2024金属材料薄板和薄带塑性应变比（r值）的测定

金属材料薄板和薄带塑性应变比（r值）的测定目 次前 言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1符号和说明 2原理 4试验设备 5试样 5试验程序 6附加性试验结果 10试验报告 11附录A（资料性）r值测定误差的追溯方法 12附录B（资料性）本文件与ISO10113:2020技术差异及原因一览表 20IPAGEPAGE11PAGEPAGE10金属材料薄板和薄带塑性应变比（r值）的测定范围本文件规定了一种测定金属薄板和薄带塑性应变比的方法。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法（GB/T228.1-2021，ISO6892-1:2019，MOD）GB/T12160单轴试验用引伸计系统的标定（GB/T12160-2019，ISO9513:2012，IDT）GB/T8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定术语和定义GB/T228.1-2021中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1塑性应变比plasticstrainratior（1：p_brp_a式中

………………(1)—厚度方向真实塑性应变；—宽度方向真实塑性应变。注1：以上单应变点的表达式仅适用于均匀塑性应变范围的情况。注2：因为测量长度的变化量比厚度的变化量更容易、更精确，如果材料的塑性伸长未超过最大力对应的塑性伸长Ag，由体积不变原理推导出的下列关系式可用于计算塑性应变比r值。n1r b0 ln

L0b0L1b1

………………(2)应协商测量方法。r（工程变水平，例如：4520（1。3.2塑性应变比加权平均值weightedaverageplasticstrainratiorrx/y值和公式（3）r值应采用相同的测定方式以及相同的（工程）y或（工程）塑性应变范围α-β测得。r=r0/y+r90/y+2r45/y4

………………(3)注：对某些材料也可采用其他的取样方向，此时应采用不同于公式（3）的计算公式。3.3塑性应变比各向异性度degreeofplanaranisotropyΔrrx/y值和公式（4）计算Δrr值应采用相同的测定方式以及相同的（工程）y或（工程）塑性应变范围α-β测得。0/y 90/y 45/Δr=10/y 90/y 45/

………………(4)注：对某些材料也可采用其他的取样方向，此时应采用不同于公式（4）的计算公式。3.4泊松比Poisonsratoυ试样宽度方向弹性应变与长度方向弹性应变的比值。符号和说明本文件使用的符号及其说明见表1。表1符号、说明、定义和单位符号说明单位a0试样原始厚度mma1试样进行约定应变并卸载后的厚度mmAg最大力对应的塑性应变百分比%b0试样标距内原始宽度的平均值mmb1试样进行约定应变并卸载后的平均宽度mmb采用宽度引伸计测得的瞬时宽度缩小量mmepy工程（epy=工程塑性应变a，该值应该处于单根测试曲线的加工硬化区间内（小于或等于Ag）%epp工程（==百分比表示的塑性应变上限b）值应该处于单根测试曲线的加工硬化区间内（Ag）%ep_b测试时试样宽度方向的瞬时（工程）塑性应变%ep_l测试时试样长度方向的瞬时（工程）塑性应变%p_a厚度方向真实塑性应变—p_b宽度方向真实塑性应变—p_l长度方向真实塑性应变—F力NL0原始标距mmL1试样进行约定应变并卸载后的标距长度mmL加载情况下，引伸计原始标距的瞬时延伸量mmLe引伸计原始标距mmmE工程应力应变曲线弹性部分的斜率MPamr宽度方向真实塑性应变与长度方向真实塑性应变关系曲线的线性回归斜率—r塑性应变比—rrx/y加权平均值c—rx/y塑性应变比各向异性度—rxy所表示的塑性应变比（xy的单位为%）—rx/α－β采用指定方向xepep所表示的塑性应变比（x为相对于轧制方向的夹角，单位为度，α和β的单位为%）—Rm抗拉强度MPaS0试样平行段的原始截面积mm2Si瞬时截面积mm2υ泊松比—表1符号、说明、定义和单位（续）符号说明单位α,β,x,y下标变量—注1：在某些文献中可能会出现其他的符号。注2：1MPa=1N/mm2abc通常该值在产品标准中规定。在一些国家，用rm而不是r来表示塑性应变比加权平均值。原理塑性应变比r值通常用来对材料进行表征和评价，也可用作成型过程的数值模拟。为了测定塑性应变比，需要将试样拉伸至一个约定的(工程)塑性应变水平，然后根据卸载后或扣r值。然而，测定试样长度的变化比厚度的变化要更简，r（5。注：在自动方式下是否扣除弹性变形，取决于扣除后的结果能否与人工测量结果保持一致。 + + =0 ………………(5)p_a

