k值通常取5.65，也可以取11.3。

图2-8 圆形横截面机加工试样（试样头部仅为示意性）

a）试验前 b）试验后

d_o—圆试样平行长度的原始直径 L_o—原始标距 L_c—平行长度 L_t—试样总长度 L_u—断后标距 S_o—平行长度的原始横截面积 S_u—断后最小横截面积

圆形横截面比例试样和矩形横截面比例试样应优先采用表2-5和表2-6推荐的尺寸，在L_o大于15mm的前提下，应优先采用L_o=5d的短比例试样；否则选用L_o=10d的长比例试样，若有需要，也可采用定标距试样。

表2-5 圆形横截面比例试样的尺寸

注：1.如果相关产品标准无具体规定，优先采用R2、R4或R7试样。

2.试样总长度取决于夹持方法，原则上L_t＞L_c+4d_o。

表2-6 矩形横截面比例试样的尺寸

注：如果相关产品标准无具体规定，优先采用比例系数k=5.65的比例试样。

4）矩形横截面非比例试样的尺寸见表2-7，如果相关的产品标准有规定，允许使用非比例试样。平行长度应不小于L_o+b_o/2。对于仲裁试验，平行长度应为L_c=L_o+2b_o。

表2-7 矩形横截面非比例试样的尺寸

（3）试样的制备 试样的制备方法如下：(www.xing528.com)

1）试样横向尺寸公差见表2-8。

表2-8 试样横向尺寸公差 （单位：mm）

①如果试样的公差满足本表，原始横截面积可以用名义值，而不必通过实际测量再计算；如果试样的公差不满足本表，就很有必要对每个试样的尺寸进行实际测量。②沿着试样整个平行长度，规定横向尺寸测量值的最大值与最小值之差。

2）对于表2-8给出的尺寸公差，例如对于名义直径10mm的试样，尺寸公差为±0.03mm，表示试样的直径不应超出下面两个值之间的尺寸范围：10mm+0.03mm=10.03mm，10mm-0.03mm=9.97mm，尺寸范围为9.97～10.03mm。

3）对于表2-8中规定的几何公差，例如对于满足上述机加工条件的名义直径10mm的试样，沿其平行长度最大直径与最小直径之差不应超过0.04mm。因此，如果试样的最小直径为9.99mm，它的最大直径不应超过：9.99mm+0.04mm=10.03mm。

（4）原始横截面积的测定 对于圆形横截面和四面机加工的矩形横截面试样，如果试样的尺寸公差和几何公差均满足表2-8的要求，可以用名义尺寸计算原始横截面积。对于所有其他类型的试样，应根据测量的原始试样尺寸计算原始横截面积S_o，测量每个尺寸应准确到±0.5%。

6.直径或厚度＜4mm的线材、棒材和型材使用的试样

（1）试样的形状 试样通常为产品的一部分，不经机加工，如图2-9所示。

图2-9 产品一部分不经机加工试样（试样头部形状仅为示意性）

L_o—原始标距 S_o—平行长度的原始横截面积

（2）试样的尺寸 原始标距L_o应取200mm±2mm或100mm±1mm。试验机两夹头之间的试样长度应至少等于L_o+3b_o或L_o+3d_o，最小为L_o+20mm，见表2-9。

