1、金属材料拉伸实验金属材料拉伸实验 按国家标准执行按国家标准执行东南大学力学实验中心东南大学力学实验中心主讲教师主讲教师 胥明胥明lGB/T 228-87 金属材料室温金属材料室温 拉伸试验方法拉伸试验方法 l GB/T 228-2002 金属材料室温金属材料室温 拉伸试验方拉伸试验方法法GB/ T 228 - 2002 GB 228 - 87 性能名称性能名称符号符号 性能名称性能名称符号符号 -屈服点屈服点 s 上屈服强度上屈服强度R eH上屈服点上屈服点sU下屈服强度下屈服强度ReL下屈服点下屈服点sL规定非比例延伸强度规定非比例延伸强度Rp规定非比例伸长应力规定非比例伸长应力 p抗拉强度
2、抗拉强度R m抗拉强度抗拉强度b最大力总伸长率最大力总伸长率A gt最大力下总伸长率最大力下总伸长率gt最大力非比例伸长率最大力非比例伸长率A g最大力下非比例伸长率最大力下非比例伸长率g断裂总伸长率断裂总伸长率A t-断后伸长率断后伸长率A断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率 Z断面收缩率断面收缩率 GB/ T228 -2002GB228 -87A5A 11. 310A xmmxmm项目名称项目名称GB/T228-2002结果数值修结果数值修约间隔约间隔GB228-87 范围范围结果数值修约间隔结果数值修约间隔屈服点延伸率屈服点延伸率0.05%0.05%-0.1%0.1%最大力总伸长率最
3、大力总伸长率最大力非比例伸长率最大力非比例伸长率断裂总伸长率断裂总伸长率断后伸长率断后伸长率0.5%0.5%10%10%0.5%0.5%10%10%1%1%断面收缩率断面收缩率试样的横截面形状和尺寸试样的横截面形状和尺寸l相关产品标准或协议根据产品的形状和尺寸,可按标准中附录AD所规定试样的形状和尺寸。l特殊产品可以规定其它不同的试样。试样横截面的形状一般可为圆形、矩形、弧形和环形圆形、矩形、弧形和环形,特殊情况可以为其它形状。标准中的附录AD按照产品的形状规定了主要的试样类型。l试样标距分为比例标距比例标距和非比例标距非比例标距两种,因而有比例试样和非比例试样之分。l凡试样标距与试样原始横截
4、面积有以下关系的,称为比例标距,试样称为比例试样下:l(1)l式中式中k 比例系数比例系数 5.65 l So 原始横截面积原始横截面积00Lk Sl非比例标距非比例标距(也称定标距也称定标距) 与试样原始横与试样原始横截面积不存在式截面积不存在式(1) 的关系。的关系。l如果采用比例试样如果采用比例试样,应采用比例系数应采用比例系数lk = 5. 65 的值的值,因为此值为国际通用因为此值为国际通用,除非除非采用此比例系数时不满足最小标距采用此比例系数时不满足最小标距15mm 的要求。的要求。l在必须采用其他比例系数的情况下在必须采用其他比例系数的情况下, lk = 11. 3 的值为优先采
5、用。的值为优先采用。l产品标准或协议可以规定采用非比例标产品标准或协议可以规定采用非比例标距。距。l不同的标距对试样的断后伸长率的测定不同的标距对试样的断后伸长率的测定影响明显。影响明显。 l试验机应符合试验机应符合GB/ T16825 - 1997 规定的准规定的准确度级确度级,并按照该标准要求检验。并按照该标准要求检验。l测定各强度性能均应采用测定各强度性能均应采用1 级或优于级或优于1 级准级准确度的试验机。确度的试验机。l引伸计是测延伸用的仪器。应把引伸计看引伸计是测延伸用的仪器。应把引伸计看成是一个测量系统成是一个测量系统(包括位移传感器、记录包括位移传感器、记录器和显示器器和显示器
6、) 。引伸计应符合。引伸计应符合GB/ T12160 - 2002 规定的准确度级规定的准确度级,并按照该标准要求定并按照该标准要求定期进行检验。期进行检验。 对对试验机和引伸计的要求试验机和引伸计的要求1 测量的准确度要求测量的准确度要求要求测量出最小原始横截面积要求测量出最小原始横截面积( So ) 。以实测的横以实测的横截面尺寸计算试样原始横截面积截面尺寸计算试样原始横截面积。除非相关产品。除非相关产品标准或协议另有规定标准或协议另有规定,采用标称横截面积。测量准采用标称横截面积。测量准确度要求确度要求:薄板和薄带用矩形试样薄板和薄带用矩形试样: 横截面积准确度横截面积准确度2 %不经机