p_b

p_l式中p_a—厚度方向真实塑性应变ε

a1p_a=lnap_b—宽度方向真实塑性应变ε

0=lnp_b b0

lnL1p_l

p_l0LAgLAgr值的测定结果偏高，尤其当横向引伸计仅装夹在试样原始标距的中间区域时，这种偏差更加明显。此时，推荐采用如下两种处理方式：横向引伸计最好能在多个点位测量试样宽度方向的瞬时减少值，并且测点要覆盖整个（纵向）标距长度。b0。试样相对于轧制方向的取样方向以及测定r值所约定的（工程）塑性应变水平由相关产品标准规定。当r1（b>a，见图r1时，材料厚度方向比宽度方向发生更大的变形（b<a，见图1；当r＝1时，材料厚度方向与（b＝a，见图1。说明：（b＝a]；a—随着塑性延伸的增加。图1不同r值所对应的横截面变化示意图试验设备GB/T228.1对设备的要求。对于人工测量方式（见8.2节，那些测量试样原始标距长度以及发生塑性变形并卸载后的标距0.2见8.3GT121011级。0.005mm。注：在计量检定和日常工作中，应按要求严格核查纵向引伸计标距Le的准确性。见8.4节GT121011级。那些测量试样原始宽度的装置，其准确度应不低于±0.1％。注：当引伸计的标距较长以及延伸量较大时，1级引伸计的测量误差可能超出±0.01mm。GB/T228.1的规定执行。试样应按照相关产品标准要求取样，如果产品标准没有规定，按照有关各方的协议取样。GB/T228.12021附E0.1%。GB/T228.1-2021E中所列各类试样在标距内产生均匀的形变，应确保试样的平行段长度≥L2b。注：如果试样的平行长度无法满足该规定，宜采用多线测量方式的横向引伸计。除非另有规定，试样厚度为测试板材的厚度。试样平行段内不得存在表面缺陷（划痕等。试验程序试验一般在10°C35°C室温下进行。当要求在控温条件下进行试验时，温度应控制在(23±5)°C。r值评估区间内，试样平行段的应变速率应保持恒定，相对误差小于20％，且不应超过0.008/s0.2r值进行测定。注：有涂镀层的材料（例如镀锌或有机涂层）测得的r值可能不同于没有涂镀层的基体材料。见图21—横向弯曲。

图2试样横截面横向弯曲示意图rA中列举了这些调查方法。不使用任何引伸计（人工方式）通则本方式既不使用纵向引伸计，也不使用横向引伸计来测量试样变形前后的尺寸变化。测试试样原始标距L0可采用细线刻画的方式进行标记，刻画线的准确度应优于±1％，标距测量的准确度应不低于0.2％。如果能够确保刻画线的准确度优于±0.2％，则不必测量每根试样的原始标距长度。注：对每根试样的原始标距L0进行测量，可以进一步提高r值人工测定的准确性。试样原始宽度测量的准确度应不低于±0.005mm，应在标距内至少等间隔测量三点，其中在标距两端应各进行一次测量，这些宽度测量值的平均值用于计算塑性应变比。将试样装夹在试验机上，加载至约定应变水平，然后卸载。注：本方式无需在试验前施加预载荷。L0b0L1和b1。数据评估根据公式（6）计算每根试样的（工程）塑性应变根据公式（7）r

ep_l

(L1-L0)100%L0

………………(6)lnb1r b0 ln仅使用纵向引伸计（半自动方式）通则

L0b0L1b1

………………(7)本方式需使用一支纵向引伸计，同时结合人工对试样宽度进行测量。测试试样原始宽度测量的准确度应不低于±0.005mm，应在标距内至少等间隔测量三点，其中在标距两端应各进行一次测量，这些宽度测量值的平均值用于计算塑性应变比。将试样装夹在试验机上，加载至约定应变水平，然后卸载。b0b1。本方式仅在均匀塑性变形的情况下有效。为确保试样和夹具装置的对中性，系统可施加一个小的预载荷，该载荷不应超过材料预期屈服强度对应值的5％。施加预载荷后需对引伸计信号清零。数据评估根据公式（8）计算每根试样的（工程）塑性应变根据公式（9）r

