金属材料拉伸试验检验规范

金属材料拉伸试验检验规范1范围本规范规定了金属材料拉伸试验的术语定义、试验原理、试样制备、试验设备、试验程序、结果计算与表示、试验报告及安全要求。本规范适用于室温条件下（10℃~35℃）金属板材、棒材、管材、线材及铸件等各类金属材料的拉伸力学性能检验，包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等指标的测定。对于高温、低温或特殊环境下的拉伸试验，可参照本规范并结合相关专用标准执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是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/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T2975-2018钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备GB/T8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定JJG139-2014拉力、压力和万能试验机检定规程3术语和定义GB/T228.1界定的以及下列术语和定义适用于本规范。3.1标距：测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度，分为原始标距（试验前的标距）和断后标距（试样断裂后的标距）。3.2平行长度：试样两头部或两夹持部分之间的平行试样部分长度，应不小于原始标距与两倍试样直径（或等效直径）之和。3.3屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。3.4抗拉强度：试样拉断过程中最大力所对应的应力。3.5断后伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。3.6断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。4试验原理金属材料拉伸试验是指在室温条件下，对标准试样沿轴向施加静态拉伸载荷，使试样逐渐发生变形直至断裂的过程。通过连续记录试验过程中的载荷-位移曲线或载荷-应变曲线，测定材料的弹性变形、塑性变形和断裂过程中的力学性能指标。试验过程中，试验机的载荷传感器精确记录施加的拉力值，引伸计或位移测量系统记录试样标距段的变形量，通过数据处理系统将载荷和变形量转换为应力和应变值，最终绘制应力-应变曲线并计算各项力学性能参数。5试样制备5.1取样要求5.1.1取样应按照GB/T2975的规定执行，确保试样具有代表性，能够反映材料的真实性能。对于钢材产品，取样位置应根据产品类型确定：板材应在距边缘1/4板宽处截取，棒材应在距表面1/3直径处截取，管材应沿管壁纵向截取，锻件应在受力最大的部位截取。5.1.2取样时应避免材料受到热影响、冷作硬化或变形，切割过程中应采取冷却措施，防止试样温度升高导致材料性能发生变化。火焰切割的试样应保留足够的加工余量，去除热影响区，热影响区的宽度一般不小于20mm。5.1.3每批材料的取样数量应符合相关产品标准或供需双方协议的规定，一般情况下，同一批次、同一规格、同一炉号的材料取样数量不少于3个。对于重要工程用材料，取样数量可适当增加。5.2试样类型与尺寸5.2.1拉伸试样分为比例试样和非比例试样两类。比例试样的原始标距与原始横截面积的关系为L₀=k√S₀，其中k为比例系数，常用值为5.65（短比例试样）和11.3（长比例试样）。当试样横截面积太小，无法采用比例试样时，可采用非比例试样，原始标距可根据实际情况确定，但应在试验报告中注明。5.2.2常用试样类型及尺寸要求如下：圆形横截面试样：直径d一般为5mm、10mm、20mm，原始标距L₀分别为25mm、50mm、100mm（k=5.65）或50mm、100mm、200mm（k=11.3），平行长度Lc不小于L₀+2d。矩形横截面试样：厚度a一般为0.1mm~30mm，宽度b一般为10mm、15mm、20mm，原始标距L₀根据比例系数确定，平行长度Lc不小于L₀+2√(S₀)。管段试样：适用于外径不小于30mm的管材，原始标距L₀=5.65√S₀，S₀为管材的原始横截面积，平行长度Lc不小于L₀+D（D为管材外径）。