7、加工试样不经机加工试样:横截面积准确度横截面积准确度1 %机加工圆形和矩形试样机加工圆形和矩形试样:每个横截面尺寸准确度每个横截面尺寸准确度0. 5 %机加工弧形试样和环形试样机加工弧形试样和环形试样(圆管段试样圆管段试样) :横截面横截面积准确度积准确度1 % l3测量部位和方法测量部位和方法l(1) 对于圆形横截面的试样对于圆形横截面的试样,在其在其标距的两端及中间三处横截面上标距的两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径相互垂直的两个方向测量直径,取取其平均直径计算面积其平均直径计算面积,取取三处测得三处测得的最小值的最小值为试样的原始横截面积为试样的原始横截面积l(2) 对于矩
8、形和弧形横截面试样对于矩形和弧形横截面试样,在其在其标距的两端及中间三处横截面上测量标距的两端及中间三处横截面上测量厚度厚度(或壁厚或壁厚) 和宽度和宽度,取取三处测得的最三处测得的最小横截面积小横截面积为试样的原始横截面积。为试样的原始横截面积。l(3) 对于环形横截面试样对于环形横截面试样(圆管段试圆管段试样样) ,在其一端相互垂直的方向测量外在其一端相互垂直的方向测量外直径和四处的壁厚直径和四处的壁厚,以平均外径和平均以平均外径和平均壁厚计算的横截面积为试样的原始横壁厚计算的横截面积为试样的原始横截面积截面积 。l5原始横截面积的计算值原始横截面积的计算值l因为原始横截面积数值是中间数据
9、因为原始横截面积数值是中间数据,不是不是试验结果数据试验结果数据,所以所以,如果必须要计算出原如果必须要计算出原始横截面积的值时始横截面积的值时,其值至少保留其值至少保留4 位有位有效数字效数字。计算时计算时,常数常数应至少取应至少取4 位有效位有效数字。数字。l 原始标距的标记原始标距的标记l试样比例标距的计算值应试样比例标距的计算值应修约到最接近修约到最接近5mm的倍数的倍数,中间数值向较大一方修约。中间数值向较大一方修约。标记原始标距的准确度应在标记原始标距的准确度应在1 %以内以内。由于标记试样标距装置的检验尚无相应由于标记试样标距装置的检验尚无相应标准标准,因此因此,建议试验室应自行
10、检查其准建议试验室应自行检查其准确度。可以用小冲点、细划线或细墨线确度。可以用小冲点、细划线或细墨线做标记做标记,标记应清晰标记应清晰,试验后能分辨试验后能分辨,不影不影响性能的测定。响性能的测定。对于带头试样对于带头试样,原始标原始标距应在平行长度的居中位置上标出距应在平行长度的居中位置上标出。l(1) 图解方法图解方法(包括自动方法包括自动方法) l引伸计标距应引伸计标距应1/ 2 L o 。引伸计和试验机。引伸计和试验机应不劣于应不劣于1 级准确度。试验速率按级准确度。试验速率按13. 1 和和13. 2 的要求。记录力的要求。记录力-延伸曲线或力延伸曲线或力-位移位移曲线曲线,或采集力
11、或采集力-延伸延伸(位移位移) 数据数据,直至超过直至超过屈服阶段。按照定义在曲线上判定上屈服屈服阶段。按照定义在曲线上判定上屈服力和下屈服力的位置点力和下屈服力的位置点,判定下屈服力时判定下屈服力时要排除要排除初始瞬时效应初始瞬时效应的影响。的影响。 l屈服前的第一个峰值力屈服前的第一个峰值力(第一个第一个极大力极大力) 判为上屈服力判为上屈服力,不管其后不管其后的峰值力比它大或小。的峰值力比它大或小。 l屈服阶段中如呈现两个或两个以上的屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力谷值力,舍去第一个谷值力舍去第一个谷值力(第一个极小值第一个极小值力力) ,取其余谷值力中之最小者判为下屈取其余谷值力
12、中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力服力。如只呈现一个下降谷值力,此谷值此谷值力判为下屈服力。力判为下屈服力。l屈服阶段中呈现屈服平台屈服阶段中呈现屈服平台,平台力平台力判为下屈服力。如呈现多个而且后判为下屈服力。如呈现多个而且后者高于前者的屈服平台者高于前者的屈服平台,判第一个平判第一个平台力为下屈服力。台力为下屈服力。 l正确的判定结果应是下屈服力必正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。定低于上屈服力。l(1) 常规平行线方法常规平行线方法此方法仅适用于具此方法仅适用于具有弹性直线段的材料测定有弹性直线段的材料测定Rp ,使用的试验使用的试验机和引伸计均应不劣于机和引伸计均
