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中美拉伸試驗方法標準差異分析

時間:2013-05-21 20:35:29  來源:原創  作者:無

 

1.1    拉伸試樣的製作
對於拉伸試樣的尺寸以及試樣的取樣位置,國標與ASTM E8/E8M還是存在較多差別的。
GB228金屬材料拉伸試驗試件製作通常根據產品的特點,將平行長度段試件按截麵形狀分為矩形、圓形和異形(例如:多邊形及管形)三類。
1 GB228拉伸試樣取樣標準

規格
試樣類型
寬度/mm
L0
Lc
過渡弧半徑
0.1mm3 mm薄板和薄帶
比例試樣(長、短)
1012.51520
5.65/11.3*S0
15
L0+b/2
= L0+2b
20mm
非比例試樣
12.5
50
75/87.5
20
80
120/140
厚度≥3mm板材
厚度≥4mm棒材
比例試樣(長、短)
圓:356810152025
矩形:12.515202530
 
 
12mm
0.75d
非比例試樣
矩形:12.51520253840
 
 
直徑或厚度≤4mm線棒材
不經機加工非比例試樣
da4
 
 
/

厚度為0.1mm3 mm的薄板和薄帶的拉伸試樣采用全截麵矩形試樣,可采用比例試樣和非比例試樣,比例試樣又可分為短比例試樣(k=5.65)和長比例試樣(K=11.3),二者都可使用的條件下應優先使用短比例試樣。對於寬度等於或小於20mm的金屬製品,試樣寬度可以相同於產品寬度。對於寬度大於20mm的金屬製品,其拉伸試樣的寬度應機加工寬度為10mm12.5mm15mm20mm(非比例試樣為12.5mm20mm)等6種不同的尺寸規格。
厚度大於或等於3mm的板材和扁材及直徑和厚度大於或等於4mm的線材、棒材和型材的拉伸試樣可采用矩形和圓形截麵,可采用比例試樣和非比例試樣,比例試樣又可分為短比例試樣(k=5.65)和長比例試樣(K=11.3),二者都可使用的條件下應,優先使用短比例試樣(見GB/T 228附錄B)。通常情況下金屬材料拉伸試樣采用全截麵試樣,當直徑或厚度大於25mm而試驗設備能力不足時,可進行機加工減薄成比例試樣,矩形截麵試樣推薦寬厚比不超過81;圓形截麵試樣其平行長度的直徑不應小於3 mm
直徑和厚度小於4mm的線材、棒材和型材的拉伸試樣采用不經機加工全截麵矩形非比例試樣。
ASTM E8/E8MA370標準中均要求盡可能的采用全厚度或全截麵試樣,規定了3種矩形截麵試樣和5種圓形截麵試樣供選擇使用。
矩形截麵試樣均為板材拉伸試樣,適用於薄板、帶材、扁線材和板材。其與GB/228中的矩形試樣相比最大的特點是尺寸規格較少,隻有3種且是定標距試樣,無比例和非比例試樣之說。其寬度為40 mm的試樣適應於厚度≥5 mm的板材,寬度為12.5 mm的試樣適應於厚度≤19 mm的板材,寬帶為6 mm的試樣適應於厚度≤6 mm的板材。E8A370中沒有規定板材試樣適用產品的厚度上限,但標準中矩形試樣均為金屬製品的全厚度試樣,因此如產品無特別指出,可根據試驗機的能力來確定板材試樣的最大厚度。寬度為40 mm12.5mm的試樣為標準矩形試樣,隻有當金屬製品尺寸無法製各標準試樣時才能使用寬帶為6 mm的小試樣。
圓形截麵試樣。在ASTM E8中,標準提供了英製和公製兩種單位試樣標準
2 美國標準拉伸試樣取樣標準
矩形拉伸試樣/mm
試樣
寬度
標距
厚度
導角半徑
試件全長
平行長度
夾持長度
夾持寬度
標準型
板狀
40±2.0
200±0.2
5
≥25
≥450
≥225
≥75
50
薄板
12.5±0.25
50±0.1
0.13-19
≥12.5
≥200
≥60
≥50
20
小試樣
6±0.1
25±0.1
0.13-6
≥6
≥100
≥32
50
10
圓形拉伸試樣/mm
標準
尺寸
標準試樣
與標準試樣成比例的小試樣
12.5
9
6
5
2.5
ASTM E8M
直徑
12.5±0.2
9±0.1
6±0.1
4±0.1
2.5±0.1
標距
62.5±0.1
45±0.1
30±0.1
20±0.1
12.5±0.1
導角半徑
≥10
≥8
≥6
≥4
≥2
平行長度
≥75
≥54
≥36
≥24
≥20
ASTM E8
直徑
12.5±0.2
9±0.1
6±0.1
4±0.1
2.5±0.1
標距
50±0.1
36±0.1
25±0.1
16±0.1
11±0.1
導角半徑
≥10
≥8
≥6
≥4
≥2
平行長度
≥56
≥45
≥30
≥20
≥16
1.2    試樣標距
試樣在拉伸前刻畫標距是用來測定金屬材料延伸率,以表征金屬材料製品彈塑性變形能力。
GB/228標準附錄AC中厚度不小於3mm的板材和扁材、直徑和厚度大於4 mm的線材、棒材和型材、厚度為0.1mm0.3mm的薄板和薄帶的拉伸試樣標距可選比例標距或非比例標距,比例標距L0=KS0' type="#_x0000_t75"> k為比例係數,其中短比例k=5.65、長比例k=11.3,計算值修約至5mm的整數倍。試樣應優先使用短比例標距,如標距≤15 mm,應使用長比例標距,如依然不能滿足,應選用非比例標距。直徑和厚度小於4 mm的線材、棒材和型材的拉伸試樣隻采用非比例標距。
ASTM E8/E8M標準中,矩形截麵試件無論是公製單位還是英製單位均采用非比例固定標距;圓形截麵試件及不需機加工的圓形全截麵試件則采用比例標距,且在使用公製單位和英製單位時,標距的大小是不一致的,公製單位標準中試樣標距G=5D,英製單位標準中試樣標距G=4D。對於ASTM標準評價的產品(除非有特別說明的),其圓形試樣延伸率都是針對G= 4D試樣,因此它與中國GB/228標準中延伸率的測定是有很大的不同的。A370E8/E8M在機加工試件標距規定上基本是相同的,但在其標準的第8.2條款中規定:當采用全截麵試件時,如產品標準沒有另行規定,標距應按8英寸(200mm)進行測量。因此在產品測試時應關注產品標準在試驗方法使用上的具體規定,如未加規定應按 E8/E8M這個通用標準來執行較為合適。
1.3    試樣原始橫截麵的測定
GB/228標準中試樣原始橫截麵的測定按3來計算,並至少保留4位有效數字。
3 標準中試樣原始橫截麵積測定

