金属材料室温拉伸试验方法讲稿教案课件

金属材料室温拉伸试验方法讲稿金属材料室温拉伸试验方法讲稿1

金属材料第1部分：室温拉伸试验方法

概述

GB228修改采用（MOD）ISO6892-1:2009

第一部分GB/T228—

采用ISO6892—09技术说明第二部分GB/T228—

与GB/T228—02标准对比第三部分GB/T228—

标准技术内容说明

第四部分GB/T228—

引用标准介绍说明第1页/共72页

金属材料第1部分：室温拉伸试验方法概述第1页/共72

概述

GB/T228标准发展历史GB228-1963金属拉力试验法（制定）GB228-1976金属拉力试验法（第1次修订）GB228-1987金属拉伸试验方法（第2次修订）GB228-2002金属材料室温拉伸试验方法（第3次修订）

GB228-20--金属材料室温拉伸试验方法（第4次修订）第2页/共72页概述

GB/T228标准发展3金属材料室温拉伸试验

技术内容变化我国的金属室温拉伸试验标准GB/T228主要技术内容完全与国际标准ISO6892新标准相同。

（见国际标准ISO6892-1:2009）第3页/共72页金属材料室温拉伸试验

技术内容4

第二部分拉伸性能的测定本标准定义了12种可测拉伸性能，这些性能是：

强度性能：上屈服强度（ReH）下屈服强度（ReL）规定塑性延伸强度（RP）规定总延伸强度（Rt）规定残余延伸强度（Rr）抗拉强度（Rm）第4页/共72页第二部分拉伸性能的测定本标准定义了12种可测拉伸性5

塑性性能屈服点延伸率（Ae）最大力总延伸率（Agt）最大力塑性延伸率（Ag）断裂总延伸率（At）断后伸长率（A）(无缩颈塑性伸长率AWn)断面收缩率（Z）第5页/共72页塑性性能屈服点延伸率（Ae）第5页/共72页6金属材料典型拉伸曲线第6页/共72页金属材料典型拉伸曲线第6页/共72页7金属拉伸曲线分析第7页/共72页金属拉伸曲线分析第7页/共72页8

金属拉伸曲线分析aoa－弹性变形阶段线性可逆性

bab－滞弹性变形阶段非线性滞后性cbc－微塑性变形不可逆性dcde－屈服阶段塑性变形急剧增加eef－应变硬化阶段塑性变形均匀连续ffg－缩颈变形阶段产生缩颈变形g断裂

第8页/共72页金属拉伸曲线分析第8页/共72页9第1阶段：弹性变形阶段（oa）

两个特点：

a从宏观看，力与伸长成直线关系，弹性伸长与力的大小和试样标距长短成正比，与材料弹性模量及试样横截面积成反比。

b变形是完全可逆的。

加力时产生变形，卸力后变形完全恢复。从微观上看，变形的可逆性与材料原子间作用力有直接关系，施加拉力时，在力的作用下，原子间的平衡力受到破坏，为达到新的平衡，原子的位置必须作新的调整即产生位移，使外力、斥力和引力三者平衡，外力去除后，原子依靠彼此间的作用力又回到平衡位置，使变形恢复，表现出弹性变形的可逆性，即在弹性范围保持力一段时间，卸力后仍沿原轨迹回复。Oa段变形机理与高温条件下变形机理不同，在高温保持力后会产生蠕变，卸力后表现出不可逆性。第9页/共72页第1阶段：弹性变形阶段（oa）

两个特点：

a从宏观看10

由于在拉伸试验中无论在加力或卸力期间应力和应变都保持单值线性关系，因此试验材料的弹性模量是oa段的斜率。

用以下公式求得：

E＝σ/ε

oa线段的a点是应力－应变呈直线关系的最高点，这点的应力叫理论比例极限，超过a点，应力－应变则不再呈直线关系，即不再符合虎克定律。比例极限的定义在理论上很有意义，它是材料从弹性变形向塑性变形转变的，但很难准确地测定出来，因为从直线向曲线转变的分界点与变形测量仪器的分辨力直接相关，仪器的分辨力越高，对微小变形显示的能力越强，测出的分界点越低，这也是为什麽在最近两版国家标准中取消了这项性能的测定，而用规定塑性（非比例）延伸性能代替的原因。第10页/共72页由于在拉伸试验中无论在加力或卸力期间应力和应变都11

第2阶段：滞弹性阶段（ab）

在此阶段，应力－应变出现了非直线关系，其特点是：当力加到b点时然后卸除力，应变仍可回到原点，但不是沿原曲线轨迹回到原点，在不同程度上滞后于应力回到原点，形成一个闭合环，加力和卸力所表现的特性仍为弹性行为，只不过有不同程度的滞后，因此称为滞弹性阶段，这个阶段的过程很短。这个阶段也称理论弹性阶段，当超过b点时，就会产生微塑性应变，可以用加力和卸力形成的闭合环确定此点，当加卸力环第1此形成开环时所对应的点为b点。

