中國(guó)、日本和美國(guó)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

摘要：拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中zui常見試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實(shí)反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡(jiǎn)單易行、試樣制備方便等特點(diǎn)。拉伸試驗(yàn)所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)和選材、新材料的研制、材料的采購(gòu)和驗(yàn)收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評(píng)估都有很重要的應(yīng)用價(jià)值和參考價(jià)值。不同國(guó)家的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)、試樣、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果的處理與修約的規(guī)定不盡相同，對(duì)日本的JIS Z2241-1998、美國(guó)的ASTM E 8/E8 M-08 等標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)的GB/T228-2002進(jìn)行比較，列舉了它們之間的差異并對(duì)這些差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行討論。由于均源自ISO6982-1998，日本和中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)及其附件、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定基本一致，只是JIS 標(biāo)準(zhǔn)使用非比例試樣，因此要求較大的樣品尺寸和試驗(yàn)機(jī)能力。與日本和中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)機(jī)及其附件、試驗(yàn)程序、試樣和試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定存在較大差異。對(duì)引伸計(jì)的精度要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較高。屈服階段試驗(yàn)速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較低，試驗(yàn)速率降低導(dǎo)致的強(qiáng)度性能指標(biāo)降低是否足以影響被測(cè)產(chǎn)品屈服性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。不同ASTM標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)取樣位置、試樣選擇的規(guī)定不盡相同，產(chǎn)品測(cè)試時(shí)應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。在拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面，ASTM標(biāo)準(zhǔn)采用的斷面收縮率計(jì)算公式與日本和中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)不同；對(duì)強(qiáng)度性能指標(biāo)和延性性能指標(biāo)的修約間隔也不盡相同。
關(guān)鍵詞：室溫拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)機(jī)，拉伸試樣，拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理及修約
1. 前言
拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中zui常見試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實(shí)反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡(jiǎn)單易行、試樣制備方便等特點(diǎn)。拉伸試驗(yàn)所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)和選材、新材料的研制、材料的采購(gòu)和驗(yàn)收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評(píng)估都有很重要的應(yīng)用價(jià)值和參考價(jià)值[1]。
不同國(guó)家的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)、試樣、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果的處理與修約的規(guī)定不盡相同，作者選取日本、美國(guó)與中國(guó)的金屬材料拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，列舉了它們之間的差異并對(duì)這些差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行討論。