ep_l

L-Le

FS0mE

100%

………………(8)lnb1r

………………(9)-ln1ep_l100%

-ln(b1)b0同时使用纵向和横向引伸计（自动方式）通则本方式需同时使用一支纵向引伸计和一支横向引伸计。测试通常，可以在一个标准拉伸试验中利用本方式同时测定r值和其他的拉伸性能。此时，试样往往被持续拉伸至Ag或断裂。本方式允许用户在几个不同的应变水平测定多个单点r值，也允许用户在试验的某个应变区间测定(区间)回归r值。如果材料呈现不均匀的变形行为（如某些材料呈现出的Portevin-LeChatelier锯齿屈服效应，见8.4.3.4节r0.1％，应在标距内至少等间隔测量三点，其中在标距两端应各进行一次测量，这些宽度测量值的平均值用于计算塑性应变比。试验根据GB/T228.1的规定执行，同时需另外配置一支横向引伸计来测量试样宽度的变化。为确保试样和夹具装置的对中性，系统可以施加一个小的预载荷，该载荷不应超过材料预期屈服强度对应值的5％。施加预载荷后需对长度和宽度引伸计信号清零。注：如果试样纵轴与加载系统纵轴存在偏转，而引伸计无法对此进行修正，可能导致r值存在被高估的风险。数据评估Rm的速率之后进行。rRm的速率之后进行。r值的评估不应在Ag之后进行。可采用单（应变）点法和（区间）r值。如果材料呈现不均匀的变形行为（Portevin-LeChatelier锯齿屈服效应），8.4.3.4节所列的回归方法r值。但对于具有相变行为的材料，不得使用该回归方法。单（应变）点法可根据是否扣除弹性应变分为单点方法A和单点方法B。A（扣除弹性应变）长度方向真实塑性应变应采用公式（10）计算：p_l

ln(LLe

F S0mE

………………(10)宽度方向真实塑性应变应采用公式（11）计算： ln(b0-b

F)

………………(11)bp_bb0式中υ为泊松比(钢取0.3，铝取0.33)。

S0mE长度方向（工程）塑性应变根据公式（8）计算。注：应该根据公式（12）来近似算出一个更加精确的瞬时横截面积Si，而不是直接采用原始横截面积S0来计算长度方向的真实塑性应变以及(工程)ep_lSiS0计算的结果没有显著差异。因此，在公式（、公式（1、公式（）S0。Si=S0×

0L0

………………(12)对于每个单应变点上的一组数据（该组数据包括载荷、延伸和瞬时宽度减少值，可以采用公式10（和公式13rr -_b (p_bp_l)

………………(13)1：可根据公式（8）算出长度方向（工程）r（见附AA.4）注2：采用单点方法后，可以利用连续的数据点展现出r值的明显变化，这将有利于8.4.3.4中的回归方法的使用。单点方法B（不扣除弹性应变）本方法是在加载条件下，采用长度方向和宽度方向的总应变来计算r值，未将弹性应变从总应变中扣除。此时，长度方向真实应变采用公式（14）计算： ln(L)

………………(14)Lp_lLe宽度方向真实应变采用公式（15）计算： ln(b0-b)

………………(15)bp_bb0（14、公式（15）和公式（16）r值。r _b(p_bp_l)

………………(16)（1（1（1bp_l特指为长度方向真实应变。回归方法本方法基于一个约定区间内的数据以及试样的原始尺寸来计算出可靠的r值。p_按照公和公分别计算出 和p_3mr应为

r1

。r值计算应采（17：

r

mr1

………………(17)说明：X轴－长度方向真实塑性应变； Y轴－宽度方向真实塑性应变；–下限:8%(工程)0.077真实塑性应变；–上限:12%(工程)0.113真实塑性应变；–原点；4–在上下限范围做过原点的线性回归：p_b=mr×p_l，mr=-0.39833，r8-12=0.662。注1：上/下限采用(工程)塑性应变表示，X轴表示长度方向的真实塑性应变注2:不过原点的线性回归，能得到较符合实际的r值[1，2]。图3宽度方向真实塑性应变与长度方向真实塑性应变之间的关系r（尤其是对那些呈现不均匀形变行为的材料而言rrr值－长度方向（工程）9附加性试验结果0459°夹角34）分别计算塑性应变比加权平均值以及塑性应变比各项异性度Δr。如果需要进行此类计算，则每件试r值的测定方式应保持一致（（工程）塑性应变或（工程））当采用了不同于公式（3）和公式（4）的计算方法时，应在报告中注明。10试验报告试验报告应包括以下内容：本文件的编号；试样的标识；；评估方法；试样类型；相对于轧制方向的试样取向；测定/r值时所对应的（工程）塑性应变或区间，例如：r510 （4工程）10A；r581245工程）8%12；GB/T81700.05；计算和Δr时，所采用的不同于公式（3）和公式（4）的计算公式。PAGEPAGE12PAGEPAGE13附录A（资料性）r值测定误差的追溯方法通则本附录旨在描述和分析r值的测定误差，而r值的测定对许多参数极为敏感，这些参数可能包括：不同的测定方式和评估方法；试样与加载链的对中性；试样制备（例如试样表面和边缘质量）；试样宽度方向的“真实”变形与引伸计测得数值之间的差异；；引伸计刀口与试样表面的相对滑动；宽度测量装置的装夹效应（A.2）；实验室的条件（震动或温度波动）；试样的非均匀变形（Portevin-LeChatelier锯齿屈服效应）。装夹（不良）效应和显示指南装夹(不良)效应通常发生在测试初始阶段，将导致引伸计信号显示出一些人为的正向/负向应变，但这些信号并不是试样变形的真实反映。导致装夹(不良)效应的原因包括：试样自身存在弯、扭、弓形等异常或设备加载链的对中性不良。下面介绍如何才能将这些效应显现出来，它是基于材料在弹性变形期间不会发生塑性变形的一种（工程8.3.3（工程）塑性应变的公式（8）可知，宽度方向的（工程）塑性应变可根据公式A.1计算：ep_b