第3阶段：微塑性应变阶段（bc）

是材料在加力过程中屈服前的微塑性变形部分，从微观结构角度讲，就是多晶体材料中处于应力集中的晶粒内部，低能量易动位错的运动。塑性变形量很小，是不可回复的。大小仍与仪器分辨力有关。第11页/共72页

第2阶段：滞弹性阶段（ab）

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第4阶段：屈服阶段（cde）

这个阶段是金属材料的不连续屈服的阶段，也称间断屈服阶段，其现象是当力加至c点时，突然产生塑性变形，由于试样变形速度非常快，以致试验机夹头的拉伸速度跟不上试样的变形速度，试验力不能完全有效的施加于试样上，在曲线这个阶段上表现出力不同程度的下降，而试样塑性变形急剧增加，直至达到e点结束，当达到c点，在试样的外表面能观察到与试样轴线呈45度的明显的滑移带，这些带称为吕德斯带，开始是在局部位置产生，逐渐扩展至试样整个标距内，宏观上，一条吕德斯带包含大量滑移面，当作用在滑移面上的切应力达到临界值时，位错沿滑移方向运动。在此期间，应力相对稳定，试样不产生应变硬化。

C点是拉伸试验的一个重要的性能判据点，de范围内的最低点也是重要的性能判据点，分别称上屈服点和下屈服点。e点是屈服的结束点，所对应的应变是判定板材成型性能的重要指标。

第12页/共72页第4阶段：屈服阶段（cde）

这个阶段13第5阶段：塑性应变硬化阶段（ef）

屈服阶段结束后，试样在塑性变形下产生应变硬化，在e点应力不断上升，在这个阶段内试样的变形是均匀和连续的，应变硬化效应是由于位错密度增加而引起的，在此过程中，不同方向的滑移系产生交叉滑移，位错大量增殖，位错密度迅速增加，此时必须不断继续施加力，才能使位错继续滑移运动，直至f点。f点通常是应力－应变曲线的最高点（特殊材料除外），此点所对应的应力是重要的性能判据。

第6阶段：缩颈变形阶段（fg）

力施加至f点时，试验材材料的应变硬化与几何形状导致的软化达到平衡，此时力不再增加，试样最薄弱的截面中心部分开始出现微小空洞，然后扩展连接成小裂纹，试样的受力状态由两向变为三向受力状态。裂纹扩展的同时，在试样表面可看到产生缩颈变形，在拉伸曲线上，从f点到g点力是下降的，但是在试样缩颈处，由于截面积已变小，其真应力要大大高于工程应力。试验达到g点试样完全断裂。第13页/共72页第5阶段：塑性应变硬化阶段（ef）

屈服阶段结束后14

从以上典型的拉伸曲线上，可以测定金属材料如下性能：

1上屈服强度：（c点）试样发生屈服而力首次下降前的最高应力

2下屈服强度：（e点）屈服期间的最低应力，要注意这里要排除初始瞬时效应最低应力点所对应的应力。

3抗拉强度：（f点）在最大力点所对应的应力。

4屈服点延伸率：（ae）对于呈现明显屈服现象的材料，从屈服开始至均匀硬化开始之间的延伸率。要注意起点和终点的判定。

5最大力总延伸率：f点处作一垂线，横座标原点与交点长度对应的伸长率（包括在此条件下的弹性伸长和塑性伸长率）。

6最大力塑性延伸率：f点处作一平行于弹性段的直线，横座标原点与交点对应的伸长率。

7断裂总延伸率：（g点）断裂时刻的试样总伸长率（包括弹性伸长和塑性伸长率）。

拉伸过程中无明显屈服脆性材料（如淬火钢和高强钢）的拉伸曲线：

第14页/共72页从以上典型的拉伸曲线上，可以测定金属材料如下性能：

115

8规定塑性延伸强度Rp：

规定塑性延伸率对应的应力，即在代表伸长的横坐标上取规定的伸长量，平行于弹性线段作一直线。在与曲线交点处作一水平线与力轴的交点力值所对应的应力为Rp。一般称平行线法，适用于弹性段为直线的拉伸曲线。

对于弹性段不是直线的拉伸曲线，上述方法无法用，此时要用滞后环法或逐步逼近法进行测定。

9规定总延伸强度Rt：

规定总延伸率对应的应力，即在代表伸长的横坐标上取规定的伸长量，平行于力轴作一直线。在与曲线交点处作一水平线与力轴的交点力值所对应的应力为Rt。第15页/共72页8规定塑性延伸强度Rp：

规定塑性延伸率对应的应16第16页/共72页第16页/共72页17关于金属的拉伸试验速率1试验速率的本质2试验速率的方式3试验速率方式的评价分析4拉伸速率对性能的影响5拉伸速率的规定6应力速率与应变速率的转换第17页/共72页关于金属的拉伸试验速率1试验速率的本质第17页/共18测定拉伸性能对试样的要求1标距(6.1.1)2平行长度(6.1.2)3过渡半径(6.1.2)4矩形试样宽厚比5试样头部形状6圆形截面比例试样7矩形截面比例试样8扁材、线材试样9直径小于4mm线材试样10管材试样第18页/共72页测定拉伸性能对试样的要求1标距(6.1.1)第18页/19拉伸试验要求1试验力零点设置2试样夹持方法,ISO-10.2条(49)3试验速率的选择及表示控制试验速率的方式试验条件的表示第19页/共72页拉伸试验要求1试验力零点设置第19页/共72页20

