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室温拉伸试验标准GB/T228.1-2010应用解析
发表时间:2018-07-12     阅读次数:     字体:【

室温拉伸试验标准GBT228.1-2010应用解析

金属材料力学性能中常用的强度、塑性等指标,是判断购买材料合格与否的标准之一,是设计零件和结构的重要依据,是零件材料和毛坯材料选择和使用的指导性指标,也是金属加工过程中的重要控制性能指标。

加入世界贸易组织后,我国的材料测试标准也逐渐向国际化组织标准(ISO)靠拢。我国标准GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》是修订采用国际标准ISO 6892-12009修订而成的,其整体结构、层次划分、编写方法、技术内容均与ISO 6892-12009基本一致。

GB/T 228.1室温拉伸试验方法标准先后经历了19761987200220104次制修订,由于我国地域广阔,各地对新标准的认识和使用也有很大差异,标准的贯彻和执行任务艰巨。为此,笔者根据多年的实践经验,阐述了对GB/T 228.1-2010的认识,以供同行参考。

(一)拉伸式样


1、试样形状

拉伸试样通常从产品、压制坯或铸件上切取加工而成,拉伸试样的形状和尺寸主要取决于被试验金属产品的形状与尺寸。拉伸试样的横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形等,特殊情况下也可以为某些其他形状。


2、试样尺寸

拉伸试样分为比例试样非比例试样。

比例试样:原始标距与原始横截面积之间有 关系的试样。

(其中:L0为试样原始标距;k为比例系数;S0为试样平行部分的原始横截面积);

常用k值为5.65,例如我们常使用的圆截面试样,当k=5.65

就是平时的短试样,k=11.3就是长试样。

非比例试样:不具有上述关系的试样。

引伸计标距长度Le是指使用引伸计测量试样延伸时所使用引伸计的起始标距长度,理想的Le应大于L0/2但小于0.9LcLc为试样平行部分长度),推荐Le=L0

(二)拉伸试验机及性能控制要求


1、试验设备的准确度

GB/T 228.1-2010对拉伸试验机的准确度要求如下:试验机的测力系统应按照GB/T 16825.1进行校准,并且准确度应为1级或优于1级;引伸计的准确度级别应符合GB/T 12160要求;计算机控制拉伸试验机应满足GB/T 22066要求。


2、试验要求

1)试验力零点的设定

GB/T 228.1-2010规定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,在试验期间力的测量系统不再发生变化。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定。

2)试样的夹持方法

GB/T 228.1-2010规定,试样夹持时应确保试样受轴向拉力的作用,减少弯曲。应使用例如楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头、环形夹具夹持试样。夹持方法对试验脆性材料或规定塑性延伸率强度、规定总延伸率强度、规定残余延伸率强度或屈服强度尤为重要。

3)试验速率控制的设定

GB/T 228.1-2010按照ISO 6892-12009设计了两种控制方法,试验的缩略形式表示为GB/T 228AnnnGB/T 228Bn

方法A是应变速率控制的试验速率,是金属材料拉伸试验速率控制的趋势,新国标中给出了较为详细说明。GB/T 228A224表示方法A控制,不同阶段的试验应变速率范围分别为标准中的224

方法B为应力速率控制的试验速率,GB/T 228B35表示方法B控制,试验名义应力速率为35MPa·s-1,此速率是弹性阶段的应力速率。


(三)材料拉伸强度指标

强度是工程应用最广泛的指标,拉伸试验中通常是指抗拉强度、屈服强度和弹性极限。强度指标通常用应力表示,拉伸试验中的应力是指工程应力(按照原始横截面积计算的应力,用符号R表示),而不是真应力(按照瞬时横截面积计算的应力,用符号σ表示)。


1、拉伸强度

抗拉强度是拉伸试验中最大力Fm对应的应力,即Fm/S0GB/T 228.1-2010中用符号Rm表示;压缩试验的抗压强度用符合Rmc表示,弃用过去的σb和σbc等符号。