中國(guó)的GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》（以下簡(jiǎn)稱為GB/T228-2002）等效采用ISO 6892：1998《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)》，與源自ISO 6892：1998的日本的JIS Z2241-1998《》（以下簡(jiǎn)稱為JIS Z2241-1998）差異不大。在下文與美國(guó)的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較時(shí)，將它們統(tǒng)稱為ISO系標(biāo)準(zhǔn)。
ASTM E 8/E8 M-08《Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials》和E 345 《Test Methods of Tension Testing of Metallic Foil》（以下簡(jiǎn)稱為E 8/E 8M-08）規(guī)定了美國(guó)的金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法通則。對(duì)于特定的金屬材料，又有專門的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；例如針對(duì)鋼產(chǎn)品的ASTM A 370-07《Standard Test MethodsDefinitions for Mechanical Testing of Steel》（以下簡(jiǎn)稱為A 370-07）和針對(duì)鋁及鎂合金產(chǎn)品的ASTM B 557-06和B 557M-07e1《Test Methods for Tension Testing WroughtCast Aluminum-Magnesium-Alloy Products》[Metric]。針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定可能不同的情況，ASTM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定如果存在異議以專門的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)一般均有英制單位版本和公制單位版本，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)后的M表示公制單位版本。絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的英制單位版本和公制單位版本是合二為一，例如E 8/E 8M-08；部分標(biāo)準(zhǔn)的英制單位版本和公制單位版本是各自獨(dú)立的，例如B 557-06和B 557M-07e1。少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只有一個(gè)版本，標(biāo)準(zhǔn)的范圍部分中就會(huì)表明本標(biāo)準(zhǔn)以英制單位為準(zhǔn)（例如A 370-07）或以公制單位為準(zhǔn)（例如ASTM E 23-06）。任何情況下同一標(biāo)準(zhǔn)中的不同單位制不能混用：例如按照公制單位版本加工試樣進(jìn)行試驗(yàn)，然后將試驗(yàn)結(jié)果換算成英制判斷試樣是否符合英制單位版本的要求。因?yàn)镚B標(biāo)準(zhǔn)和JIS標(biāo)準(zhǔn)只使用公制單位，所以本文只涉及ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的公制單位部分。
2. 試驗(yàn)機(jī)及其附屬設(shè)備
2.1 引伸計(jì)
表1. E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引伸計(jì)的規(guī)定
E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO標(biāo)準(zhǔn)
測(cè)量參數(shù)及范圍 級(jí)別與精度min 測(cè)量參數(shù)及范圍 級(jí)別與精度min 測(cè)量參數(shù)及范圍 級(jí)別與精度min
Rp、Rt ±0.5％(B2級(jí)) Rp和At ±0.5％(B2級(jí)) Rp、Rt和Ae ±1％(1級(jí))
Ag或Agt、A或At ＜5％ ±0.5％(B2級(jí)) Ag或Agt、A或At ＜5％ ±0.5％(B2級(jí)) Ag或Agt、A或At ±2％(2級(jí))
 5～50   5～50 ±1％(C級(jí))  
 ≥50 ±2％(D級(jí))  ≥50 ±2％(D級(jí))  
E 8/E 8M-08規(guī)定：測(cè)量非比例延伸強(qiáng)度Rp、規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt和屈服點(diǎn)延伸率Ae，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)小于等于試樣的標(biāo)距，如果選用不帶肩的試樣，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)小于試樣夾持在試驗(yàn)機(jī)上時(shí)夾頭間距離的80％。測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率A或斷裂總伸長(zhǎng)率At時(shí)，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)等于試樣的標(biāo)距。E 8/E 8M-08規(guī)定對(duì)于大多數(shù)金屬材料測(cè)量屈服行為時(shí)，推薦的標(biāo)定應(yīng)變范圍為0.2～2.0％。