1上屈服强度的测定

2下屈服强度的测定第20页/共72页1上屈服强度的测定

2下屈服强度的21第21页/共72页第21页/共72页22应注意以下几点：

a）当材料呈现明显屈服时，相关产品标准应规定或说明测定上屈服强度（ReH）或下屈服强度（ReL）或两者。相关产品标无规定时，测定上屈服强度（ReH）和下屈服强度（ReL）；只呈现单一屈服（呈现屈服平台）状态的情况，测定为下屈服强度（ReL）。

b）产品标准中要求测定屈服强度，但材料不呈现出明显屈服时，材料不具有可测的上屈服强度（ReH）和（或）下屈服强度（ReL）性能。建议测定规定塑性延伸强度（RP0.2），并注明“无明显屈服”。

有可能出现上述情况的材料，建议相关产品标准在规定测定屈服强度时说明当无明显屈服时要测定规定塑性延伸强度（RP0.2）。

c）如材料屈服期间力并无下降或保持恒定，而是呈缓慢增加，只要能分辨出力在增加，则判为无明显屈服状态。第22页/共72页应注意以下几点：

a）当材料呈现明显屈服时，相关产品标准应规233规定塑性延伸强度的测定

塑性延伸量∆L（偏离弹性点的变形量）塑性延伸率ep(ep

＝∆L/Le)规定塑性延伸率ep0.2规定塑性延伸强度Rp0.2＝ep0.2对应的应力

（Rp0.2＝Fp/S0）第23页/共72页3规定塑性延伸强度的测定塑性延伸量∆L（偏离弹性点的241)常规平行线方法

常规平行线方法适用于具有明显弹性直线段的材料。在应力—延伸率曲线图上，在延伸轴上用等于规定塑性延伸率的截距点作平行于弹性直线段的平行线，交曲线于一点，此点对应的力为所求测的规定塑性延伸力，此力除以试样原始横截面积S0便得到规定塑性延伸强度。见标准图3.

ep－规定的塑性延伸率

第24页/共72页1)常规平行线方法

第24页/共72页25第25页/共72页第25页/共72页26第26页/共72页第26页/共72页27

3)逐步逼近方法

ISO6892第13条的注。逐步逼近方法既适用具有弹性直线段材料，也适用于无明显弹性直线段材料测定规定塑性延伸强度。此方法是建立在“表观比例极限不低于规定塑性延伸强度RP0.2的一半”的假定，这一假定对于常见的金属材料基本真实。

第27页/共72页第27页/共72页28第28页/共72页第28页/共72页29

4规定总延伸强度的测定

试验时，记录力—延伸曲线，直至超过规定总延伸强度。在力—延伸曲线上的延伸轴上用等于规定总延伸率的截距作平行于力轴的平行线，与曲线点对应的力即为规定总延伸力，此力除以试样原始横截面积便得到规定总延伸强度。见图4.总延伸率与塑性延伸率之间相差的是弹性部分。第29页/共72页4规定总延伸强度的测定第29页/共7305规定残余延伸强度的验证

这种验证方法较简单。对试样连续施加力直至相应规定残余延伸强度的力，并在此力保持10秒～12秒时间后卸除力，检验残余延伸是否超过规定值。如果未超过，则确认试样通过验证合格，如果超过，则确认试样不合格。示例：Rr0.5＝750MPa表明施加应力750MPa产生的残余延伸率小于0.5％。这种验证方法，对于只要求判定产品合不合格，而不要求知道具体性能值是多少的场合是很有用的，因为验证的效率高，对大批量和多批量产品的检验有利。但这种验证的方法，仅仅能对相关产品标准规定的规定残余延伸强度进行验证合格与否，并不能得到性能的确切数值。因此，相关产品标准或协议应说明是否采用验证方法或具体测定的方法。第30页/共72页5规定残余延伸强度的验证第30316屈服点延伸率的测定

对于不连续屈服的材料，用变形硬化开始点的延伸减去上屈服点处的延伸，除以引伸计标距得到屈服点延伸率。

变形硬化开始点的确定见图7：

a)水平线法

b)回归线法试验报告中应注明采用的方法。第31页/共72页6屈服点延伸率的测定第31页/共72页32

7最大力总延伸伸率的测定

8最大力塑性延伸率的测定

试验时记录力—延伸曲线，直至过了最大力点，见图1。最大力点的总延伸△Lm除以引伸计标距Le，即为最大力总延伸率，按下式计算：

将最大力总延伸扣除弹性延伸部分即为最大力塑性延伸，将其除以引伸计标距便得到最大力塑性延伸率，按下式计算：

第32页/共72页7最大力总延伸伸率的测定

8最大力33

无缩颈塑性伸长率AWn测定方法

许多材料，最大力产生于缩颈开始范围，表明Ag和AWn基本相同，但对大变形冷加工材料、辐照后结构钢Ag和的AWn则有不同.棒材、线材和条材等长产品，可采用标准附录I提供的人工测量AWn方法。为使测量有效，应满足：a)测量区的范围应处于距离断裂处至少5d（d为试样直径）和距离夹头至少为2.5d。b）测量用的原始标距应至少等于相产品中规定的值。