13、应不劣于1 级准确度级准确度,引伸计引伸计标距标距 1/ 2 L o ,试验时弹性应力速率按标试验时弹性应力速率按标准中的表准中的表4 要求要求,在进入塑性范围和直至在进入塑性范围和直至Fp 应变速率不超过应变速率不超过0. 002 5/ s。试验时。试验时,记录记录力力-延伸曲线或采集力延伸曲线或采集力-延伸数据延伸数据,直至超过直至超过Rp对应的力对应的力Fp 。在记录得到的曲线图上。在记录得到的曲线图上图解确定规定非比例延伸力图解确定规定非比例延伸力Fp ,进而计算进而计算Rp 。 l(1) 图解方法图解方法(包括自动方法包括自动方法) 图解图解方法要求试验机不劣于方法要求试验机不劣于1
14、 级准确度级准确度,引伸计为不劣于引伸计为不劣于2 级准确度级准确度,引伸计引伸计标距不小于试样标距的一半标距不小于试样标距的一半,试验时试验时的应变速率不超过的应变速率不超过0. 008/ s (相当于相当于两夹头分离速率两夹头分离速率0. 48 L c/ min) 。l试验时试验时,记录力记录力-延伸曲线或力延伸曲线或力-位移曲线位移曲线或采集相应的数据。在记录得到的曲线或采集相应的数据。在记录得到的曲线图上按定义判定最大力图上按定义判定最大力。l对于连续屈服类型对于连续屈服类型,试验过程中的最大力试验过程中的最大力判为最大力判为最大力Fm ;l对于不连续屈服类型对于不连续屈服类型,过了屈
15、服阶段之后过了屈服阶段之后的最大力判为最大力的最大力判为最大力Fm ,由最大力计算由最大力计算抗拉强度抗拉强度Rm 。 不连续屈服类型不连续屈服类型连续屈服类型连续屈服类型l(1) 人工方法试验前在试样平行长度人工方法试验前在试样平行长度上标记出原始标距上标记出原始标距(误差误差1 %) 和标和标距内等分格标记距内等分格标记(一般标记一般标记10 个等分个等分格格) 。试验拉断后。试验拉断后,将试样的断裂处对接将试样的断裂处对接在一起在一起,使其轴线处于同一直线上使其轴线处于同一直线上,通过通过施加适当的压力以使对接严密。用分施加适当的压力以使对接严密。用分辨力不劣于辨力不劣于0. 1mm 的
16、量具测量断后标的量具测量断后标距距,准确到准确到0. 25mm 以内。以内。l建议建议:断后标距的测量应读到所用量具断后标距的测量应读到所用量具的分辨力的分辨力,数据不进行修约数据不进行修约,然后计算断然后计算断后伸长率。后伸长率。 l如果试样断在标距中间如果试样断在标距中间1/ 3 L o 范范围内围内,则直接测量两标点间的长度则直接测量两标点间的长度; l如果断在标距内如果断在标距内,但超出中间但超出中间1/ 3 L o 范围范围,可以采用移位方法可以采用移位方法(见标准中附见标准中附录录F)测定断后标距。测定断后标距。 l如果断在标距外如果断在标距外,而且断后伸长而且断后伸长率未达到规定
17、最小值率未达到规定最小值,则结果无则结果无效效,需用同样的试样重新试验。需用同样的试样重新试验。 l(2) 图解方法图解方法(包括自动方法包括自动方法) 用引伸计系统用引伸计系统记录力记录力-延伸曲线延伸曲线,或采集力或采集力-延伸数据延伸数据,直至试直至试样断裂。样断裂。读取或判读断裂点的总延伸读取或判读断裂点的总延伸,扣除弹扣除弹性延伸部分后得到的非比例延伸作为断后伸性延伸部分后得到的非比例延伸作为断后伸长。长。扣除的方法是扣除的方法是,过断裂点作平行于曲线的过断裂点作平行于曲线的弹性直线段的弹性直线段的平行线交于延伸轴平行线交于延伸轴,交点即确定交点即确定了非比例延伸了非比例延伸,见标准