线材试样：直径d小于10mm的线材可直接采用整根作为试样，原始标距一般为100mm或200mm，平行长度不小于L₀+50mm。5.3试样加工要求5.3.1试样加工过程中应避免产生冷作硬化或过热现象，机加工的进给量和切削速度应合理选择，最后一道切削或磨削的深度不宜过大，确保试样表面粗糙度不大于Ra1.6μm。5.3.2试样的尺寸公差应符合以下要求：圆形试样直径的偏差不超过±0.02mm，矩形试样宽度的偏差不超过±0.05mm，厚度的偏差不超过±0.02mm。试样的平行长度内，直径或厚度的最大偏差不得超过0.05mm。5.3.3试样头部与平行部分之间应有过渡圆弧，过渡圆弧半径不小于0.5d（圆形试样）或不小于20mm（矩形试样），避免应力集中导致试样在夹持部位断裂。5.3.4试样表面不应有划痕、折叠、裂纹等缺陷，加工完成后应进行外观检查，不合格的试样不得用于试验。对于有涂层或镀层的试样，如需测试基体材料性能，应去除表面涂层或镀层，且去除过程不应损伤基体。5.3.5原始标距标记应采用细划线或打点法进行，标记深度不应超过试样厚度的1%，且不应引起应力集中导致试样在标距处断裂。标距标记应清晰、准确，两个标记点的距离偏差不超过±0.5%。6试验设备6.1万能试验机6.1.1拉伸试验应采用符合JJG139要求的电子万能试验机或液压万能试验机，试验机的测力误差应在±1%以内，试验力的测量范围应满足试样最大力的20%~80%处于试验机的最佳测量区间。6.1.2试验机应具备载荷保持和速率控制功能，能够实现恒速率位移控制、恒速率应力控制或恒速率应变控制，速率控制精度不超过设定值的±10%。6.1.3试验机应定期进行检定，检定周期不超过1年。新安装或大修后的试验机应先进行检定，合格后方可使用。日常使用前应进行空载运行检查，确保设备运行正常，无异常噪声或卡顿现象。6.2引伸计6.2.1测定规定非比例延伸强度、规定总延伸强度等指标时，应使用符合1级精度要求的引伸计，引伸计的标距应与试样原始标距相匹配，测量范围应覆盖试验过程中的最大变形量。6.2.2引伸计的安装应牢固、可靠，与试样的接触点应位于标距的两端，且对称分布，避免偏心受力。引伸计的刀口不应损伤试样表面，安装完成后应检查其零点是否准确。6.2.3引伸计应定期校准，校准周期不超过1年。对于使用频繁的引伸计，校准周期可适当缩短。当引伸计出现损坏或测量误差超差时，应及时更换。6.3尺寸测量器具6.3.1试样尺寸测量应使用分辨率不低于0.01mm的千分尺或游标卡尺，测量器具应经过计量检定合格，且在有效期内使用。6.3.2测量原始横截面积时，圆形试样应在标距的两端及中间三个位置分别测量两个相互垂直的直径，取算术平均值作为该位置的直径，以三个位置直径的最小值计算原始横截面积。矩形试样应在标距的两端及中间三个位置分别测量宽度和厚度，以三个位置横截面积的最小值作为原始横截面积。6.3.3测量断后标距时，应使用分辨率不低于0.1mm的游标卡尺或钢直尺，测量精度应满足断后伸长率的计算要求。测量断后横截面积时，应在缩颈的最小位置测量两个相互垂直的直径（圆形试样）或宽度和厚度（矩形试样），取算术平均值计算断后横截面积。7试验程序7.1试验环境7.1.1拉伸试验应在室温10℃~35℃的环境下进行，对于温度敏感的材料，试验温度应控制在23℃±5℃范围内。试验过程中，环境温度波动不应超过±2℃/h。7.1.2试验应在无振动、无腐蚀性气体、无强电磁干扰的环境中进行，确保试验机和测量仪器的正常运行。试样在试验前应在试验环境中放置至少2h，使试样温度与环境温度保持一致。7.2试样夹持7.2.1根据试样的类型和尺寸选择合适的夹具，板材试样采用楔形夹具，棒材试样采用V形夹具或螺纹夹具，管材试样采用内撑式或外抱式夹具。夹具的夹持面应具有足够的摩擦力，防止试样在拉伸过程中打滑。7.2.2安装试样时，应确保试样的轴线与试验机的拉伸轴线重合，偏心度不超过试样直径的5%，避免产生附加弯曲应力。夹持长度应足够，一般不小于夹具夹持面长度的2/3，防止试样从夹具中滑脱。7.2.3夹紧夹具时，应均匀用力，避免对试样产生预变形。对于脆性材料，夹紧力不宜过大，防止试样在夹持部位被夹碎。试样安装完成后，应检查引伸计（如使用）的安装是否正确，清零试验机的载荷和位移显示值。7.3拉伸速率控制7.3.1弹性阶段和屈服阶段的拉伸速率应符合以下要求：测定上屈服强度时，应采用应力速率控制，应力速率应在2MPa/s~20MPa/s范围内，且保持恒定，波动不超过±10%。