除了下面所列內(nèi)容，A 370-07對(duì)引伸計(jì)精度的規(guī)定與E 8/E 8M-08基本一致。測(cè)定規(guī)定Rp時(shí)，當(dāng)非比例延伸大于等于0.2％時(shí)，應(yīng)選用精度不低于±0.5％的引伸計(jì)（B2級(jí)及以上）在0.05～1.0％的應(yīng)變范圍進(jìn)行標(biāo)定；當(dāng)非比例延伸小于0.2％時(shí)，應(yīng)選用精度不低于±0.25％的引伸計(jì)（B1級(jí)及以上）在0.05～1.0％的應(yīng)變范圍進(jìn)行標(biāo)定或者選用精度不低于±0.5％的引伸計(jì)（B2級(jí)及以上）并且降低標(biāo)定應(yīng)變范圍下限（例如降低至0.01％）。測(cè)定規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt時(shí)，應(yīng)選用精度不低于±0.25％的引伸計(jì)（B1級(jí)及以上）。
ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：測(cè)量屈服行為時(shí)，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)不小于試樣的標(biāo)距的1/2，測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率A或斷裂總伸長(zhǎng)率At時(shí)，引伸計(jì)標(biāo)距應(yīng)等于試樣的標(biāo)距。
表1是 E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引伸計(jì)的規(guī)定，由表1可見：對(duì)于引伸計(jì)的要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求普遍較ISO系標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，并且給出了進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量時(shí)引伸計(jì)的標(biāo)定范圍。ISO系標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)給出測(cè)量屈服行為時(shí)引伸計(jì)標(biāo)距的下限有助于減少測(cè)試時(shí)的爭(zhēng)議。
2.2 試樣尺寸測(cè)量裝置
表1. E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸測(cè)量裝置的分辨力規(guī)定
E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO標(biāo)準(zhǔn)
范圍(mm) 分辨力(mm) 范圍(mm) 分辨力(mm) 范圍(mm) 分辨力(mm)
＜0.5 0.002 板材試樣寬度 0.13 0.1～0.5 0.001
0.5～2.5 0.002 板材試樣寬度 0.025 0.5～2.0 0.005
2.5～5 0.01 矩形試樣厚度  2.0～10 0.01
≥5 0.02 圓柱形試樣直徑  ≥10 0.05
表1是E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸測(cè)量裝置的分辨力規(guī)定。由表1可見，ASTM標(biāo)準(zhǔn)和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸測(cè)量裝置的分辨力要求相近；對(duì)于板材試樣寬度，A 370-07的要求比E 8/E 8M-08低（0.13vs0.02mm）。 除表1的規(guī)定外，對(duì)于zui小尺寸小于0.5mm的試樣E 8/E 8M-08規(guī)定：如果可能分辨力不大于試樣的zui小尺寸的1％。
對(duì)于非對(duì)稱全截面試樣，使用稱重法時(shí)，E 8/E 8M-08規(guī)定試樣長(zhǎng)度大于橫截面上zui大尺寸的20倍，試樣質(zhì)量測(cè)量精度應(yīng)不小于0.5％。
3. 試樣
3.1 試樣尺寸
 
 
圖1. 矩形拉伸試樣
 
圖2. 圓柱形拉伸試樣
 

 
圖1和圖2分別是矩形拉伸試樣和圓柱形拉伸試樣的示意圖，圖上標(biāo)注的G就是下文中的L0。除了E 8/E 8M-08中的變體薄板試樣的厚度T是機(jī)加工至10±0.5mm的，在三個(gè)國(guó)家的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，矩形試樣應(yīng)為全厚度試樣。
雖然均源自ISO 6892：1998， IS Z 2241-1998與GB/T228-2002在試樣方面的規(guī)定存在較大的差異。由于同一種材料測(cè)定的斷后伸長(zhǎng)率A值與與 的比值有關(guān)，所以K值相同的試樣稱為比例試樣。GB/T228-2002一般使用K＝5.65的短比例試樣或者K＝11.3的長(zhǎng)比例試樣；而JIS Z 2241-1998和E 8/E 8M-08類似，主要使用非比例試樣（定標(biāo)距試樣）。標(biāo)距同樣是50mm，JIS的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圓柱形的4號(hào)試樣和矩形的5號(hào)試樣規(guī)定了不同的延伸率要求；而ASTM的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于薄板試樣和圓柱形試樣的延伸率要求一致。準(zhǔn)確的說，JIS Z 2241-1998應(yīng)該是ISO 6892：1998和E 8/E 8M-08的綜合，因?yàn)樗鼘?duì)試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果處理與修約等方面的規(guī)定源自ISO 6892：1998，而對(duì)試樣方面的要求類似E8/E8M-08。
