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金屬材料拉伸試驗(yàn)方法/拉力試驗(yàn)機(jī)
金屬材料拉伸試驗(yàn)方法/拉力試驗(yàn)機(jī)
1.范圍*
1.1 本方法適用于室溫下任何形狀的金屬材料的拉伸試驗(yàn)， 特別是對(duì)于屈服強(qiáng)度、屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的測(cè)定。
1.2 E8和E8M試樣*大的區(qū)別在于原始標(biāo)距，E8中對(duì)于大多數(shù)圓形試樣標(biāo)距長(zhǎng)度的要**4D，而E8M是5D，實(shí)際生產(chǎn)中一般認(rèn)為用粉末冶金（P/M）材料制成的試樣可無此要求，以保持工業(yè)要求的材料的壓力至規(guī)定的設(shè)計(jì)面積和密度。
1.3除本方法規(guī)定外，可根據(jù)需要對(duì)特殊材料制定單獨(dú)的技術(shù)規(guī)范及試驗(yàn)方法。例如：見試驗(yàn)方法和定義A 370及試驗(yàn)方法B 557M和B557M。
1.4除非另有規(guī)定，室溫應(yīng)定為10°C～38°C。
1.5 帶國際單位制的數(shù)值與英制數(shù)值應(yīng)區(qū)別對(duì)待，不同單位制的數(shù)值換算過來不完全相等，所以每一種單位制都應(yīng)該單獨(dú)使用。兩種單位制的混合使用就偏離了本標(biāo)準(zhǔn)。
1.6 本標(biāo)準(zhǔn)并不涉及所有**的問題，如果有，也是與它的用途相關(guān)。在使用前制定適當(dāng)?shù)?*和健康規(guī)范，確定適用的規(guī)章制度是本標(biāo)準(zhǔn)使用者的責(zé)任。
2. 參考文件
2.1 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)：2
A 356/A356M 厚壁汽輪機(jī)用鑄鋼、碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼規(guī)范。
A 370 鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)方法及定義
B557 鍛、鑄鋁合金及鎂合金產(chǎn)品拉伸試驗(yàn)方法
B 557M 鍛、鑄鋁合金及鎂合金產(chǎn)品拉伸試驗(yàn)方法[公制]
E 4 試驗(yàn)機(jī)的力校驗(yàn)方法
E 6 力學(xué)試驗(yàn)方法相關(guān)術(shù)語定義
E 8 金屬材料拉伸試驗(yàn)方法
E 29 用標(biāo)準(zhǔn)方法確定性能所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)的推薦方法
E 83 引伸計(jì)的校驗(yàn)及分級(jí)方法
E 345 金屬箔拉伸試驗(yàn)方法
E 691 實(shí)驗(yàn)室之間探討確定試驗(yàn)方法**度的實(shí)施指南
E 1012 在拉伸負(fù)荷下校驗(yàn)試樣對(duì)中的方法
E1856 評(píng)估用于從萬能試驗(yàn)機(jī)中采取數(shù)據(jù)的電腦采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)指導(dǎo)方法
3. 術(shù)語
3.1 定義――E6定義中規(guī)定的拉伸試驗(yàn)相關(guān)術(shù)語定義適用于本拉伸試驗(yàn)方法中使用的術(shù)語。其
它術(shù)語如下定義：
3.1.1 不連續(xù)屈服－－軸向試驗(yàn)中，由于局部屈服，在塑性變形開始時(shí)觀查到的力的停滯或起伏。(應(yīng)力－－應(yīng)變曲線不一定出現(xiàn)不連續(xù))