AWn按下式计算：

第33页/共72页无缩颈塑性伸长率AWn测定方法许多材34

9断裂总延伸率的测定

试验时记录力—延伸曲线，直至试样完全断裂，（见图1和后图）。断裂点的总延伸除以引伸计标距即得到断裂总延伸率，按下式计算。

第34页/共72页9断裂总延伸率的测定第34页/共72页35第35页/共72页第35页/共72页36第36页/共72页第36页/共72页37断后伸长率测量要点1断样处于同一轴线2断面适当接触3直接测量条件4移位法测量(附录H)5自动法测量6A<5%测量方法（附录G）7表示方法与换算8修约间隔第37页/共72页断后伸长率测量要点1断样处于同一轴线第38

直接测量条件：

A试样断裂处距离等于或大于1/3L0时;

B断后伸长率大于或等于规定值时，不管断在何处，直接测量LU。

移位法测量：

若试样断裂处与标距标点的距离小于L0/3，可采用“移位方法”（见附录H）测定伸长率。等于或大于规定最小值情况也可采用“移位方法”。

自动方法测量：

允许使用自动系统或装置测定断后伸长率和断裂总伸长率，应注意：

a)引伸计标距应等于试样原始标距。

b)断裂位置处于引伸计标距范围内方为有效;但如伸长率等于或大于规定最小值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。第38页/共72页直接测量条件：

A试样断裂处距离等于或大于1/39第39页/共72页第39页/共72页40第40页/共72页第40页/共72页41A的表示方法与换算A－在短比例标距试样上测得的断后伸长率A11.3－在长比例标距试样上测得的断后伸长率A80mm

在定标距试样（80mm）上测得的断后伸长率

AA11.3A50A200

碳钢10.75810.574

奥氏体钢10.91610.839第41页/共72页A的表示方法与换算A－在短比例标距试样上测得的4211断面收缩率Z的测定断面收缩率也是金属材料重要的延性性能，但由于试样拉断时形成的最小横截面形状复杂性，没有各种形状截面试样的测定方法规定测定方法。按照断面收缩率的定义“断裂后试样横截积的最大缩减量（S0-Su）与原始横截面积（S0）之比的百分率”。对于圆形横截面试样，通过测定试验前的原始横截面积（S0），和断后最小横截面积（Su）来计算断面收缩率。横截面测量准确至±2％。第42页/共72页11断面收缩率Z的测定断面收缩率也是金431.断面形状：新标准没规定。2.Su的测量应准确至±2％。对于小直径或其它截面试样Z的测定，测量准确度较难达到±2％。

（指南一书80-83页）

1）圆形横截面试样Z的测定。

在断面最小处相互垂直方向测量直径，用平均值计算最小横截面积。

2）矩形横截面试样Z的测定。用断面最小厚度及最大宽度计算。

第43页/共72页第43页/共72页44第44页/共72页第44页/共72页45

各类试样S0的测量1）厚度0.1～<3mm薄板试样：面积准确至±2％，特薄板试样宽度误差<2％。

2）厚度≥3mm的板、扁材及尺寸≥4mm线、棒、型材试样：尺寸测量准确至±0.5％。

3）尺寸<4mm线、棒、型材试样：面积测量准确至±1％。

4）管材试样（全截面或条状）：原始横截面测量准确至±1％。

第45页/共72页各类试样S0的测量1）厚度0.1～<3mm薄板46第46页/共72页第46页/共72页47一拉伸试验测量不确定度评定原则拉伸试验测量不确定度是根据误差累计原理，以试验方法标准和相关检定标准为依据评定的。当评定试验结果总分散度时，测量不确定度包括材料不均匀性带入的分散。因此这种评定方法对试验室实际应用是有意义的。评定时要考虑试验方法的特点，采用设备或仪器相应标准规定。第47页/共72页一拉伸试验测量不确定度评定原则拉伸试验测量不确定度是根据48二评定测量不确定度的步骤1)求A类不确定度（公式J.1）

根据一组或多组试验结果，求出标准偏差。2)求B类不确定度(公式J.2)

根据设备仪器校验证书或相关文件规定极限，要考虑分布规律。3）计算合成不确定度（公式J.3）

用方和根方法计算。4）计算扩展不确定度

按置信水平95％，扩展系数K＝2第48页/共72页二评定测量不确定度的步骤1)求A类不确定度（公49

相关标准及文件JJF1059－1999测量不确定度评定与表示基本概念、术语（不确定度、A类不确定度、B类不确定度、合成不确定度、扩展不确定度等）建立测量模型（根据不同试验方法类型）各不确定度的评定（A类、B类、合成、扩展）测量不确定度的报告与表示第49页/共72页相关标准及文件JJF1059－1999测量不确定度评50相关引用标准拉伸试验机的检验（相应级别试验机试验力误差规定）