GB/T228-2002規(guī)定：對(duì)于矩形試樣，應(yīng)優(yōu)先選用K＝5.65的短比例試樣，如果L0小于15mm，則選應(yīng)選用K＝11.3的長(zhǎng)比例試樣或標(biāo)距為50mm或80mm的定標(biāo)距試樣。對(duì)于薄板矩形試樣，R≥20mm，試樣寬度W為10、12.5、15或20mm；對(duì)于板材矩形試樣，R≥12mm，試樣寬度W為12.5、15、20、25或30mm。對(duì)于圓柱形試樣，應(yīng)優(yōu)先選用L0＝5D的短比例試樣，如果L0小于15mm，則選應(yīng)選用L0＝10D的長(zhǎng)比例試樣或定標(biāo)距試樣。R≥0.75D，D為3、5、6、8、10、15、20或25mm。
表3. E 8/E 8M、A370-07和JIS Z 2241-1998的矩形和圓柱形拉伸試樣尺寸與適用產(chǎn)品厚度
標(biāo)準(zhǔn)名稱 試樣形式 L0(mm) W/D(mm) Rmin(mm) 平行部分寬度差 (mm) 適用產(chǎn)品厚度T (mm)
E 8/E 8M-08 矩形試樣 板材試樣 200±0.2 40±2.0 25 0.10 T≥5
  薄板試樣 50±0.1 12.5±0.2 12.5 0.05 0.13≤T≤19
  小尺寸薄板試樣 25±0.1 6±0.1 6 0.025 0.13≤T≤6
 圓柱形試樣 標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣 50±0.1 12.5±0.2 10 0.0125 T≥12.5
  小尺寸圓柱形試樣 36±0.1 9±0.1 8 0.009 
   25±0.1 6±0.1 6 0.006 
   16±0.1 4±0.1 4 0.004 
   11±0.1 2.5±0.1 2 0.0025 
A 370-07 矩形試樣 板材試樣 200±0.25 40+3 -6 13 0.10 T≥5
  薄板試樣 50±0.10 12.5±0.25 13 0.05 0.13≤T≤19
  小尺寸薄板試樣 25±0.08 6.25±0.05 6 0.025 0.13≤T≤6
 圓柱形試樣 標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣 50.0±0.10 12.5±0.25 10 0.0125 無(wú)相應(yīng)規(guī)定
  小尺寸圓柱形試樣 35.0±0.10 8.75±0.18 6 0.009 
   25.0±0.10 6.25±0.12 5 0.006 
   16.0±0.10 4.00±0.08 4 0.004 
   10.0±0.10 2.50±0.05 2 0.0025 
JIS Z 2241-1998 5號(hào)試樣(矩形) 50 25   T≤5
 1A號(hào)試樣(矩形) 200 40   5＜T≤50
 4號(hào)試樣(圓柱形) 50 14   T＞40
表3. E 8/E 8M、A370-07和JIS Z 2241-1998的矩形和圓柱形拉伸試樣尺寸與適用產(chǎn)品厚度，JIS Z 2241-1998主要使用的三種試樣的尺寸以及對(duì)于多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品適用的產(chǎn)品厚度范圍見表3。對(duì)于某些高強(qiáng)度材料（例如JIS G3106中的SM570），無(wú)論厚度T為何值，均可選用5號(hào)試樣；厚度T＞20mm時(shí)，可以選用4號(hào)試樣。
E 8/E 8M-08和A370-07主要使用3種矩形試樣和5種圓柱形試樣，試樣的尺寸以及適用的產(chǎn)品厚度范圍見表3，圓柱形試樣的標(biāo)距只列出L0=4D的英制版本。對(duì)于矩形試樣的尺寸規(guī)定，公制單位版本和英制單位版本是一致的；但是對(duì)于圓柱形試樣，公制版本的L0=5D而英制版本的L0=4D。但是即使按照公制單位版本選擇圓柱形試樣進(jìn)行測(cè)試，也只能使用英制版本的L0=4D試樣，因?yàn)樗械腁STM產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)論是公制單位版本還是英制單位版本對(duì)圓柱形試樣延伸率的要求是針對(duì)L0=4D試樣。小尺寸薄板試樣和小尺寸圓柱形試樣是非標(biāo)準(zhǔn)試樣，只是在受樣品尺寸限制無(wú)法制備標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)才能使用。厚度T≥19mm，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)允許，還可用選用變體薄板試樣。E 8/E 8 M-08和A370-07沒有規(guī)定板材試樣適用產(chǎn)品厚度的上限，對(duì)于軋制鋼產(chǎn)品，ASTM A 6/A 6M-07規(guī)定型鋼為125mm鋼板為100mm并且產(chǎn)品厚度小于等于20mm應(yīng)加工全厚度試樣。
對(duì)于全截面試樣，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有另行規(guī)定，A370-07規(guī)定標(biāo)距長(zhǎng)度為200mm。