测定下屈服强度时，在塑性变形阶段应采用应变速率控制，应变速率应在0.00025/s~0.0025/s范围内。如果不使用引伸计，可采用位移速率控制，平行长度的应变速率不超过0.008/s。7.3.2屈服阶段结束后，可适当提高拉伸速率，位移速率不超过0.008/s，直至试样断裂。对于需要测定断后伸长率的试样，断裂前的拉伸速率不宜过高，避免断口瞬间断裂导致伸长量测量误差。7.3.3试验过程中应连续记录载荷-位移曲线或载荷-应变曲线，采样频率不低于10Hz，确保能够准确捕捉屈服点、最大力和断裂点等特征值。7.4试验过程操作7.4.1启动试验机，按照设定的速率开始加载，观察试验曲线的变化。当试样出现明显屈服现象时，记录上屈服强度和下屈服强度值。对于无明显屈服现象的材料，测定规定非比例延伸强度Rp0.2，即当非比例延伸率达到0.2%时对应的应力值。7.4.2当试样进入塑性变形阶段后，如需继续使用引伸计，应确保引伸计的测量范围足够；当变形量超过引伸计量程时，应及时取下引伸计，避免引伸计被损坏。取下引伸计后，采用试验机的位移测量系统记录后续变形。7.4.3继续加载直至试样断裂，记录最大力值。试样断裂后，立即停止加载，将试验机的活动横梁复位。如果试样断裂在标距之外或断裂在标距标记上，试验结果无效，应重新取样进行试验。7.4.4小心取出断裂的试样，将断裂的两部分紧密对接，确保断口接触良好，测量断后标距和断后最小横截面积。测量断后标距时，如断口处有缝隙，应将缝隙计入断后标距的长度。8结果计算与表示8.1应力计算应力按下式计算：σ=F/S₀式中：σ——应力，单位为兆帕（MPa）；F——试验过程中某一时刻的载荷，单位为牛（N）；S₀——试样原始横截面积，单位为平方毫米（mm²）。8.2强度指标计算8.2.1上屈服强度ReH：试验过程中，首次下降前的最大应力值。8.2.2下屈服强度ReL：不计初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力值。8.2.3规定非比例延伸强度Rp：当非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力值，常用的Rp0.2即为非比例延伸率0.2%时的应力。8.2.4抗拉强度Rm：试验过程中最大力对应的应力值。8.3塑性指标计算8.3.1断后伸长率A按下式计算：A=(L₁-L₀)/L₀×100%式中：L₁——试样断后标距，单位为毫米（mm）；L₀——试样原始标距，单位为毫米（mm）。8.3.2断面收缩率Z按下式计算：Z=(S₀-S₁)/S₀×100%式中：S₁——试样断后最小横截面积，单位为平方毫米（mm²）；S₀——试样原始横截面积，单位为平方毫米（mm²）。对于圆形试样，S₁=πd₁²/4，d₁为断后最小直径；对于矩形试样，S₁=a₁×b₁，a₁和b₁分别为断后最小厚度和宽度。8.4数值修约试验结果的数值修约应按照GB/T8170的规定执行，强度指标修约至1MPa，断后伸长率修约至0.5%，断面收缩率修约至1%。当试验结果处于产品标准要求的临界值时，应增加修约的有效位数，或采用全数值比较法进行判定。8.5结果判定8.5.1试验结果应与相关产品标准或供需双方协议的要求进行比较，各项指标均符合要求时，判定该批材料拉伸性能合格。8.5.2若有一项试验结果不符合要求，应从同一批材料中重新取双倍数量的试样进行不合格项目的复验。复验结果全部合格时，判定该批材料合格；若复验仍有一个试样不合格，则判定该批材料拉伸性能不合格。8.5.3因试样加工缺陷、试验操作不当或设备故障导致试验结果无效时，应重新取样进行试验，重新试验的结果作为最终判定依据。9试验报告9.1试验报告应至少包含以下内容：本规范编号；委托单位名称、试验日期、试验编号；材料名称、牌号、规格、炉批号、生产厂家；试样类型、原始标距、原始横截面积；试验设备名称、型号、编号；各项力学性能试验结果：上屈服强度、下屈服强度、规定非比例延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率；试验环境温度、相对湿度；试验过程中出现的异常情况说明；试验人员、审核人员签字，试验单位盖章。9.2试验报告应真实、准确、完整，不得涂改。如需修改，应在修改处加盖修改人印章。试验报告的保存期限应符合相关档案管理规定，一般不少于