试验内容和结果表示方法

时间：2023-06-17 理论教育版权反馈

【摘要】：一旦设定了力值零点，在试验期间力测量系统不能再发生变化。这对试验脆性材料或测定规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要。采用的试验速率应通过技术文件来规定。这意味着应将变形分为试验装置的弹性变形和试样的弹性变形。2）范围3：，相对误差±20%。如果拉伸试验仅仅是为了测定抗拉强度，根据范围3或范围4得到的平行长度估计的应变速率适用于整个试验。

试验内容和结果表示方法

1.设定试验力零点

在试验加载链装配完成后，试样两端被夹持之前，应设定力测量系统的零点。一旦设定了力值零点，在试验期间力测量系统不能再发生变化。

上述方法一方面是为了确保夹持系统的重量在测力时得到补偿，另一方面是为了保证夹持过程中产生的力不影响力值的测量。

2.试样的夹持方法

应使用如楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头、套环夹具等合适的夹具夹持试样。

应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用，尽量减小弯曲。这对试验脆性材料或测定规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要。

为了得到直的试样和确保试样与夹头对中，可以施加不超过规定强度或预期屈服强度的5%相应的预拉力。宜对预拉力的延伸影响进行修正。

3.第1种应变速率控制的试验速率（方法A）

（1）一般要求第1种方法是为了减小测定应变速率敏感参数（性能）时的试验速率变化和试验结果的测量不确定度，包含两种不同类型的应变速率控制模式。第1种应变速率是基于引伸计的反馈而得到的；第2种是根据平行长度估计的应变速率，即通过控制平行长度与需要的应变速率相乘得到的横梁位移速率来实现。

如果材料显示出均匀变形能力，力值能保持名义的恒定，应变速率和根据平行长度估计的应变速率大致相等。如果材料展示出不连续屈服或锯齿状屈服或发生缩颈时，两种速率之间会存在不同。随着力值的增加，试验机的柔度可能会导致实际的应变速率明显低于应变速率的设定值。

试验速率应满足下列要求：

1）在直至测定R_eH、R_p或R_t的范围，应采用规定的应变速率。这一范围需要在试样上装夹引伸计，消除拉伸试验机柔度的影响，以准确控制应变速率（对于不能进行应变速率控制的试验机，根据平行长度部分估计的应变速率也可用）。

图2-13 应变速率范围（方法A）

—应变速率 t—拉伸试验时间进程 t_c—横梁控制时间 tec—引伸计控制时间或横梁控制时间 1—范围1：，相对误差±20% 2—范围2：，相对误差±20% 3—范围3：，相对误差±20% 4—范围4：，相对误差±20%①推荐的。②如果试验机不能测量或控制应变速率，可扩展至较低速率的范围。

2）对于不连续屈服的材料，应选用根据平行长度部分估计的应变速率。这种情况下是不可能用装夹在试样上的引伸计来控制应变速率的，因为局部的塑性变形可能发生在引伸计标距以外。在平行长度范围，利用恒定的横梁位移速率v_c，根据下式计算得到的应变速率具有足够的准确度。

式中 L_c——平行长度，单位为mm；

——平行长度估计的应变速率，单位为s^-1。

3）在测定R_p、R_t或屈服结束之后，应该使用或。为了避免由于缩颈发生在引伸计标距以外控制出现问题，推荐使用。

在测定相关材料性能时，应保持规定的应变速率，如图2-13所示。

在进行应变速率或控制模式转换时，不应在应力-延伸率曲线上引入不连续性，而歪曲R_m、A_g或A_gt值（见图2-2）。这种不连续效应可以通过降低转换速率得以减轻。

应力-延伸率曲线在加工硬化阶段的形状可能受应变速率的影响。采用的试验速率应通过技术文件来规定。

（2）上屈服强度R_eH或规定延伸强度R_p、R_t和Rr的测定当测定上屈服强度R_eH或规定延伸强度R_p、Rt和R_r时，应变速率应保持恒定。在测定这些性能时，应选用下面两个范围之一：

1）范围1：，相对误差±20%。

2）范围2：，相对误差±20%（如果没有其他规定，推荐选取该速率）。如果试验机不能直接进行应变速率控制，应该采用通过平行长度估计的应变速率，即恒定的横梁位移速率。该速率应用下式进行计算：

式中 L_c——平行长度，单位为mm；

——平行长度估计的应变速率，单位为s^-1。

上式没有考虑试验装置（机架、力传感器、夹具等）的弹性变形。这意味着应将变形分为试验装置的弹性变形和试样的弹性变形。横梁位移速率只有一部分转移到了试样上。试样上产生的应变速率由下式给定：