3.1.2 斷裂處伸長(zhǎng)－－力突然下降之前測(cè)得的伸長(zhǎng)，對(duì)大多數(shù)材料來說，不會(huì)出現(xiàn)力的突然下降的現(xiàn)象，可以使用力下降到*大力的10%時(shí)的伸長(zhǎng)作為斷裂處伸長(zhǎng)。
3.1.3 下屈服強(qiáng)度， LYS [FL−2]－－軸向試驗(yàn)中，在不考慮瞬時(shí)效應(yīng)的情況下，不連續(xù)屈服過程中記錄的*小應(yīng)力。
3.1.4 均勻伸長(zhǎng)，Elu, [%]－－在試樣出現(xiàn)頸縮或斷裂，或二者都出現(xiàn)之前承受*大力時(shí)確定的伸長(zhǎng)。
3.1.4.1 說明－－均勻伸長(zhǎng)包括彈性和塑性伸長(zhǎng)。
3.1.5 上屈服強(qiáng)度， UYS [FL−2]－－軸向試驗(yàn)中，伴隨不連續(xù)屈服**出現(xiàn)的應(yīng)力*大值（**出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力）。
3.1.6 屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)率， YPE－－軸向試驗(yàn)中，從應(yīng)力-應(yīng)變曲線的不連續(xù)屈服至均勻應(yīng)變硬化轉(zhuǎn)折點(diǎn)的出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)的**個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變（以百分率表示）。如果發(fā)生的轉(zhuǎn)折超出應(yīng)變范圍，YPE 端點(diǎn)就是在(a)曲線上出現(xiàn)*后一個(gè)拐點(diǎn)的水平線上畫切線與(b)在應(yīng)力－－應(yīng)變曲線的應(yīng)變硬化段畫切線之間的交叉點(diǎn) 。如果沒有出現(xiàn)或接近斜率趨于零時(shí)的屈服開始的那個(gè)點(diǎn)，則材料的YPE為0 %。
4. 意義及用途
4.1 拉伸試驗(yàn)是為了提供在單軸拉伸應(yīng)力下材料的強(qiáng)度和延性數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)對(duì)于材料對(duì)比、合金研制、質(zhì)量控制及在某些環(huán)境中的設(shè)計(jì)可能是有用的。
4.2 從零件或材料上選取局部樣坯加工成的標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果，不一定代表*終產(chǎn)品或它在不同環(huán)境中工作的強(qiáng)度與延性性能。
4.3 本試驗(yàn)方法可用于商業(yè)驗(yàn)收試驗(yàn)，并已廣泛地用于貿(mào)易。
5. 設(shè)備
5.1 試驗(yàn)機(jī)－－用于拉伸試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合方法 E 4的要求。用于測(cè)定抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的力，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)E 4規(guī)定的試驗(yàn)機(jī)力使用范圍內(nèi)。
5.2 夾持裝置：
5.2.1 概述－－傳遞試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣施加力的各種類型的夾持裝置均可使用。為保證試樣標(biāo)距內(nèi)受到軸向拉伸應(yīng)力，試樣的軸線應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)夾頭中心線重合。任何不符合此要求的情況都可能引入通常應(yīng)力計(jì)算（力除以橫截面積）中未考慮的彎曲應(yīng)力。
