金属材料压缩试验检验规范

金属材料压缩试验检验规范1范围本规范规定了金属材料室温压缩试验的术语和定义、试验原理、试样制备、试验设备、试验程序、结果计算与表示、试验报告及试验安全要求。本规范适用于金属材料室温下的抗压强度、规定非比例压缩强度、规定总压缩强度、压缩弹性模量等力学性能的测定，不适用于粉末冶金、多孔金属及其他特殊结构金属材料的压缩试验。对于高温、低温环境下的压缩试验，可参照本规范并结合相应环境控制标准执行。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金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T10623金属材料力学性能试验术语GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准GB/T12160单轴试验用引伸计的校准JJG139拉力、压力和万能试验机检定规程3术语和定义GB/T10623界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1抗压强度（Rmc）金属材料在压缩试验中承受的最大压缩应力，对于塑性材料通常指发生明显屈服或规定塑性应变时的应力，对于脆性材料指断裂前的最大应力。3.2规定非比例压缩强度（Rpc）当试样标距段的非比例压缩应变达到规定值时对应的应力，常用规定非比例压缩应变为0.2%，记为Rpc0.2。3.3规定总压缩强度（Rtc）当试样标距段的总压缩应变（包括弹性应变和塑性应变）达到规定值时对应的应力，常用规定总压缩应变为0.5%，记为Rtc0.5。3.4压缩弹性模量（Ec）在压缩试验的弹性变形阶段，应力与对应的弹性应变的比值。4试验原理对轴向对称的金属试样沿纵轴方向施加静态压缩力，同时连续测量试样的压缩力和相应的变形量，根据力-变形曲线确定材料的压缩力学性能指标。试验过程中应保证试样承受的载荷为轴向单向压力，避免附加弯曲、偏载等因素对试验结果的影响。对于塑性材料，试验通常进行到试样发生明显塑性变形或达到规定应变为止；对于脆性材料，试验进行到试样断裂为止。5试样制备5.1试样类型与尺寸5.1.1圆柱形试样圆柱形试样为最常用的压缩试样，适用于棒材、锻件、铸件等金属材料。试样直径d一般为10mm~20mm，高度h与直径的比值h/d应控制在1.0~3.0之间：测定抗压强度和屈服强度时推荐h/d=1.0~2.0；测定压缩弹性模量时推荐h/d=2.0~3.0，以减小端部摩擦对变形测量的影响。试样两端面应平行且与轴线垂直，端面粗糙度Ra不大于1.6μm，边缘应倒角，倒角角度为45°，倒角尺寸为0.5mm~1mm，避免试验过程中边缘开裂。5.1.2棱柱形试样棱柱形试样适用于板材、型材等无法制备圆柱形试样的材料。试样截面为正方形或矩形，截面边长a为10mm~15mm，高度h与截面最小边长的比值h/a同样控制在1.0~3.0之间。试样两端面的平面度误差不大于0.01mm，两端面平行度误差不大于0.02mm，相邻侧面的垂直度误差不大于0.05mm。5.1.3小尺寸试样对于薄板材、细线材等小尺寸材料，可按比例缩小试样尺寸，但其高度与最小截面尺寸的比值仍需符合5.1.1和5.1.2的规定，且最小截面尺寸不小于2mm，保证试验过程中试样的变形均匀性。5.2取样要求试样应从被检验材料的代表性部位截取，取样过程中应避免因加热、冷加工变形改变材料的力学性能。对于轧制材料，试样轴线应与轧制方向平行或垂直，根据试验需求确定取样方向并在试验报告中注明。截取试样时应保留足够的加工余量，去除取样过程中产生的热影响区和变形层，最终试样的标距段内应无划痕、凹坑、折叠等缺陷。5.3试样标识每个试样应在非受力面进行唯一性标识，标识内容包括材料牌号、批号、取样位置、试样编号等，标识方法可采用钢印、激光打标等，不得对试样的受力和变形测量产生影响。试验前应对试样的尺寸进行精确测量，圆柱形试样应在标距段的两个互相垂直方向测量直径，取平均值作为试样直径；棱柱形试样应测量截面的两个边长，计算截面面积。尺寸测量精度应达到0.01mm，试样尺寸测量结果应记录存档。6试验设备6.1压力试验机6.1.1试验机的测力系统应符合GB/T16825.1的要求，准确度等级不低于1级，试验力的测量误差不超过±1%。试验机应能在规定的加载速率下平稳、连续加载，加载速率可调节，且具备力值保持功能。试验机的最大试验力应满足试样预期最大载荷的要求，试验时所用载荷应在试验机量程的10%~90%范围内。6.1.2试验机应配备上下两个刚性承压压板，压板的硬度不低于60HRC，工作面的平面度误差不大于0.01mm，表面粗糙度Ra不大于0.8μm。压板直径或边长应大于试样的端面尺寸，保证试样端面全部与压板接触。上压板应带有球形自调节装置，试验时可自动调整位置，使压板与试样端面均匀接触，消除偏载影响。6.2变形测量装置6.2.1测定规定非比例压缩强度、压缩弹性模量等需要精确测量变形的试验，应使用引伸计，引伸计的标距应根据试样高度确定，通常为试样高度的1/2~2/3，且不小于10mm。