单轴试验用引伸计的标定

(规定级别引伸计的量程、系统误差要求)

数值修约规则（ISO6892不列入）（有效位数、修约间隔、修约规则）第50页/共72页相关引用标准拉伸试验机的检验第50页/共72页51三影响性能测定结果准确度的因素分析影响拉伸性能测定结果准确度的因素主要归为两大类如下：a)计量参数类：例如试验机级别、引伸计、试样尺寸，包括试样原始横截面尺寸等。b)材料和试验控制参数：例如材料性能的均匀性、试样制备的方法、试样形状及公差、试验速率、试样受力的轴向性、试验温度、数据采集与分析技术、软件的偏差，以及人为误差等。第51页/共72页三影响性能测定结果准确度的因素分析第51页/共72页52第52页/共72页第52页/共72页53

四不确定度分量分析1.与材料无关的未定系统误差标准中规定和相关标准中规定的未定系统误差有：a)允许的测力误差（1级准确度）：±1%；b)允许的测应变（位移）误差（1级引伸计准确度）：±1%；c)允许的标距误差（1级引伸计）：±1%；d)允许的测原始横截面积误差：±1%；e)允许的测断后最小横截面积误差：±2%。第53页/共72页四不确定度分量分析1.与材料无关的未54第54页/共72页第54页/共72页55

标准中规定的各种性能，并不是每一种都与上述5种误差分量相关。例如，ReH、ReL和Rm三项性能与力的测量和原始横截面积的测量相关，所以这些性能与1)和4)项误差相关。RP这一性能除与1)和4)项误差相关外，还与2)和3)项误差相关，因为由延伸确定所测的力，而延伸是通过引伸计测量的。这一性能与标距误差和延伸测量误差（采用引伸计方法测）相关，即与3)和4)项误差相关。Z这一性能与原始横截面积和断后最小横截面积测量误差相关，即与4)和5)项误差相关。第55页/共72页标准中规定的各种性能，并不是每一种都与上述5种误56第56页/共72页第56页/共72页57六.抗拉强度测量不确定度示例1数学模型按抗拉强度公式计算。2分量分析

a)一组重复的试验数据

b)试验力分量

c)试样面积误差分量

d)结果的修约3不确定度合成4扩展不确定度4结果的表示

第57页/共72页六.抗拉强度测量不确定度示例1数学模型第57页/共72页581基本公式第58页/共72页1基本公式第58页/共72页59

2不确定度分量分析

(ISO6892J.4说明)a）用一组试验数据得到A类不确定度分量用10支d=10mm圆形截面试样在同一条件下重复试验，测出的强度均值Rm＝600N/mm2（591～609N/mm2），试验结果包括了材料分散度在内。平均值的计算：求出标准偏差：第59页/共72页2不确定度分量分析60A类标准不确定度计算A类标准不确定度：相对不确定度分量：第60页/共72页A类标准不确定度计算A类标准不确定度：第60页/共72页61

b）试验力引入的不确定度分量示值误差引入的分量：1级拉力试验机力示值最大允许误差为±1.0％，按均匀分布考虑：标准测力计引入的分量：标准规定为0.3级标准测力仪，不确定度为0.3，置信因子为2：最大力相对标准不确定度:第61页/共72页b）试验力引入的不确定度分量示值误差引入的分量：第61页/62c)试样形状公差引入的不确定度分量标准附录B规定试样尺寸应测量准确至±0.5％，即横截面测量最大允许误差为±1.0％，按矩形分布考虑，则：第62页/共72页c)试样形状公差引入的不确定度分量标准附录B规定试样尺寸63d)修约引入的不确定度分量按新标准规定，对于抗拉强度修约间隔为1N/mm2,按均匀分布考虑，修约引入的不确定度分量为：第63页/共72页d)修约引入的不确定度分量按新标准规定，对于抗拉强度643不确定度合成第64页/共72页3不确定度合成第64页/共72页654.扩展不确定度置信概率＝95％Kp＝2U95rel=2×1.31％=2.62％

第65页/共72页4.扩展不确定度置信概率＝95％Kp＝2第665.拉伸测量不确定度的表示相对测量扩展不确定度表示为：Rm＝600N/mm2，U95rel=2.62％

第66页/共72页5.拉伸测量不确定度的表示第66页/共72页67附录A用计算机控制拉伸试验机的推荐

用计算机控制拉伸试验机的试验，实际是在试验机上配置电子计算机系统，根据所要测定的材料性能，通过试验机相关元件及操作人员给出的信息（如力值、伸长、试验速率、试样尺寸等），输入至计算机，经测量、及计算处理来控制试验机操作，并对试验结果进行分析处理。第67页/共72页附录A用计算机控制拉伸试验机的推荐用计算68第68页/共72页第68页/共72页69

对试验系统的要求

根据材料特性，各测量通道的元件（机械或电子）频带宽度和采样频率要足够。例如测定ReH时，最低采样频率（fmin,1/s）涉及：试验速率（应变速率或应力速率）材料的弹性模量E（对于应变速率控制）