-bb0

FS0mE

100%

………………(A.1)根据结果可绘制出长度方向及宽度方向的（工程）A.1A.2A.3。长度方向和宽度方向的（工程）塑性应变的图形在比例极限之前都应该是一条应变值为“0”的垂线。当装夹不良效应发生时，长度方向或者宽度方向的（工程）塑性应变将会明显偏离数值“0”。采用这种图示法后，对装夹效应的直观探察成为可能。在图A.1、图A.2和图A.3中分别描述了三种不同情况。说明：X轴－（工程）塑性应变，用％表示； Y轴－应力，用MPa表示；1–长度方向（工程）塑性应变ep_l； 2–宽度方向（工程）塑性应变ep_b注：未观察到装夹不良效应。图A.1（工程Y（0的垂线图A.2和图A.3所显示的装夹效应可能造成（工程）塑性应变的偏离，进而导致r值偏高或偏低。说明：X轴－（工程）塑性应变，用％表示； Y轴－应力，用MPa表示；1–长度方向（工程）塑性应变ep_l； 2–宽度方向（工程）塑性应变ep_b图A.2宽度方向（工程）塑性应变与Y轴（应变值为“0”）存在负向偏离，表明宽度的变化被人为放大了（这将导致r值偏高）说明：X轴－（工程）塑性应变，用％表示； Y轴－应力，用MPa表示；–长度方向（工程）ep_l–宽度方向（工程）ep_b图A.3宽度方向（工程）塑性应变与Y轴（应变值为“0”）存在正向偏离，表明宽度的变化被人为缩小了（这将导致r值偏低）A.4A.5A.6A.1A.2A.3r0.6。说明：X轴－（工程）塑性应变，用％表示； Y1轴－应力，用MPa表示；Y2轴－瞬时r值；1－应力-长度方向（工程）塑性应变曲线；2－瞬时r值-长度方向（工程）塑性应变曲线；3－下限：长度方向(工程)塑性应变取值2％；4－上限：长度方向(工程)塑性应变取值20％；5r值的区间回归结果（2％～2％时，2-20＝0.0。图A.4根据图A.1的数据绘制的r值与长度方向（工程）塑性应变关系曲线（假定r值恒定为0.6）说明：X轴－（工程）塑性应变，用％表示； Y1轴－应力，用MPa表示；Y2轴－瞬时r值；1－应力-长度方向（工程）塑性应变曲线；2－瞬时r值-长度方向（工程）塑性应变曲线；3－下限：长度方向(工程)塑性应变取值2％；4－上限：长度方向(工程)塑性应变取值20％；－r值的区间回归结果（2％～2％时，2-20＝0.5。图A.5根据图A.2的数据绘制的r值与长度方向（工程）塑性应变关系曲线（假定r值恒定为0.6）说明：X轴－（工程）塑性应变，用％表示； Y1轴－应力，用MPa表示；Y2轴－瞬时r值；1－应力-长度方向（工程）塑性应变曲线；2－瞬时r值-长度方向（工程）塑性应变曲线；3－下限：长度方向(工程)塑性应变取值2％；4－上限：长度方向(工程)塑性应变取值20％；5r值的区间回归结果（2％～2％时，2-20＝0.5。图A.6根据图A.3的数据绘制的r值与长度方向（工程）塑性应变关系曲线（假定r值恒定为0.6）自动核查的实施（工程（不良RP0.265（工程）Y轴（应变值为“0”）的曲线即将超出用户所设定的一个合适的公差范围，系统将暂停或终止试验。（工程在下面的图例中，使用的判据如下：弹性变形终点：RP