試樣類別
截麵類型
截麵麵積的確定
計算公式
說明
機加工
矩形截麵
在標距的兩端及中間三處測量寬度和厚度或直徑,取三處最小橫截麵積
S0=ab
a:試樣厚度
b:試樣寬度
d:試樣直徑
圓形截麵
S0=πd2
非機加工
全截麵
除產品有特別規定外,全截麵試件截麵麵積應根據試樣長度、試樣質量和材料密度來確定。
S0=m蟻L脳1000' type="#_x0000_t75">
m:試樣質量
L:試樣長度
ρ:材料密度

ASTM E8/E8MA370標準中,為了保證試樣斷裂位置在標距內,允許試樣平行段從兩端到中間逐漸減少,形成一個錐度,但這個錐度應不大於1%。因此試樣原始橫截麵測量隻需在試樣標距中心測量,按S0 =πd2S0=ab計算即可。
1.4    試驗機設備和測量設備
1.4.1        試驗機
中美標準中試驗機測試準確度均要求為1級或優於1級準確度。試驗開始前必須按GB/T16825進行檢驗;美標按ASTM E4進行檢驗,要求示值誤差不大於±1%。
1.4.2        引伸計
國標規定引伸計應符合GB/T 12160標準要求,美標應符合ASTM E83。在測定金屬材料的性能時,選用引伸計精度的等級見4。從表中可以看出美標在測定同一性能指標時,引伸計級別要求高於國標要求。
 
4 引伸計精度的等級

標準
性能
等級
精度
GB/228
ReHReLRpRtRfAe
高於1
±1%
RmAAtAgAgt
高於2
±2%
E8/E8MA370
RpRtAAtAg
高於B2
±0.5%
A5~50%
高於C
±1%
A≥50%
高於D
±2%