材料预计上屈服强度相应级别的试验机相对误差

第69页/共72页对试验系统的要求根据材料特70

用计算机控制试验机系统

力学性能的测试强度性能：1）上屈服强度（ReH）2）规定非比例延伸强度（RP）规定总延伸强度（Rt）第70页/共72页用计算机控制试验机系统

71变形性能的测定1)最大力总延伸率（Agt）2)最大力塑性延伸率（Ag）3)断裂总延伸率（At）4)弹性范围斜率第71页/共72页变形性能的测定1)最大力总延伸率（Agt）第71页/共72页72感谢您的观看！第72页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页73金属材料室温拉伸试验方法讲稿金属材料室温拉伸试验方法讲稿74

金属材料第1部分：室温拉伸试验方法

概述

GB228修改采用（MOD）ISO6892-1:2009

第一部分GB/T228—

采用ISO6892—09技术说明第二部分GB/T228—

与GB/T228—02标准对比第三部分GB/T228—

标准技术内容说明

第四部分GB/T228—

引用标准介绍说明第1页/共72页

金属材料第1部分：室温拉伸试验方法概述第1页/共775

概述

GB/T228标准发展历史GB228-1963金属拉力试验法（制定）GB228-1976金属拉力试验法（第1次修订）GB228-1987金属拉伸试验方法（第2次修订）GB228-2002金属材料室温拉伸试验方法（第3次修订）

GB228-20--金属材料室温拉伸试验方法（第4次修订）第2页/共72页概述

GB/T228标准发展76金属材料室温拉伸试验

技术内容变化我国的金属室温拉伸试验标准GB/T228主要技术内容完全与国际标准ISO6892新标准相同。

（见国际标准ISO6892-1:2009）第3页/共72页金属材料室温拉伸试验

技术内容77

第二部分拉伸性能的测定本标准定义了12种可测拉伸性能，这些性能是：

强度性能：上屈服强度（ReH）下屈服强度（ReL）规定塑性延伸强度（RP）规定总延伸强度（Rt）规定残余延伸强度（Rr）抗拉强度（Rm）第4页/共72页第二部分拉伸性能的测定本标准定义了12种可测拉伸性78

塑性性能屈服点延伸率（Ae）最大力总延伸率（Agt）最大力塑性延伸率（Ag）断裂总延伸率（At）断后伸长率（A）(无缩颈塑性伸长率AWn)断面收缩率（Z）第5页/共72页塑性性能屈服点延伸率（Ae）第5页/共72页79金属材料典型拉伸曲线第6页/共72页金属材料典型拉伸曲线第6页/共72页80金属拉伸曲线分析第7页/共72页金属拉伸曲线分析第7页/共72页81

金属拉伸曲线分析aoa－弹性变形阶段线性可逆性

bab－滞弹性变形阶段非线性滞后性cbc－微塑性变形不可逆性dcde－屈服阶段塑性变形急剧增加eef－应变硬化阶段塑性变形均匀连续ffg－缩颈变形阶段产生缩颈变形g断裂

第8页/共72页金属拉伸曲线分析第8页/共72页82第1阶段：弹性变形阶段（oa）

两个特点：

a从宏观看，力与伸长成直线关系，弹性伸长与力的大小和试样标距长短成正比，与材料弹性模量及试样横截面积成反比。

b变形是完全可逆的。

加力时产生变形，卸力后变形完全恢复。从微观上看，变形的可逆性与材料原子间作用力有直接关系，施加拉力时，在力的作用下，原子间的平衡力受到破坏，为达到新的平衡，原子的位置必须作新的调整即产生位移，使外力、斥力和引力三者平衡，外力去除后，原子依靠彼此间的作用力又回到平衡位置，使变形恢复，表现出弹性变形的可逆性，即在弹性范围保持力一段时间，卸力后仍沿原轨迹回复。Oa段变形机理与高温条件下变形机理不同，在高温保持力后会产生蠕变，卸力后表现出不可逆性。第9页/共72页第1阶段：弹性变形阶段（oa）

两个特点：

a从宏观看83

由于在拉伸试验中无论在加力或卸力期间应力和应变都保持单值线性关系，因此试验材料的弹性模量是oa段的斜率。

用以下公式求得：

E＝σ/ε

oa线段的a点是应力－应变呈直线关系的最高点，这点的应力叫理论比例极限，超过a点，应力－应变则不再呈直线关系，即不再符合虎克定律。比例极限的定义在理论上很有意义，它是材料从弹性变形向塑性变形转变的，但很难准确地测定出来，因为从直线向曲线转变的分界点与变形测量仪器的分辨力直接相关，仪器的分辨力越高，对微小变形显示的能力越强，测出的分界点越低，这也是为什麽在最近两版国家标准中取消了这项性能的测定，而用规定塑性（非比例）延伸性能代替的原因。第10页/共72页由于在拉伸试验中无论在加力或卸力期间应力和应变都84