式中 v_c——横梁位移速率，单位为mm/s；

m——给定时刻应力-延伸曲线的斜率（例如R_p0.2附近点），单位为MPa；

S_o——原始横截面积，单位为mm²；

C_M——试验装置的刚度，单位为mm/N（在试验装置的刚度不是线性的情况下，比如楔形夹头，应取相关参数点例如R_p0.2附近的刚度值）；

L_c——试样的平行长度，单位为mm。

注：从应力-应变曲线弹性部分得到的m和C_M不能用。

不能补偿柔度效应，试样上产生应变速率所需近似横梁位移速率可以根据下式计算得到：

（3）下屈服强度R_eL和屈服点延伸率A_e的测定上屈服强度之后，在测定下屈服强度和屈服点延伸率时，应当保持下列两种范围之一的平行长度估计的应变速率，直到不连续屈服。

1）范围2：，相对误差±20%（测定R_eL时推荐该速率）。

2）范围3：，相对误差±20%。

（4）抗拉强度R_m、断后伸长率A、最大力下的总延伸率A_gt、最大力下的塑性延伸率A_g和断面收缩率Z的测定在屈服强度或塑性延伸强度测定后，根据试样平行长度估计的应变速率，应转换成下述规定范围之一的应变速率：

1）范围2：，相对误差±20%。

2）范围3：，相对误差±20%。

3）范围4：，相对误差±20%（如果没有其他规定，推荐选取该速率）。

如果拉伸试验仅仅是为了测定抗拉强度，根据范围3或范围4得到的平行长度估计的应变速率适用于整个试验。

4.第2种应变速率控制的试验速率（方法B）

（1）一般要求试验速率取决于材料特性并应符合下列要求。如果没有其他规定，在应力达到规定屈服强度的一半之前，可以采用任意的试验速率。在测定相关材料性能时，应保持规定的应变速率，如图2-14所示。

（2）上屈服强度R_eH 在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在表2-14规定的应力速率范围内。弹性模量小于150000MPa的典型材料包括锰、铝合金、铜和钛。弹性模量大于150000MPa的典型材料包括铁、钢、钨和镍基合金。

表2-14 应力速率

（3）下屈服强度R_eL 如果仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025～0.0025/s之间。平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。如果不能直接调节这一应变速率，应通过调节屈服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。

任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超过表2-14规定的最大速率。

（4）规定塑性延伸强度R_p、规定总延伸强度R_t和规定残余延伸强度R_r 在弹性范围试验机的横梁位移速率应在表2-14规定的应力速率范围内，并尽可能保持恒定。

在塑性范围和直至规定强度（规定塑性延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度）应变速率不应超过0.0025/s。

图2-14 应变速率范围（方法B）

—应变速率 —应力速率 t—拉伸试验时间进程 t_el—测定弹性性能参数的时间范围 t_f—测定通常到断裂的性能参数的时间范围 t_pl—测定塑性性能参数的时间范围

①如果试验机不能测量或控制应变速率，可扩展至较低速率的范围。

（5）横梁位移速率如果试验机无能力测量或控制应变速率，应采用等效于表2-14规定的应力速率的试验机横梁位移速率直至屈服完成。

（6）抗拉强度R_m、断后伸长率A、最大力总延伸率A_gt、最大力塑性延伸率A_g和断面收缩率Z 测定屈服强度或塑性延伸强度后，试验速率可以增加到不大于0.008s^-1的应变速率（或等效的横梁分离速率）。

如果仅仅需要测定材料的抗拉强度，在整个试验过程中可以选取不超过0.008/s的单一试验速率。

5.试验条件的表示

为了用缩略的形式报告试验控制模式和试验速率，可以使用下列缩写的表示形式：

GB/T 228.1Annn或GB/T 228.1Bn

这里“A”定义为使用方法A（应变速率控制），“B”定义为使用方法B（应力速率控制）。三个字母的符号“nnn”是指每个试验阶段所用应变速率，如图2-13和图2-14中定义的。方法B中的符号“n”是指在弹性阶段所选取的应力速率。

示例1：GB/T 228.1A224表示试验为应变速率控制，不同阶段的试验速率范围分别为2/s、2/s和4/s。

示例2：GB/T 228.1B30表示试验为应力速率控制，试验的名义应力速率为30MPa/s。

示例3：GB/T 228.1B表示试验为应力速率控制，试验的名义应力速率符合表2-14。

6.原始标距的标记

应用小标记、细画线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口做标记。

对于比例试样，如果原始标距的计算值与其标记值之差小于10%L_o，可将原始标距的计算值按GB/T8170修约至最接近5mm的倍数。原始标距的标记应准确到±1%。如果平行长度L_c比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原始标距。有时，可以在试样表面画一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。