由表3可見，ASTM不同的標(biāo)準(zhǔn)中，相同拉伸試樣的尺寸和公差范圍不盡相同，拉伸試驗(yàn)時(shí)不僅要滿足E 8/E 8M-08這個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)的要求，更不能違背專門的材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。同一項(xiàng)目不同標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定不盡相同以及同一測(cè)試的各項(xiàng)規(guī)定分別出自不同的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，產(chǎn)品測(cè)試時(shí)應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。
3.2 試樣取樣位置及方向
E 8/E 8M-08關(guān)于取樣位置的規(guī)定如下：產(chǎn)品厚度T≤40mm，試樣中心線位于產(chǎn)品厚度方向的中心；產(chǎn)品厚度T＞40mm，試樣中心線位于產(chǎn)品厚度方向的1/4處。關(guān)于試樣的方向，E 8/E8 M-08并沒有相應(yīng)的規(guī)定，只有A 370-07規(guī)定了鋼產(chǎn)品試樣方向的定義：試樣長(zhǎng)軸方向和產(chǎn)品軋制或鍛造時(shí)的zui大變形方向平行的稱為縱向試樣，試樣長(zhǎng)軸方向和產(chǎn)品軋制或鍛造時(shí)的zui大變形方向垂直的稱為橫向試樣。拉伸試樣在產(chǎn)品上的位置，E 8/E 8M-08也沒有相應(yīng)的規(guī)定，A 6/A 6M-07給出了針對(duì)軋制鋼產(chǎn)品的規(guī)定：寬度大于600mm的鋼板，取橫向拉伸試樣；對(duì)于其它軋制鋼產(chǎn)品，取縱向拉伸試樣。對(duì)于鋼板產(chǎn)品，拉伸試樣應(yīng)位于鋼板的一個(gè)角上。對(duì)于型鋼，翼板寬度大于150mm的H型鋼，試樣中心線應(yīng)位于翼板端部或腿部邊緣到型材中心線距離的1/3處；對(duì)于其它型鋼，拉伸試樣可以在翼板/腿部以及腹板切取。
ISO系標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于試樣方向的定義與ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相同。
GB/T228-2002沒有取樣位置的規(guī)定，GB/T2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試樣取樣位置及試樣制備》規(guī)定鋼產(chǎn)品拉伸試樣取樣位置。對(duì)于型鋼，應(yīng)在腿長(zhǎng)的1/3處取樣，但是對(duì)于腿部有斜度的型鋼，應(yīng)在腰部的1/4處取樣。型鋼中切取拉伸試樣時(shí)，應(yīng)盡可能取全厚度試樣。如果試驗(yàn)機(jī)能力不夠時(shí)，則在厚度1/4處或者距底部12.5mm處取樣，取兩者數(shù)字較大者。對(duì)于條鋼，應(yīng)盡可能取全截面試樣。如果試驗(yàn)機(jī)能力不夠，厚度不大于25mm的條鋼，拉伸試樣應(yīng)位于條鋼中心；厚度大于25mm的條鋼，拉伸試樣應(yīng)位于條鋼厚度的1/4處或者距底部12.5mm處，取兩者數(shù)字較大者。對(duì)于鋼板，應(yīng)在寬度的1/4處取樣，盡可能取全截面試樣。如果試驗(yàn)機(jī)能力不夠時(shí)，則在厚度1/4處或者距底部12.5mm處取樣，取兩者數(shù)字較大者。
JIS標(biāo)準(zhǔn)中，強(qiáng)調(diào)盡可能取全厚度試樣。對(duì)于型鋼，應(yīng)在腿長(zhǎng)的1/3處取樣，但是對(duì)于腿部有斜度的型鋼，應(yīng)在腰部的1/4處取樣。對(duì)于大多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品而言，由于厚度不大于40mm的產(chǎn)品只能選用5號(hào)和1A號(hào)全厚度試樣，4號(hào)試樣只適用于厚度大于40mm的產(chǎn)品，所以規(guī)定拉伸試樣應(yīng)在厚度1/4處切取。
4. 試驗(yàn)程序
 
4.1 室溫拉伸試驗(yàn)的溫度范圍
E 8/E 8M-08對(duì)于室溫的定義：除非另有規(guī)定，室溫范圍10～38℃。A 370-07沒有另行規(guī)定室溫的定義，所以應(yīng)沿用E 8/E 8M-08的規(guī)定。
4.2 試驗(yàn)速率
E 8/E 8M-08規(guī)定5種表示試驗(yàn)速率的方法：1. 試樣的應(yīng)變速率，單位mm/mm/S；2. 試樣的應(yīng)力速率，單位MPa/S；3. 拉伸試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)機(jī)夾頭分離速率，對(duì)于帶肩試樣單位為試樣平行部分長(zhǎng)度的m/m/S，對(duì)于不帶肩試樣單位為試驗(yàn)機(jī)夾頭間距離的m/m/S；4. 完成部分或者全部拉伸試驗(yàn)所需時(shí)間，單位S或min；5. 試驗(yàn)機(jī)空載時(shí)夾頭分離速率，對(duì)于帶肩試樣單位為試樣平行部分長(zhǎng)度的m/m/S，對(duì)于不帶肩試樣單位為試驗(yàn)機(jī)夾頭間距離的m/m/S。
A 370-07規(guī)定了4種表示試驗(yàn)速率的方法，沒有E 8/E 8M-08規(guī)定的第4種方法。對(duì)于應(yīng)力速率法，A 370-07規(guī)定不適用于閉環(huán)控制的試驗(yàn)機(jī)（速率反饋控制）。因?yàn)樵谶@類試驗(yàn)機(jī)選用應(yīng)力速率法控制拉伸速率，在試樣屈服階段試驗(yàn)機(jī)夾頭運(yùn)動(dòng)速率加大導(dǎo)致測(cè)得的屈服指標(biāo)偏高。