引伸计的准确度等级不低于1级，变形测量误差不超过±1%，其校准应符合GB/T12160的要求。6.2.2对于大变形压缩试验，可采用试验机的位移测量系统测量变形，但应对试验机的系统变形进行修正，修正方法可通过在相同试验条件下测量已知刚性标准块的变形，减去该部分系统变形得到试样的真实变形。位移测量系统的分辨率不低于0.001mm。6.3设备校准与核查压力试验机和变形测量装置应按JJG139等相关检定规程的要求定期进行检定，检定周期不超过1年。每次试验前应对设备进行核查，检查压板是否清洁、有无损伤，球形自调节装置是否灵活，引伸计是否正常工作，确认设备处于正常状态后方可进行试验。7试验程序7.1试验环境试验应在室温10℃~35℃范围内进行，对温度敏感的材料试验环境温度应控制在23℃±5℃。试验场所应无振动、无腐蚀性气体，电源电压稳定，保证设备正常运行。试样应在试验环境中放置至少2h，使试样温度与环境温度一致。7.2试样安装7.2.1试验前应将试样两端面和承压压板工作面擦拭干净，去除油污、铁屑等杂质。根据需要可在试样端面涂抹润滑剂，减小端部摩擦对试验结果的影响，常用润滑剂包括二硫化钼润滑脂、聚四氟乙烯薄膜等。使用润滑剂时应在试验报告中注明润滑剂的种类和使用方法。7.2.2将试样放置在下压板的中心位置，调整上压板位置，使上压板与试样端面轻轻接触，接触力不超过预期最大试验力的0.5%。安装引伸计时，应将引伸计对称安装在试样的两侧，保证引伸计测量的变形为试样两侧的平均变形，避免试样弯曲导致的测量误差。引伸计的安装应牢固，试验过程中不得发生松动。7.3加载控制7.3.1试验加载方式应根据测定的性能指标选择：测定压缩强度和屈服强度时，可采用应力速率控制，应力速率应控制在1MPa/s~10MPa/s之间；测定压缩弹性模量和规定非比例压缩强度时，应采用应变速率控制，应变速率不超过0.00025/s，保证试验在准静态条件下进行。加载过程中应保持速率稳定，不得突然变速或停顿。7.3.2当需要测定材料的压缩应力-应变曲线时，应同步采集试验力和变形数据，数据采集频率不低于10Hz，保证曲线的连续性和准确性。对于塑性材料，当试样变形达到20%仍未断裂时，可停止试验，除非相关标准或技术协议有更高的变形要求。对于脆性材料，当试验力突然下降、试样发生断裂时，应立即停止加载，避免试样碎裂损坏设备。7.4试验中断与异常处理试验过程中如发生停电、设备故障等意外情况导致试验中断，若中断时试样的变形量未超过规定非比例应变的10%，可在排除故障后重新试验；若变形量超过该范围，该试样作废，应重新取试样进行试验。试验过程中如发现试样发生明显偏斜、端部开裂或变形不均匀等异常现象，应立即停止试验，该试样结果无效，需更换试样重新试验。8结果计算与表示8.1应力计算压缩应力按公式（1）计算：$$\sigma=\frac{F}{S_0}$$式中：$\sigma$——压缩应力，单位为兆帕（MPa）；$F$——试样承受的压缩力，单位为牛（N）；$S_0$——试样原始横截面积，单位为平方毫米（mm²）。8.2应变计算压缩应变按公式（2）计算：$$\varepsilon=\frac{\Deltah}{h_0}$$式中：$\varepsilon$——压缩应变，无单位；$\Deltah$——试样的压缩变形量，单位为毫米（mm）；$h_0$——试样原始高度，单位为毫米（mm）。8.3性能指标确定8.3.1规定非比例压缩强度：从力-变形曲线上找出非比例变形量达到规定值时对应的力，代入公式（1）计算得到规定非比例压缩强度。当力-变形曲线有明显的屈服平台时，可取平台对应的应力作为上压缩屈服强度或下压缩屈服强度。8.3.2抗压强度：对于脆性材料，取断裂前的最大压缩力计算抗压强度；对于塑性材料，取规定应变（通常为20%）对应的最大力计算抗压强度，应在试验报告中注明对应的应变值。8.3.3压缩弹性模量：在应力-应变曲线的弹性直线段选取两点，计算两点的应力差与应变差的比值，即为压缩弹性模量。弹性直线段的选取应保证两点的应力差不低于100MPa，计算结果保留三位有效数字。8.4结果修约试验结果的修约应符合相关材料标准或技术协议的要求，无特殊要求时，强度指标修约到1MPa，弹性模量修约到1GPa，应变值修约到0.01%。同一批材料至少测试3个有效试样，结果取算术平均值，同时报告最大值和最小值，当离散率超过10%时，应增加试样数量并分析离散原因。9试验报告试验报告应至少包括以下内容：a)本规范的编号；b)材料的牌号、批号、规格、生产单位等信息；c)试样的类型、尺寸、取样方向、数量；d)试验设备的型号、编号、校准有效期；e)试验环境温度、润滑剂种类；f)加载速率、试验起止条件；g)各项性能指标的测试结果，包括单个试样结果和平均值；h)试验过程中出现的异常情况，如试样断裂位置、异常变形等；i)试验人员、试验日期、报告批准人签字。试验报告应加盖试验单位的检验章，报告不得随意涂改，如有修改应在修改处加盖修改人印章。试验原始记录应与报告一同存档，保存期限不少于5年。10试验安全要求10.1试验前应检查试验机的安全防护装置是否完好，试验过程中试验人员应