1.5    試驗控製過程
1.5.1        室溫拉伸試驗的溫度控製
GB/228標準中規定室溫範圍1035℃;E 8/E8M標準中室溫範圍為1038℃;A370中雖未規定室溫範圍,但大多金屬製品標準及焊接規程在引用 370時,通常要求拉伸試驗溫度不低於10℃,因此在實踐過程中,可依據E8/E8M來控製。
1.5.2        試驗速率控製
GB/228標準中試驗速率有應力速率(N/mm2·S-1)、應變速率(m/m·S-1)、試驗機夾頭分離速率三種控製方法。拉伸試驗過程中,在彈性階段采用應力速率控製方法,接近屈服時應過渡到應變控製,平行長度內的應變應盡可能的保持恒定,屈服結束後可調整應變速率至試樣斷裂。如試驗機無應變控製係統,則從屈服即將開始前到屈服完成不再對試樣機油門進行調節,屈服結束後按應力速率至試樣斷裂。除非產品標準另有規定,試驗速率應符合表5要求。
5 試驗速率

標準
變形特性
應變速率(m/m·s-1
試驗機夾頭分離速率(m/m·s-1
應力速率
N/mm2·s-1
GB/228
彈性變形
彈性階段
/
/
2~20(E<150GMPa)
6~60(E≥150GMPa)
塑性變形
屈服階段
0.00025~0.0025
0.00025~0.0025
屈服後階段
≤0.008
≤0.008
ASTM E8/E8M
彈性變形階段
任意常規速度
任意常規速度
任意常規速度
屈服變形階段
/
/
1.15~11.5
測定抗拉強度
(延伸率≤5%)
0.0008~0.008
0.0008~0.008
/
測定抗拉強度
(延伸率≤5%)
/
/
1.15~11.5
A370
彈性變形階段
任意常規速度
任意常規速度
任意常規速度
屈服變形階段
0.0001~0.001
0.0001~0.001
1.15~11.5
測定抗拉強度
0.0008~0.008
0.0008~0.008
1.15~11.5

E8/E8MA370標準中試驗速率除與GB/228相同的應力速率、應變速率、試驗機夾頭分離速率三種方法外,還有試驗時間和空載十字速率。在ASTM標準體係裏,試樣速度控製方式以及試樣速率範圍的選擇是產品標準的責任,當產品標準或規範中沒有規定時,可按E8/E8MA370標準中試驗速率來執行。除非產品標準另有規定,試驗速率應符合表5要求。
測定屈服性能時,在達到規定屈服強度的一半或抗拉強度的四分之一前至屈服結束這個階段,E8/E8M要求按應力速率1.1511.5N/mm2·S-1)控製,在實際操作中,試樣開始屈服時,應力速度持續下降,甚至出現負值,要保持這個應力速率,就要求試驗機油門開的很大,這樣就會造成屈服強度偏高,顯然不切合實際。不過在A370標準中則規定按應變速率(0.00010001/S )控製,因此實驗過程中可參考A370來執行。同GB/228標準中相比,E8/E8MA370測定屈服性能的試驗速率略低;抗拉強度測定的應變速率為0.00080.008/s,而GB/228標準中無下限要求。
1.6    屈服性能的測定
GB/228E8/E8M測定屈服性能的方法基本相同,主要采用下列4種方法。
圖解法:主要用於測定上、下屈服強度。試驗時記錄力-延伸或力-位移曲線,從圖中讀取力首次下降前的最大力(上屈服強度)和不計初始瞬時效應時屈服階段的最小力(下屈服強度)。如可以使用計算機自動記錄,可不用繪製曲線。
指針方法:試驗從測力度盤上讀取力首次下降前的最大力(上屈服強度)和不計初始瞬時效應時屈服階段的最小力(下屈服強度)。如可以使用計算機自動記錄,該方法實際上記錄的是力-時間的曲線。E8/E8M標準中稱為“力停止法”,規定隻能測定上屈服強度。
規定非比例延伸法:E8/E8M標準中稱為“偏移法”,與GB/228中規定非比例延伸強度測定的方法一致。該方法主要用於測定屈服強度不明顯的材料,通常規定以非比例延伸率的0.2%所對應的平行線與曲線交截點的強度來代表材料的屈服強度,如Rp0.2
規定總延伸法:E8/E8M標準中稱為“負荷下總伸長法”,與GB/228中規定總延伸強度(Rt)測定的方法一致。通常規定以總延伸率的0.5%所對應的平行線與曲線交截點的強度:來代表材料的屈服強度,如Rt0.5
1.6.1        抗拉強度的測定
抗拉強度指試樣所能承受的最大破壞極限負載,中美標準中在抗拉強度的測定規定完全相同。
1.6.2        伸長率的測定
GB/228標準中規定了五種類別伸長率的測定:斷後伸長率、斷裂總伸長率、最大力總伸長率、最大力非比例伸長率及屈服點延伸率。我國金屬製品通常采用斷後伸長率進行產品評價,E8/E8M中僅規定了斷後伸長率測量方法,與GB/228基本相同,但在斷裂位置的規定上略有不同。
6 斷後標距測量精度