18、中的图见标准中的图1。l引伸计的标距应等于试样的原始标距引伸计的标距应等于试样的原始标距,可以不可以不在试样上标出原始标距在试样上标出原始标距(但建议标出但建议标出) 。l建议建议,当断后伸长率当断后伸长率 5 %时时,使用不劣于使用不劣于1 级级引伸计引伸计; 5 %时时,使用不劣于使用不劣于2 级引伸计。级引伸计。 AgAAgtAt图1l最大力总伸长率最大力总伸长率Agt和和l最大力非比例伸长率最大力非比例伸长率Ag 的测定的测定ll(1) 图解方法图解方法(包括自动方法包括自动方法) 引伸计标距应等于或引伸计标距应等于或近似等于试样标距。近似等于试样标距。l建议建议,当最大力总延伸率当最
19、大力总延伸率 5 %时时,使用不劣于使用不劣于1 级引级引伸计伸计; 5 %时时,使用不劣于使用不劣于2 级引伸计。试验时纪录级引伸计。试验时纪录力延伸曲线或采集力延伸数据力延伸曲线或采集力延伸数据,直至超过最大力直至超过最大力点。取最大力点的总延伸计算点。取最大力点的总延伸计算A gt 。l从最大力总延伸中扣除弹性延伸部分得到非比例延从最大力总延伸中扣除弹性延伸部分得到非比例延伸伸,扣除的方法见标准中的图扣除的方法见标准中的图1 所示。用得到的非比所示。用得到的非比例延伸计算例延伸计算A g 。当曲线在最大力呈现一平台时。当曲线在最大力呈现一平台时,应应以平台的中点作为最大力点以平台的中点作
20、为最大力点,见标准中的图见标准中的图1。AgAAgtAtAgA20%39.4%计算实例计算实例600MPa400MPa弹性模量200GPa0.3%0.2%Ag=19.7%修约后20%A=39.2%修约后39%l1 圆形横截面试样断面收缩率的测定圆形横截面试样断面收缩率的测定l圆形横截面试样拉断后缩颈处最小横截面圆形横截面试样拉断后缩颈处最小横截面并不一定为圆形横截面形状并不一定为圆形横截面形状,但测定的方但测定的方法基础是建立在假定为圆形横截面形状上。法基础是建立在假定为圆形横截面形状上。这样这样,以测定试样原始横截面积与断裂后以测定试样原始横截面积与断裂后缩颈处最小横截面积之差与原始横截面积
21、缩颈处最小横截面积之差与原始横截面积之比计算断面收缩之比计算断面收缩率。率。l可以采用式可以采用式(6) 直接计算断面收缩率直接计算断面收缩率Z 21100%udZdl断后最小横截面积的测定应准确到断后最小横截面积的测定应准确到2 %以内。建议按标准中表以内。建议按标准中表3 的要求选用量的要求选用量具。在缩颈最小处两个相互垂直方向上具。在缩颈最小处两个相互垂直方向上测量直径测量直径,取其平均值计算横截面积取其平均值计算横截面积,必要必要时时,将断裂部分在断裂处对接在一起后进将断裂部分在断裂处对接在一起后进行测量。行测量。 l2 矩形横截面试样断面收缩率的测定矩形横截面试样断面收缩率的测定l按
22、定义测定按定义测定,但测定试样断后最小横截面积的但测定试样断后最小横截面积的方法方法,是基于一种假设模型并作近似处理是基于一种假设模型并作近似处理,即假即假定矩形横截面四个边为抛物线型定矩形横截面四个边为抛物线型,它的等效横它的等效横截面积粗略近似为截面积粗略近似为0uuSa b0uuSa b式中式中au 和和bu 分别为断裂后缩颈分别为断裂后缩颈处最小厚度和最大宽度。处最小厚度和最大宽度。断裂总伸长率断裂总伸长率At 的测定的测定l仅采用图解方法仅采用图解方法(包括自动方法包括自动方法) 。l引伸计标距应等于试样标距。引伸计标距应等于试样标距。l建议建议,若断裂总延伸率若断裂总延伸率 5 %
23、时时,使用不劣使用不劣于于1 级引伸计级引伸计; 5 %时时,使用不劣于使用不劣于2 级引级引伸计。伸计。l试验时记录力试验时记录力-延伸曲线或采集力延伸曲线或采集力-延伸数延伸数据据,直至断裂。以断裂点的总延伸计算直至断裂。以断裂点的总延伸计算A t。Instron3367 Instron3367 电子材料试验机电子材料试验机实验设备实验设备用学号输出结果到桌面l根据试样长度调整试验机的上、下夹头的位置，达到适当的位置后，试件先安装在试验机的下夹头内，试样安装必须正确，防止偏斜和夹持部分过短的现象。试验机调零后，再把试件上夹头夹紧。 l取下试样取下试样l将断裂试件的两断口对齐并尽量靠紧，将断裂试件的两断口对齐并尽量靠紧，测量断裂后标距段的长度测量断裂后标距段的长度L Lu u；测量断；测量断口颈缩处的直径口颈缩处的直径d du u，计算断口处的横，计算断口处的横截面积截面积S Su u 。l整理试验设备整理试验设备l整理试验纪录整理试验纪录