注5－－偏心負(fù)荷的影響可由計(jì)算所附加的彎曲應(yīng)力說明。對(duì)于直徑為12.5mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，每0.025mm的偏心距使應(yīng)力增加1.5 % ，對(duì)于直徑為9mm的試樣，這一誤差每0.025 mm約增加2.5 %，對(duì)于直徑為6mm的試樣，這一誤差每0.025 mm約增加3.2 %。
注 6－－對(duì)中方法在方法E 1012中給出。
5.2.2 楔形夾具－－試驗(yàn)機(jī)通常備有楔形夾具，這些楔形夾具通常對(duì)于夾持塑性金屬長(zhǎng)試樣和如圖1所示那種扁平試樣是一種合適的裝置。但如果由于某種原因，一對(duì)夾具中的一個(gè)夾頭夾緊時(shí)移動(dòng)速度比另一個(gè)快時(shí)，可能產(chǎn)生不希望的彎曲應(yīng)力。此時(shí)可用襯墊放在楔塊后面，襯墊的厚度應(yīng)相同，各平面應(yīng)平滑且平行。楔塊*好是通過試驗(yàn)機(jī)夾頭支撐在襯墊整個(gè)長(zhǎng)度上，這就需要幾個(gè)不同厚度的襯墊在規(guī)定的試樣厚度范圍內(nèi)適用。為適于夾持，希望每個(gè)楔塊鋸齒形面的整個(gè)長(zhǎng)度均與試樣接觸。圖2示出了楔形夾具和襯墊合適的裝配。對(duì)于短試樣和許多材料制備的試樣，一般需要使用機(jī)械加工試樣和特殊夾持裝置以保證試樣負(fù)荷盡可能完全沿拉伸軸向均勻分布(見 5.2.3，5.2.4，和5.2.5)。
5.2.3 用于帶螺紋、臺(tái)肩的試樣及脆性材料的夾具－－圖3示出了用于帶螺紋端部試樣夾持裝置的示意圖，圖4示出了夾持帶臺(tái)肩端部試樣的裝置。這些夾持裝置應(yīng)通過適當(dāng)潤滑的球形座支承固定到試驗(yàn)機(jī)的頭部。球形支承之間距離應(yīng)盡可能大。
5.2.4 薄板夾具－－圖5所示自動(dòng)調(diào)節(jié)夾具對(duì)于那些不適于在一般類型楔形夾具上試驗(yàn)的薄形材料是比較滿意的。
5.2.5 線材夾具－－圖4和圖5所示的楔形或挽勒式夾具或平面楔形夾具都可以用于夾持線材。
尺寸， mm
標(biāo)準(zhǔn)試樣 小尺寸試樣
公稱寬度 板狀 40 mm 薄板狀 12.5 mm 6mm
G－－ 標(biāo)距 (注1和注2) 200.0±0.2 50.0±0.1 25.0±0.1
W－－ 寬度(注3和注4) 40.0±2.0 12.5±0.2 6.0±0.1
T－－ 厚度 (注5) 材料厚度
R－－ 過渡圓弧半徑，*小(注6) 25 12.5 6
L－－ 總長(zhǎng)度，(注2、注7 和注8) 450 200 100
A－－ 縮減部分長(zhǎng)度，*小 225 57 32
B－－ 夾持部分長(zhǎng)度，(注8) 75 50 30
C－－ 夾持部分寬度，近似(注4 和注9) 50 20 10
注1－－對(duì)于寬度40mm的試樣，應(yīng)在試樣和縮減部分寬度內(nèi)的平面上或邊上打標(biāo)記以測(cè)量斷后伸長(zhǎng)率?？捎靡唤M相距25mm的9個(gè)以上的點(diǎn)打標(biāo)記，或用相距200mm的一對(duì)以上的點(diǎn)作標(biāo)記。
注2－－當(dāng)不要求測(cè)量寬度為40mm試樣的伸長(zhǎng)率時(shí)，可使用75 mm*小縮減部分（A）長(zhǎng)度，其他尺寸與平板試樣的尺寸相同。
注3－－對(duì)于三種尺寸試樣，縮減部分端部寬度差應(yīng)分別不大于0.10、0.05 或 0.02 mm。其寬度也可以從端部至中心逐漸減小，但每個(gè)端部的寬度不應(yīng)大于中心寬度的1 % 。
注4－－必要時(shí)，對(duì)于三種尺寸中每種尺寸的試樣可使用較小的寬度( W 和 C)。在此情況下，縮減部分的寬度應(yīng)盡量取試驗(yàn)材料允許的寬度，但是，除非另有特殊規(guī)定，當(dāng)使用較窄試樣時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)條件中對(duì)伸長(zhǎng)率的要求將不適用。