標準
伸長率
測量精度
GB/228
5%
0.25mm
5%
0.02mm
ASTM E8/E8M
3%
0.25mm(標距≤50mm
標距的1%(標距>50mm
3%
0.05mm

GB/228中要求斷裂位置必須在距標距端部大於三分之一時,其結果才有效;E8/E8M標準中要求為大於四分之一處。當斷裂位置不滿足要求時,仍應繼續測量,如果結果大於或等於產品技術要求,結果有效;如果不能滿足,GB/228標準中還可以采用位移法進行測量,而E8/E8M不能采用位移法測量,需重新取樣試驗。斷後標距的測量精度應符合6的要求。
1.7    試驗結果修約
拉伸試驗數據的修約主要涉及到強度、伸長率和斷後伸長率。中美標準在性能結果數值修約間隔規定中略有差別(見表7GB/228標準中規定的修約間隔相對較小。E8/E8MA370在斷後延伸率的修約間隔上差別較大,按產品標準指定的試驗標準執行。關於修約規則,GB/228GB8170《數值修約規則》執行:E8/E8MA370AETM E29修約規則來執行;二者在方法上一致。
7 性能結果數值修約間隔

標準
性能
適用範圍
修約間隔
說明
GB/228
屈服及抗拉強度
≤200MPa
1MPa
/
2001000MPa
5MPa
/
1000MPa
10MPa
/
屈服點延伸率
/
0.05%
/
伸長率
/
0.5%
/
斷麵收縮率
/
0.5%
/
E8/E8MA370
屈服及抗拉強度
≤500MPa
1MPa
/
5001000MPa
5MPa
/
1000MPa
10MPa
/
/
1MPa
適用於鋁和鎂合金製品
斷後伸長率
≤3%
0.2%
僅在E8/E8M規定,當伸長率3%時,未做具體規定
10%
0.5%
僅在A370規定
≥10%
1.0%
斷麵收縮率
10%
0.5%
/
≥10%
1.0%
/

1.8      複檢和判定
拉伸試樣檢測結果不符合產品技術要求時,中美產品標準中均允許對產品進行複檢,但複檢的條件和要求不盡相同。中美標準中複檢的條件和要求均由產品標準給出或指定。我國多數金屬製品標準指定按GB/T 17505《鋼及鋼產品交貨一般技術要求》執行,其規定為:任何檢驗如有某一項試驗結果不符合標準要求,則從同一批選取雙倍試樣進行該不合格項目的複檢。複檢結果中任何一個試樣仍不合格,則判定整批產品不合格。而美標金屬製品中,如ASTM A615/A615MStandard Specification for Deformed and Plain Carbon-Steel Bars for Concrete Reinforcement鋼筋混凝土用帶肋和光圓碳素鋼棒標準規程》規定:如果抗拉強度低於標準值2000psi(約14MPa)、屈服強度低於標準值1000psi(約7MPa)、伸長率低於標準值296以內,允許進行複檢,從同一批選取雙倍試樣進行該不合格項目的複檢,複檢結果中任何一個試樣仍不合格,則判定整批產品不合格。這個複檢條件在美標的其他鋼產品中,如碳素結構鋼、低合金高強度鋼製品等都有類似規定,而我國標準沒有此類規定。另外在試樣製作和試驗過程正常的情況下,美標允許最多進行兩次複檢,我國隻允許進行一次複檢。
來頂一下
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