第2阶段：滞弹性阶段（ab）

在此阶段，应力－应变出现了非直线关系，其特点是：当力加到b点时然后卸除力，应变仍可回到原点，但不是沿原曲线轨迹回到原点，在不同程度上滞后于应力回到原点，形成一个闭合环，加力和卸力所表现的特性仍为弹性行为，只不过有不同程度的滞后，因此称为滞弹性阶段，这个阶段的过程很短。这个阶段也称理论弹性阶段，当超过b点时，就会产生微塑性应变，可以用加力和卸力形成的闭合环确定此点，当加卸力环第1此形成开环时所对应的点为b点。

第3阶段：微塑性应变阶段（bc）

是材料在加力过程中屈服前的微塑性变形部分，从微观结构角度讲，就是多晶体材料中处于应力集中的晶粒内部，低能量易动位错的运动。塑性变形量很小，是不可回复的。大小仍与仪器分辨力有关。第11页/共72页

第2阶段：滞弹性阶段（ab）

85

第4阶段：屈服阶段（cde）

这个阶段是金属材料的不连续屈服的阶段，也称间断屈服阶段，其现象是当力加至c点时，突然产生塑性变形，由于试样变形速度非常快，以致试验机夹头的拉伸速度跟不上试样的变形速度，试验力不能完全有效的施加于试样上，在曲线这个阶段上表现出力不同程度的下降，而试样塑性变形急剧增加，直至达到e点结束，当达到c点，在试样的外表面能观察到与试样轴线呈45度的明显的滑移带，这些带称为吕德斯带，开始是在局部位置产生，逐渐扩展至试样整个标距内，宏观上，一条吕德斯带包含大量滑移面，当作用在滑移面上的切应力达到临界值时，位错沿滑移方向运动。在此期间，应力相对稳定，试样不产生应变硬化。

C点是拉伸试验的一个重要的性能判据点，de范围内的最低点也是重要的性能判据点，分别称上屈服点和下屈服点。e点是屈服的结束点，所对应的应变是判定板材成型性能的重要指标。

第12页/共72页第4阶段：屈服阶段（cde）

这个阶段86第5阶段：塑性应变硬化阶段（ef）

屈服阶段结束后，试样在塑性变形下产生应变硬化，在e点应力不断上升，在这个阶段内试样的变形是均匀和连续的，应变硬化效应是由于位错密度增加而引起的，在此过程中，不同方向的滑移系产生交叉滑移，位错大量增殖，位错密度迅速增加，此时必须不断继续施加力，才能使位错继续滑移运动，直至f点。f点通常是应力－应变曲线的最高点（特殊材料除外），此点所对应的应力是重要的性能判据。

第6阶段：缩颈变形阶段（fg）

力施加至f点时，试验材材料的应变硬化与几何形状导致的软化达到平衡，此时力不再增加，试样最薄弱的截面中心部分开始出现微小空洞，然后扩展连接成小裂纹，试样的受力状态由两向变为三向受力状态。裂纹扩展的同时，在试样表面可看到产生缩颈变形，在拉伸曲线上，从f点到g点力是下降的，但是在试样缩颈处，由于截面积已变小，其真应力要大大高于工程应力。试验达到g点试样完全断裂。第13页/共72页第5阶段：塑性应变硬化阶段（ef）

屈服阶段结束后87

从以上典型的拉伸曲线上，可以测定金属材料如下性能：

1上屈服强度：（c点）试样发生屈服而力首次下降前的最高应力

2下屈服强度：（e点）屈服期间的最低应力，要注意这里要排除初始瞬时效应最低应力点所对应的应力。

3抗拉强度：（f点）在最大力点所对应的应力。

4屈服点延伸率：（ae）对于呈现明显屈服现象的材料，从屈服开始至均匀硬化开始之间的延伸率。要注意起点和终点的判定。

5最大力总延伸率：f点处作一垂线，横座标原点与交点长度对应的伸长率（包括在此条件下的弹性伸长和塑性伸长率）。

6最大力塑性延伸率：f点处作一平行于弹性段的直线，横座标原点与交点对应的伸长率。

7断裂总延伸率：（g点）断裂时刻的试样总伸长率（包括弹性伸长和塑性伸长率）。

拉伸过程中无明显屈服脆性材料（如淬火钢和高强钢）的拉伸曲线：

第14页/共72页从以上典型的拉伸曲线上，可以测定金属材料如下性能：

188

8规定塑性延伸强度Rp：

规定塑性延伸率对应的应力，即在代表伸长的横坐标上取规定的伸长量，平行于弹性线段作一直线。在与曲线交点处作一水平线与力轴的交点力值所对应的应力为Rp。一般称平行线法，适用于弹性段为直线的拉伸曲线。

对于弹性段不是直线的拉伸曲线，上述方法无法用，此时要用滞后环法或逐步逼近法进行测定。

9规定总延伸强度Rt：

规定总延伸率对应的应力，即在代表伸长的横坐标上取规定的伸长量，平行于力轴作一直线。在与曲线交点处作一水平线与力轴的交点力值所对应的应力为Rt。第15页/共72页8规定塑性延伸强度Rp：