注5－－尺寸T是為可用的材料技術(shù)條件提供的試樣厚度。寬度為40mm的試樣的*小厚度應(yīng)為5mm，寬度為12.5mm和6mm試樣的*大厚度應(yīng)分別為19 mm和6 mm。
注6－－對(duì)于寬度為40mm試樣，當(dāng)使用仿型切削刀具加工縮減部時(shí)，允許在抗拉強(qiáng)度690 MPa以下的鋼試樣縮減部分端部有13mm*小過渡半徑。
注7－－所示尺寸建議為*小值。確定*小長(zhǎng)度時(shí)，夾具不能處于尺寸A和B間過渡部分，見注9。
注8－－對(duì)于寬度為6mm的試樣，為了有助于施加軸向負(fù)荷，只要材料允許，總長(zhǎng)度應(yīng)盡可能大，*大至200 mm。
注9－－如果可能，*好使夾持部分長(zhǎng)度足夠大，以便使試樣延伸到夾具長(zhǎng)度2/3以上的位置。如果12.5mm寬的試樣厚度在10 mm以上，較長(zhǎng)的夾具和相應(yīng)較長(zhǎng)的夾持部分對(duì)防止試樣在夾持部分?jǐn)嗔咽潜匾摹?br />注10－－對(duì)三種尺寸試樣，試樣端部應(yīng)與縮減部分寬度中心線對(duì)稱，分別在2.5、0.25、和0.13 mm之內(nèi)，但是，對(duì)仲裁試驗(yàn)和當(dāng)產(chǎn)品技術(shù)條件有要求時(shí)，寬度為12.5mm試樣端部的對(duì)稱應(yīng)在0.2 mm內(nèi)。
注11－－對(duì)于每一種試樣，所有過渡圓弧半徑應(yīng)彼此在1.25 mm公差內(nèi), 并且在特定端部的兩過渡圓弧弧度的中心應(yīng)在2.5 mm公差內(nèi)彼此固定（垂直于中心線內(nèi)）。
注12－－除了仲裁試驗(yàn)外，允許使用整個(gè)長(zhǎng)度上側(cè)邊平行的試樣，但應(yīng)：(a) 使用公差上限；(b) 有足夠的標(biāo)記數(shù)以供測(cè)定伸長(zhǎng)率；(c) 測(cè)定屈服強(qiáng)度時(shí)使用合適的引伸計(jì)。如果斷裂發(fā)生在靠夾緊裝置一端的2W距離內(nèi)，測(cè)定的抗拉強(qiáng)度可能并不代表該材料性能。在驗(yàn)收試驗(yàn)中，如果性能滿足規(guī)定*低要求，則不必重新試驗(yàn)。但如果低于*低要求，則試驗(yàn)報(bào)廢，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。
圖1 矩形拉伸試驗(yàn)試樣
圖2 用于扁平試樣的帶襯墊的楔形夾具 圖 3 用于帶螺紋端部試樣的夾持裝置
5.3 尺寸測(cè)量裝置－－用于測(cè)量直線尺寸的千分尺或其他裝置，至少應(yīng)有每個(gè)要求測(cè)量尺寸*小單位一半的精度。
5.4 引伸計(jì)－－用于拉伸試驗(yàn)的引伸計(jì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)E83對(duì)本試驗(yàn)方法試驗(yàn)步驟一章規(guī)定級(jí)別引伸計(jì)。引伸計(jì)應(yīng)在相應(yīng)于屈服強(qiáng)度和斷裂（如果測(cè)定）時(shí)的應(yīng)變范圍內(nèi)使用和校準(zhǔn)。
5.4.1 標(biāo)距等于或小于試樣名義標(biāo)距（如圖示的“G-標(biāo)距”尺寸）的引伸計(jì)可用來測(cè)定屈服性能。對(duì)于等截面的試樣（例如具有全截面的絲材、線材和棒材試樣），測(cè)定屈服性能的引伸計(jì)標(biāo)距不應(yīng)超過夾具間距離的80%。用于測(cè)量斷裂時(shí)伸長(zhǎng)的引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)等于試樣規(guī)定的名義標(biāo)距。