表2-9 产品一部分不经机加工的非比例试样的尺寸

如果不测定断后伸长率，两夹头间的最小自由长度可以为50mm。

（3）试样的制备 如果以盘卷交货的产品，可进行矫直。

（4）原始横截面积的测定 原始横截面积的测定应准确到±1%。对于圆形横截面的产品，应在两个相互垂直方向测量试样的直径，取其算术平均值计算横截面积。

可以根据测量的试样的总长度、质量和材料密度，按照下式确定其原始横截面积S_o（单位为mm）：

式中 m——试样的质量，单位为g；

ρ——试样的材料密度，单位为g/cm³；

L_t——试样的总长度，单位为mm。

7.管材使用的试样

（1）试样的形状 试样可以为全壁厚纵向弧形试样、管段试样、全壁厚横向试样或从管壁厚度机加工的圆形横截面试样，如图2-10和图2-11所示。

（2）纵向弧形试样 纵向弧形试样的尺寸见表2-10。相关产品标准可以规定不同于

图2-10 圆管管段试样（试样头部形状仅为示意性）

a）试验前 b）试验后

a_o—原始管壁厚度 D_o—原始管外直径 L_o—原始标距 L_t—试样总长度 L_u—断后标距 S_o—平行长度的原始横截面积 S_u—断后最小横截面积

图2-11 圆管的纵向弧形试样

a）试验前 b）试验后

a_o—原始管壁厚度 b_o—圆管纵向弧形试样原始宽度 L_o—原始标距 L_c—平行长度 L_t—试样总长度 L_u—断后标距 S_o—平行长度的原始横截面积 S_u—断后最小横截面积

表2-10的试样尺寸。纵向弧形试样一般适用于管壁厚度大于0.5mm的管材。为了在试验机上夹持，可以压平纵向弧形试棒的两头部，但不应将平行长度部分压平。不带头部的试样，两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近的夹头间的距离不少于1.5So。

表2-10 纵向弧形试样的尺寸

注：如果相关产品标准无具体规定，优先采用比例系数k=5.65的比例试样。

（3）管段试样 管段试样的尺寸见表2-11。应在试样两端加以塞头。塞头至最接近的标距标记的距离不应小于D_o/4，只要材料足够，仲裁试验时此距离为D_o。塞头相对于试验机夹头在标距方向伸出的长度不应超过D_o，而其形状应不妨碍标距内的变形。允许压扁管段试样两夹持头部，加或不加扁块塞头后进行试验。仲裁试验不压扁，应加配塞头。

表2-11 管段试样的尺寸

（4）机加工的横向试样 机加工的横向矩形横截面试样，管壁厚度小于3mm时，采用表2-2或表2-3的试样尺寸；管壁厚度大于或等于3mm时，采用表2-6或表2-7的试样尺寸。不带头的试样，两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近的夹头间的距离不小于1.5b_o。应采用特别措施矫直横向试样。

（5）管壁厚度加工的纵向圆形横截面试样 机加工的纵向圆形横截面试样应采用表2-5的试样尺寸。相关产品标准应根据管壁厚度规定圆形横截面尺寸，如果无具体规定，按表2-12选定。

表2-12 管壁厚度机加工的纵向圆形横截面试样

（6）原始横截面积的测定 试样原始横截面积的测定应准确到±1%。管段试样、不带头的纵向或横向试样的原始横截面积S_o（单位为mm）可以根据测量的试样的总长度、质量和材料密度，按照下式计算：

式中 m——试样的质量，单位为g；

ρ——试样的材料密度，单位为g/cm³；

L_t——试样的总长度，单位为mm。

对于圆管纵向弧形试样，按照下式计算原始横截面积：

式中 D_o——管的外径，单位为mm；

a_o——管的壁厚，单位为mm；

b_o——纵向弧形试样的平均宽度，b_o＜（D_o-2a_o），单位为mm。

下面两式为简化的公式，适用于纵向弧形试样：

1）当0.1≤b_o/D_o＜0.25时：

式中 D_o——管的外径，单位为mm；

a_o——管的壁厚，单位为mm；

b_o——纵向弧形试样的平均宽度，b_o＜（D_o-2a_o），单位为mm。

2）当b_o/D_o＜0.1时：

S_o=a_ob_o

式中 a_o——管的壁厚，单位为mm；

b_o——纵向弧形试样的平均宽度，b_o＜（D_o-2a_o），单位为mm。

对于管段试样，按照下式计算原始横截面积：

S_o=πa_o（D_o-ao）

式中 a_o——管的壁厚，单位为mm；

D_o——管的外径，单位为mm。