7.屈服强度的测定

（1）上屈服强度R_eH 上屈服强度R_eH可以从力-延伸曲线图或峰值力显示器上测得，定义为力首次下降前的最大力值对应的应力（见图2-3）。

（2）下屈服强度R_eL 下屈服强度R_eL可以从力-延伸曲线上测得，定义为不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力所对应的应力（见图2-3）。

（3）位置判定对于上、下屈服强度位置判定的基本原则如下：

1）屈服前的第1个峰值应力（第1个极大值应力）判为上屈服强度，不管其后的峰值应力比它大还是比它小。

2）屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值应力，舍去第1个谷值应力（第1个极小值应力）不计，取其余谷值应力中之最小者判为下屈服强度。如果只呈现1个下降谷，此谷值应力判为下屈服强度。

3）屈服阶段中呈现屈服平台，平台应力判为下屈服强度。如果呈现多个而且后者高于前者的屈服平台，判第1个平台应力为下屈服强度。

4）正确的判定结果应是下屈服强度一定低于上屈服强度。

为提高试验效率，可以报告在上屈服强度之后延伸率为0.25%范围以内的最低应力为下屈服强度，不考虑任何初始瞬时效应。用此方法测定下屈服强度后，试验速率可以增加。试验报告应注明使用了此简捷方法。此规定仅仅适用于呈现明显屈服的材料和不测定屈服点延伸率的情况。

8.抗拉强度的测定

对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从记录的力-延伸或力-位移曲线图，或从测力度盘读取过了屈服阶段之后的最大力，如图2-15所示。对于呈现无明显屈服（连续屈服）现象的金属材料，从记录的力-延伸或力-位移曲线图，或从测力度盘读取试验过程中的最大力F_m。最大力除以试样原始横截面积（S_o）得到抗拉强度。

对于显示特殊屈服现象的材料，相应于上屈服点的应力可能高于此后任一应力值（第2个极大值，如图2-16所示）。如遇此种情况，需要选定两个极大值中之一作为抗拉强度。

图2-15 最大力F_m

图2-16 出现特殊屈服现象材料的抗拉强度

从应力-延伸率曲线测定抗拉强度R_m的几种不同类型如图2-17所示。

图2-17 从应力-延伸率曲线测定抗拉强度

a）R_eH＜R_m b）R_eH＞R_m c）应力-延伸率状态的特殊情况

9.规定塑性延伸强度的测定

（1）定义法根据力-延伸曲线图测定规定塑性延伸强度R_p。在曲线图上，做一条与曲线的弹性直线段部分平行，且在延伸轴上与此直线段的距离等效于规定塑性延伸率，例如0.2%的直线。此平行线与曲线的交截点给出相应于所求规定塑性延伸强度的力。此力除以试样原始横截面积S_o得到规定塑性延伸强度，如图2-4所示。

如力-延伸曲线图的弹性直线部分不能明确地确定，以致不能以足够的准确度做出这一平行线，推荐采用如下方法。

图2-18 规定塑性延伸强度R_p

e—延伸率 e_p—规定塑性延伸率 R—应力 R_p—规定塑性延伸强度

试验时，当已超过预期的规定塑性延伸强度后，将力降至约为已达到的力的10%，然后再施加力直至超过原已达到的力。如图2-18所示，为了测定规定塑性延伸强度，过滞后环两端点画一直线，然后经过横轴上与曲线原点的距离等效于所规定塑性延伸率的点，做平行于此直线的平行线。平行线与曲线的交截点给出相应于规定塑性延伸强度的力。此力除以试样原始横截面积得到规定塑性延伸强度。

1）可以用各种方法修正曲线的原点。做一条平行于滞后环所确定的直线的平行线并使其与力-延伸曲线相切，此平行线与延伸率轴的交截点即为曲线的修正原点。

2）在力降低开始点的塑性应变只略微高于规定塑性延伸强度R_p。较高应变的开始点将会降低通过滞后环获得直线的斜率。

3）如果在产品标准中没有规定或得到客户的同意，在不连续屈服期间或之后测定规定塑性延伸强度是不合适的。

（2）逐步逼近法逐步逼近法适用于具有无明显弹性直线段金属材料的规定塑性延伸强度的测定，也适用于力-延伸曲线图具有弹性直线段高度不低于0.5F_m的金属材料，其塑性延伸强度的测定也适用。