少数脆性材料(如铸铁)等的失效主要和材料的最大拉应力有关,在工程设计与计算中要注意应用Rm代替σb,例如材料力学中的第一、第二强度理论表示如下

式中:【σ】表示许用应力;n表示安全系数。


2、屈服强度

GB/T 228.1-2010将屈服强度分为上屈服强度下屈服强度

上屈服强度是试样发生屈服而力首次下降前的最大应力,用符号ReH表示。

下屈服强度是指在屈服期间,不计初始瞬时效应时的最小应力,用符号ReL表示。旧国标中常用的σsσ0.2已经弃用。

对于没有屈服强度或使用有规定要求的可设定规定塑性延伸强度(用Rp表示)或者定规定残余延伸强度(用Rr表示)。例如:Rp0.2—表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力;Rr0.2—表示规定残余延伸率为0.2%时的应力。

在我国钢材国家新标准中:碳素结构钢、一般工程用碳素铸钢件、焊接结构用铸钢件等材料的屈服强度用ReHRp0.2;优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢、工程结构用中高强度不锈钢、奥氏体锰钢铸件、一般用途耐热钢和合金铸件等的屈服强度用ReLRp0.2

低碳钢等塑性材料的破坏,主要和材料的屈服强度有关,在工程设计计算中注意用ReLRp0.2代替σs,例如材料力学中的第三强、第四强度理论表示如下:

3、弹性极限

在国标GB/T 10623-2008《金属材料 力学性能试验术语》中弹性极限是指材料在应力完全释放时能够保持没有永久应变的最大应力,其工程应用中有现实意义,但在GB/T 228.1-2010中没有规定测试方法。实际应用时,有屈服现象的钢铁材料可以考虑用ReH替代,没有屈服现象的材料可考虑Rp0.2替代。


(四)材料拉伸塑性指标解析

拉伸试验常用塑性指标是断后伸长率和断面收缩率,是设计和计算的重要参考。


1断后伸长率

GB/T 228.1-2010中断后伸长率用符号A表示,代替了旧国标中的δ

常用短试样(比例系数k=5.65)测得的结果用A表示,长试样(比例系数k=11.3)结果用A11.3表示。计算公式表示为: (其中Lu为试样断裂后的标距)。非比例试样下标应注明标距长度,如A80表示原始标距为80mm的断后伸长率。

Awn表示棒材、线材和条材等长产品的无缩颈塑性伸长率,是新增加的指标。

GB/T 228.1-2010对伸长和延伸有明确规定:试验期间任意时刻原始标距的增量称伸长,对应的指标称伸长率;试验期间任一给定时刻引伸计标距的增量称延伸,对应的指标称延伸率。拉伸曲线称应力-延伸率曲线(过去称应力-应变曲线)。

GB/T 228.1-2010取消了非比例伸长、非比例延伸等概念,用塑性延伸代替。表1列举了几个符号没变但概念发生变化的性能指标。

2、断面收缩率

断面收缩率是指试样拉断处横截面积的最大缩减量S0-Su与原始横截面积S0之比的百分率,用符号Z表示,即 (其中S0为试样断裂后最小横截面积)。

在拉伸试验时,原始横截面积S0是平均横截面积,要根据测量尺寸计算而定。对于圆截面试样,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,旧标准是在试样标距长度的两端及中间3处位置测量,取最小值计算横截面积。断后最小横截面积Su,需要测量断裂面的最小直径计算横截面积。


结束语

GB/T 228.1-2010是在GB/T 228.1-2002基础上修改采用国际标准制定而成的,体现了我国标准与国际的接轨,相比上版标准,该标准对拉伸试样,拉伸试验机的规定和要求,以及对强度、塑性等指标的定义和要求都进行了较大修订,在进行拉伸试验时要严格执行GB/T 228.1-2010的规定。


 
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