表4. E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)速率的規(guī)定
試驗(yàn)階段 E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO系標(biāo)準(zhǔn)
強(qiáng)度大于規(guī)定的屈服強(qiáng)度的1/2前 或規(guī)定抗拉強(qiáng)度的1/4（取兩值間較小者）前除非另有規(guī)定，可以選用任何合適的速率 除非另有規(guī)定，可以選用任何合適的速率 沒有相應(yīng)的規(guī)定
測(cè)定屈服性能指標(biāo) 如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定，1.15～11.5MPa/S 0.000104～0.00104S-1 0.00025～0.0025S-1
  70～690MPa/min E＜150GPa，2～20MPa/SE≥150GPa，6～60MPa/S
測(cè)定Rm 延伸率大于5%的材料，試驗(yàn)機(jī)速率0.0008～0.008S-1或者應(yīng)變速率0.0008～0.008S-1 0.0008～0.008S-1 ≤0.008S-1
表4是E 8/E 8M-08、 A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)速率的規(guī)定，由表3可以看出，測(cè)定屈服性能指標(biāo)時(shí)，無(wú)論是應(yīng)力速率還是應(yīng)變速率/夾頭位移速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要比ISO系標(biāo)準(zhǔn)的低；測(cè)定Rm時(shí)，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的和ISO系標(biāo)準(zhǔn)的速率上限一致。對(duì)于不同的材料，試驗(yàn)速率對(duì)性能測(cè)定的影響不同。試驗(yàn)速度增加，強(qiáng)度性能指標(biāo)升高，延性性能指標(biāo)降低；反之，強(qiáng)度性能指標(biāo)降低，延性性能指標(biāo)升高。測(cè)定屈服性能指標(biāo)時(shí)，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)速率是ISO系標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍，試驗(yàn)速率的差別是否足以影響被測(cè)產(chǎn)品強(qiáng)度性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。
4.3 屈服指標(biāo)
E 8/E 8M-08規(guī)定4種測(cè)量屈服指標(biāo)的方法：1. 規(guī)定非比例延伸法，2. 規(guī)定總延伸法，3. 自動(dòng)記錄做圖法（針對(duì)有屈服現(xiàn)象的材料），可以獲得上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL；4. 載荷停頓法（針對(duì)有屈服現(xiàn)象的材料），只能獲得上屈服強(qiáng)度ReH。對(duì)屈服強(qiáng)度存在爭(zhēng)議時(shí)，推薦規(guī)定非比例延伸法作為仲裁試驗(yàn)方法。
A 370-07將屈服指標(biāo)分為屈服點(diǎn)強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。屈服點(diǎn)強(qiáng)度是指應(yīng)力不增加而應(yīng)變?cè)黾蝇F(xiàn)象發(fā)生時(shí)的第1個(gè)應(yīng)力值，并且這個(gè)值應(yīng)小于抗拉強(qiáng)度；對(duì)應(yīng)ISO系標(biāo)準(zhǔn)中的上屈服強(qiáng)度ReH。屈服點(diǎn)強(qiáng)度可以使用E 8/E 8M-08規(guī)定的2、3和4方法獲得。按照方法2測(cè)定屈服現(xiàn)象不明顯的材料時(shí)，使用精度不低于±1％的引伸計(jì)（C級(jí)及以上），當(dāng)載荷產(chǎn)生的標(biāo)距部分延伸達(dá)到規(guī)定值時(shí)記錄與載荷相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為屈服點(diǎn)強(qiáng)度；對(duì)于規(guī)定屈服點(diǎn)強(qiáng)度不大于550MPa的材料，合適的規(guī)定總延伸為0.5％，對(duì)于屈服點(diǎn)強(qiáng)度大于550MPa的材料，除非增加規(guī)定總延伸否則不能使用這個(gè)方法。屈服強(qiáng)度是指材料偏離應(yīng)力應(yīng)變比例關(guān)系達(dá)到規(guī)定值時(shí)的應(yīng)力值，這種偏離可以用應(yīng)變、非比例延伸或總延伸來表示。屈服強(qiáng)度可以使用E 8/E 8M-08規(guī)定的1和2方法獲得。對(duì)于軋制鋼產(chǎn)品，ASTM A 6/A 6M-07規(guī)定如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有特別規(guī)定，屈服指標(biāo)應(yīng)為非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2或規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5。
ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：材料有屈服現(xiàn)象時(shí)報(bào)告屈服強(qiáng)度，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有特別說明，屈服強(qiáng)度一般認(rèn)為是下屈服強(qiáng)度ReL。關(guān)于上屈服強(qiáng)度REh、下屈服強(qiáng)度ReL、非比例延伸強(qiáng)度Rp和規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt的定義，ISO系和ASTM標(biāo)準(zhǔn)一致。
5. 試驗(yàn)結(jié)果處理與修約
表5. E8/E8M-08、A370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果修約的規(guī)定
項(xiàng)目 E8/E8M-08 A370-07 ISO系標(biāo)準(zhǔn)
強(qiáng)度指標(biāo)(MPa)  范圍 修約間隔 范圍 修約間隔 范圍 修約間隔
 方法1 ＜500 1 ＜500 1 ＜200 1
  500～1000 5 500～1000 5 200～1000 5
  ≥1000 10 ≥1000 10 ≥1000 10
 方法2 所有值 1    
 方法3 所有值 5    
延性指標(biāo)(％) 延伸率 ≤3 0.2 ＜10 0.5 所有值 0.5
  ＞3 無(wú)規(guī)定 ≥10 1  
 斷面收縮率 ＜10 0.5 ＜10 0.5 所有值 0.5
  ≥10 1 ≥10 1  
表5是E8/E8M-08、A370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果修約的規(guī)定，由表3可以看出，對(duì)于強(qiáng)度指標(biāo)，除200～500MPa范圍以外，E8/E8M-08和A370-07與ISO系標(biāo)準(zhǔn)的修約間隔規(guī)定并無(wú)二致。200～500MPa范圍內(nèi)，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的修約間隔較小。對(duì)于塑性指標(biāo)，不大于10％時(shí)，E8/E8M-08和A370-07與ISO系標(biāo)準(zhǔn)一致；大于10％時(shí)，ISO系標(biāo)準(zhǔn)的修約間隔較小。關(guān)于修約規(guī)則，ASTM E 29、GB8170-1987《數(shù)值修約規(guī)則》和JIS Z 8401-1999并沒有區(qū)別。只是 ASTM A 370-07有一項(xiàng)特別規(guī)定：“5”后面除了“0”以外沒有其它數(shù)時(shí)，如果按照E 29的修約規(guī)則進(jìn)行修約將導(dǎo)致產(chǎn)品的拒收時(shí)，修約應(yīng)向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值的方向進(jìn)行。
斷后標(biāo)距的測(cè)量，E8/E8M-08和A370-07的規(guī)定基本一致：標(biāo)距長(zhǎng)度不大于50mm的，測(cè)量精度不大于0.25mm；標(biāo)距長(zhǎng)度大于50mm的，測(cè)量精度不大于0.5％。但是E8/E8M-08的上述規(guī)定只對(duì)延伸率大于3％時(shí)適用而A370-07沒有限制。對(duì)于延伸率不大于3％的試樣，E8/E8M-08規(guī)定標(biāo)距長(zhǎng)度和斷后標(biāo)距的測(cè)量精度不大于0.05mm。ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用分辨率優(yōu)于0.1mm的量具，測(cè)量精度不大于0.25mm；如規(guī)定的zui小斷后伸長(zhǎng)率小于5%，用特殊方法進(jìn)行測(cè)定（詳見GB/T228-2002附錄E）。
關(guān)于延伸率，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)試樣拉斷處到標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于1/4標(biāo)距長(zhǎng)度時(shí)，得到的延伸率較低并且不能代表材料的真實(shí)性能，如果得到的延伸率滿足材料的延伸率要求，結(jié)果有效；如果不能滿足，重新取樣試驗(yàn)。ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定延伸率只能直接測(cè)量，誒有引入移位法。ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)試樣拉斷處到標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于1/3標(biāo)距長(zhǎng)度時(shí)，可以使用移位法測(cè)量，但是如果直接測(cè)量的結(jié)果滿足材料的延伸率要求，結(jié)果有效。
斷面收縮率的測(cè)量，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在頸縮zui小處以原尺寸相同的精度測(cè)量其直徑或?qū)挾群秃穸龋鳬SO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定斷裂后zui小橫截面積的測(cè)定應(yīng)到±2%。