试验时，记录力-延伸曲线图，至少直至超过预期的规定塑性延伸强度的范围。在力-延伸曲线上任意估取A_o点拟为规定塑性延伸率等于0.2%时的力F⁰_p0.2，在曲线上分别确定力为0.1F⁰_p0.2和0.5F⁰_p0.2的B₁和D₁两点，做直线B₁D₁。从曲线原点O（必要时进行原点修正）起截取OC段（OC=0.2%L_en，式中n为延伸放大倍数），过C点做平行于B₁D₁的平行线CA₁交曲线于A₁点。如果A₁与A_o重合，F⁰_p0.2即为相应于规定塑性延伸率为0.2%时的力。

如果A₁点未与A_o重合，需要按照上述步骤进行进一步逼近。此时，取A₁点的力F_p0.2¹，在曲线上分别确定力为0.1F_p0.2¹和0.5F_p¹0.2的B₂和D₂两点，做直线B₂D₂。过C点做平行于B₂D₂的平行线CA₂交曲线于A₂点。如此逐步逼近，直至最后一次得到的交点A_n与前一次的交点A_n-1重合，如图2-19所示。A_n的力即为规定塑性延伸率达0.2%时的力。此力除以试样原始横截面积得到测定的规定塑性延伸强度R_p0.2。

图2-19 逐步逼近法测定规定塑性延伸强度R_p0.2

最终得到的直线B_nD_n的斜率，一般可以作为确定其他规定塑性延伸强度的基准斜率。逐步逼近法测定软铝等强度很低的材料的规定塑性延伸强度时显示出不适合性。

10.规定总延伸强度的测定

在力-延伸曲线图上，做一条平行于力轴并与该轴的距离等效于规定总延伸率的平行线，此平行线与曲线的交截点给出相应于规定总延伸强度的力，此力除以试样原始横截面积S_o得到规定总延伸强度R_t，如图2-5所示。

11.规定残余延伸强度的验证和测定

（1）一般要求试样施加相应于规定残余延伸强度的力，保持力10～12s，卸除力后验证残余延伸率未超过规定百分率，如图2-6所示。

这是检查通过或未通过的试验，通常不作为拉伸试验的一部分。对试样施加应力，允许阶段最后的最小值点做一条水平线或经过均匀加工硬化前屈服范围的回归线，与均匀加工硬化开始处曲线的最高斜率线相交点确定。屈服点延伸除以引伸计标距L_e得到屈服点延伸率，如图2-20所示。试验报告应注明确定均匀加工硬化开始点的方法。

图2-20 屈服点延伸率A_e的不同评估方法

a）水平线法 b）回归线法

A_e—屈服点延伸率 e—延伸率 R—应力 R_eH—上屈服强度

①经过均匀加工硬化前最后最小值点的水平线。

②经过均匀加工硬化前屈服范围的回归线。

③均匀加工硬化开始处曲线的最高斜率线。

13.最大力塑性延伸率的测定

在用引伸计得到的力-延伸曲线图上，从最大力时的总延伸中扣除弹性延伸部分即得到最大力时的塑性延伸，将其除以引伸计标距得到最大力塑性延伸率。

最大力塑性延伸率按照下式进行计算：

式中 A_g——最大力塑性延伸率（%）；

ΔL_m——最大力下的延伸，单位为mm；

L_e——引伸计标距，单位为mm；(www.xing528.com)

R_m——抗拉强度，单位为MPa；

E——弹性模量，单位为MPa。

有些材料在最大力时呈现一平台。当出现这种情况，取平台中点的最大力对应的塑性延伸率。

14.最大力总延伸率的测定

在用引伸计得到的力-延伸曲线图上测定最大力总延伸。最大力总延伸率按照下式计算：

式中 A_gt——最大力总延伸率（%）；

ΔL_m——最大力下的延伸，单位为mm；

L_e——引伸计标距，单位为mm。

有些材料在最大力时呈现一平台。当出现这种情况，取平台中点的最大力对应的总延伸率。

15.断裂总延伸率的测定

在用引伸计得到的力-延伸曲线图上测定断裂总延伸。断裂总延伸率按照下式计算：

式中 A_t——断裂总延伸率（%）；

ΔL_f——断裂总延伸，单位为mm；

L_e——引伸计标距，单位为mm。

16.断后伸长率的测定

（1）断后伸长率不小于5%的测定方法测定方法如下：

1）为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。这对小横截面试样和低伸长率试样尤为重要。断后伸长率按下式计算：

式中 A——断后伸长率（%）；

L_u——断后标距，单位为mm；

L_o——原始标距，单位为mm。

应使用分辨力足够的量具或测量装置测定断后伸长量（L_u-L_o），并准确到±0.25mm。

2）如果规定的最小断后伸长率小于5%，建议采取特殊方法进行测定。原则上只有断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的1/3情况方为有效。但断后伸长率大于或等于规定值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。如果断裂处与最接近的标距标记的距离小于原始标距的1/3，可采用移位法测定断后伸长率。

3）能用引伸计测定断裂延伸的试验机，引伸计标距应等于试样原始标距，无须标出试样原始标距的标记。以断裂时的总延伸作为伸长测量时，为了得到断后伸长率，应从总延伸中扣除弹性延伸部分。为了得到与手工方法可比的结果，有一些额外的要求（如引伸计高的动态响应和频带宽度）。原则上，断裂发生在引伸计标距L_e以内方为有效，但断后伸长率等于或大于规定值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。如果产品标准规定用一固定标距测定断后伸长率，引伸计标距应等于这一标距。

4）仅当标距或引伸计标距、横截面的形状和面积均相同时，或当比例系数k相同时，断后伸长率才具有可比性。

（2）断后伸长率小于5%的测定方法在测定小于5%的断后伸长率时应加倍小心。一般采用的方法如下：

试验前在平行长度的两端处做一很小的标记。使用调节到标距的分规，分别以标记为圆心画一圆弧。拉断后，将断裂的试样置于一装置上，最好借助螺钉施加轴向力，以使其在测量时牢固地对接在一起。以最接近断裂的原圆心为圆心，以相同的半径画第2个圆弧，如图2-21所示。用工具显微镜或其他合适的仪器测量两个圆弧之间的距离即为断后伸长，准确到±0.02mm。为使画线清晰可见，试验前涂上一层染料。

图2-21 断后伸长率小于5%的测定方法

a）拉断前画弧 b）断裂后第1次画弧 c）断裂后第2次画弧

（3）移位法测断后伸长率测定方法如下：

1）试验前将原始标距细分为5～10mm的N等份。

2）试验后，以符号X表示断裂后试样短段的标距标记，以符号Y表示断裂试样长段的等分格标记，此标记与断裂处的距离最接近于断裂处至标距标记X的距离，X与Y之间的分格数记为n。

3）如N-n为偶数，如图2-22a所示，测量X与Y之间的距离l_XY和测量从Y至距离为（N-n）/2个分格的Z标记之间的距离。按照下式计算断后伸长率：

式中 L_o——原始标距，单位为mm。

4）如N-n为奇数，如图2-22b所示，测量X与Y之间的距离和测量从Y至距离为（N-n-1）/2和（N-n+1）/2个分格的Z′和Z″标记之间的距离l_YZ′和l_YZ″。按照下式计算断后伸长率：

（4）棒材、线材和条材等长产品的无缩颈塑性伸长率A_wn的测定方法该方法是测量已拉伸试验过的试样最长部分。

试验前，在标距上标出等分格标记，连续两个等分格标记之间的距离等于原始标距L′_o的约数。原始标距L′_o的标记应准确到±0.5mm以内。断裂后，在试样的最长部分上测量断后标距L′_u，准确到±0.5mm。

为使测量有效，应满足以下条件：

1）测量区的范围应处于距离断裂处至少5d_o和距离夹头至少为2.5d_o。如果试样横截面为不规则图形，d_o为不规则截面外接圆的直径。

2）测量用的原始标距应至少等于产品标准中规定的值。

图2-22 移位法图示说明（试样头部仅为示意性）

a）N-n为偶数 b）N-n为奇数

无缩颈塑性伸长率按下式计算：

式中 A_wn——无缩颈塑性伸长率（%）；

L_u′——断后标距，单位为mm；

L_o′——原始标距，单位为mm。

对于许多材料，最大力发生在缩颈开始的范围。这意味着对于这些材料A_g和A_wn基本相等。但是，对于有很大冷变形的材料诸如双面减薄的锡板、辐照过的结构钢或在高温下的试验，A_g和A_wn之间有很大不同。

（5）断后伸长率的换算断后伸长率的换算方法包括图像法和公式法。

1）采用图像法，可以在一固定标距上测定断后伸长率，然后将其换算成比例标距的断后伸长率。对于碳素钢和低合金钢，与50mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-23所示，与200mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-24所示，与50mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-25所示，与200mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-26所示。对于奥氏体钢，与50mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-27所示，与200mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-28所示，与50mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-29所示，与200mm定标距的断后伸长率的换算关系如图2-30所示。