關(guān)于斷面收縮率，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)與ISO系標(biāo)準(zhǔn)采用不同的斷后zui小橫截面積Su計(jì)算公式。對(duì)于圓柱形試樣，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的 ，d1和d2為試樣頸縮zui小處的zui大直徑和zui小直徑；ISO系標(biāo)準(zhǔn)的 ，d1和d2為試樣頸縮zui小處相互垂直的方向上的直徑。由上述兩個(gè)公式可以看出，當(dāng)d1＝d2時(shí)，根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)和ISO系標(biāo)準(zhǔn)得到的Su一致；當(dāng)d1≠d2時(shí)， 根據(jù)ISO系標(biāo)準(zhǔn)得到的Su比實(shí)際面積要大，并且隨d1與d2差的增加而增加。由于各向異性，圓柱形試樣頸縮zui小處很少保持圓形，多半是橢圓形，所以ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的Su計(jì)算公式更準(zhǔn)確。對(duì)于矩形試樣，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的 ，ae為頸縮處有效厚度， ，a1和a3是頸縮zui小處兩側(cè)厚度，a2是頸縮zui小處寬度1/2位置的厚度；be為頸縮處有效寬度， ，b1和b3是頸縮zui小處兩側(cè)寬度，b2是頸縮zui小處厚度1/2位置的寬度。ISO系標(biāo)準(zhǔn)的 ，au為頸縮處zui小厚度，bu為頸縮處zui大寬度。拉伸試驗(yàn)時(shí)，由于矩形試樣角部變形受限，頸縮zui小處的四條邊不再是直線而呈拋物線形，所以根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)得到的結(jié)果比ISO系標(biāo)準(zhǔn)的更準(zhǔn)確。但是，除非使用光學(xué)測(cè)量裝置，對(duì)于a1、a2和a3以及b1、b2和b3的測(cè)量能否滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求值得思考。
6. 總結(jié)
以上是中國(guó)、日本和美國(guó)拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的比較，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的一些規(guī)定進(jìn)行討論。從上面的比較可知，由于均源自ISO6982-1998，JIS Z2241-1998和GB/T228-2002對(duì)拉伸試驗(yàn)機(jī)及其附件、拉伸試驗(yàn)程序和拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定基本一致，只是JIS 標(biāo)準(zhǔn)使用的拉伸試樣與GB標(biāo)準(zhǔn)不同，為非比例試樣。對(duì)于多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品，5mm＜厚度T≤40mm 時(shí)，J IS 標(biāo)準(zhǔn)要求使用1A號(hào)試樣，因此要求較大的樣品尺寸和試驗(yàn)機(jī)能力。
與ISO系標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM標(biāo)準(zhǔn)在拉伸試驗(yàn)機(jī)及其附件、拉伸試驗(yàn)程序、拉伸試樣和拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定存在較大差異。對(duì)引伸計(jì)的精度要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較ISO系標(biāo)準(zhǔn)高。屈服階段試驗(yàn)速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較ISO系標(biāo)準(zhǔn)低，試驗(yàn)速率降低導(dǎo)致的強(qiáng)度性能指標(biāo)降低是否足以影響被測(cè)產(chǎn)品屈服性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。關(guān)于拉伸試樣，ASTM標(biāo)準(zhǔn)使用非比例試樣，并且不同的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)取樣位置、試樣選擇的規(guī)定不盡相同，產(chǎn)品測(cè)試時(shí)應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。在拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理與修約方面，ASTM標(biāo)準(zhǔn)采用的斷面收縮率計(jì)算公式與ISO系標(biāo)準(zhǔn)不同；對(duì)強(qiáng)度性能指標(biāo)和延性性能指標(biāo)的修約間隔也不盡相同。所以，按照ASTM標(biāo)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，不但需要熟悉標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)人員，還需要符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)機(jī)以及相應(yīng)設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
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