规定塑性延伸率对应的应89第16页/共72页第16页/共72页90关于金属的拉伸试验速率1试验速率的本质2试验速率的方式3试验速率方式的评价分析4拉伸速率对性能的影响5拉伸速率的规定6应力速率与应变速率的转换第17页/共72页关于金属的拉伸试验速率1试验速率的本质第17页/共91测定拉伸性能对试样的要求1标距(6.1.1)2平行长度(6.1.2)3过渡半径(6.1.2)4矩形试样宽厚比5试样头部形状6圆形截面比例试样7矩形截面比例试样8扁材、线材试样9直径小于4mm线材试样10管材试样第18页/共72页测定拉伸性能对试样的要求1标距(6.1.1)第18页/92拉伸试验要求1试验力零点设置2试样夹持方法,ISO-10.2条(49)3试验速率的选择及表示控制试验速率的方式试验条件的表示第19页/共72页拉伸试验要求1试验力零点设置第19页/共72页93

1上屈服强度的测定

2下屈服强度的测定第20页/共72页1上屈服强度的测定

2下屈服强度的94第21页/共72页第21页/共72页95应注意以下几点：

a）当材料呈现明显屈服时，相关产品标准应规定或说明测定上屈服强度（ReH）或下屈服强度（ReL）或两者。相关产品标无规定时，测定上屈服强度（ReH）和下屈服强度（ReL）；只呈现单一屈服（呈现屈服平台）状态的情况，测定为下屈服强度（ReL）。

b）产品标准中要求测定屈服强度，但材料不呈现出明显屈服时，材料不具有可测的上屈服强度（ReH）和（或）下屈服强度（ReL）性能。建议测定规定塑性延伸强度（RP0.2），并注明“无明显屈服”。

有可能出现上述情况的材料，建议相关产品标准在规定测定屈服强度时说明当无明显屈服时要测定规定塑性延伸强度（RP0.2）。

c）如材料屈服期间力并无下降或保持恒定，而是呈缓慢增加，只要能分辨出力在增加，则判为无明显屈服状态。第22页/共72页应注意以下几点：

a）当材料呈现明显屈服时，相关产品标准应规963规定塑性延伸强度的测定

塑性延伸量∆L（偏离弹性点的变形量）塑性延伸率ep(ep

＝∆L/Le)规定塑性延伸率ep0.2规定塑性延伸强度Rp0.2＝ep0.2对应的应力

（Rp0.2＝Fp/S0）第23页/共72页3规定塑性延伸强度的测定塑性延伸量∆L（偏离弹性点的971)常规平行线方法

常规平行线方法适用于具有明显弹性直线段的材料。在应力—延伸率曲线图上，在延伸轴上用等于规定塑性延伸率的截距点作平行于弹性直线段的平行线，交曲线于一点，此点对应的力为所求测的规定塑性延伸力，此力除以试样原始横截面积S0便得到规定塑性延伸强度。见标准图3.

ep－规定的塑性延伸率

第24页/共72页1)常规平行线方法

第24页/共72页98第25页/共72页第25页/共72页99第26页/共72页第26页/共72页100

3)逐步逼近方法

ISO6892第13条的注。逐步逼近方法既适用具有弹性直线段材料，也适用于无明显弹性直线段材料测定规定塑性延伸强度。此方法是建立在“表观比例极限不低于规定塑性延伸强度RP0.2的一半”的假定，这一假定对于常见的金属材料基本真实。

第27页/共72页第27页/共72页101第28页/共72页第28页/共72页102

4规定总延伸强度的测定

试验时，记录力—延伸曲线，直至超过规定总延伸强度。在力—延伸曲线上的延伸轴上用等于规定总延伸率的截距作平行于力轴的平行线，与曲线点对应的力即为规定总延伸力，此力除以试样原始横截面积便得到规定总延伸强度。见图4.总延伸率与塑性延伸率之间相差的是弹性部分。第29页/共72页4规定总延伸强度的测定第29页/共71035规定残余延伸强度的验证

这种验证方法较简单。对试样连续施加力直至相应规定残余延伸强度的力，并在此力保持10秒～12秒时间后卸除力，检验残余延伸是否超过规定值。如果未超过，则确认试样通过验证合格，如果超过，则确认试样不合格。示例：Rr0.5＝750MPa表明施加应力750MPa产生的残余延伸率小于0.5％。这种验证方法，对于只要求判定产品合不合格，而不要求知道具体性能值是多少的场合是很有用的，因为验证的效率高，对大批量和多批量产品的检验有利。但这种验证的方法，仅仅能对相关产品标准规定的规定残余延伸强度进行验证合格与否，并不能得到性能的确切数值。因此，相关产品标准或协议应说明是否采用验证方法或具体测定的方法。第30页/共72页5规定残余延伸强度的验证第301046屈服点延伸率的测定

对于不连续屈服的材料，用变形硬化开始点的延伸减去上屈服点处的延伸，除以引伸计标距得到屈服点延伸率。

变形硬化开始点的确定见图7：

a)水平线法

b)回归线法试验报告中应注明采用的方法。第31页/共72页6屈服点延伸率的测定第31页/共72页105

7最大力总延伸伸率的测定

8最大力塑性延伸率的测定

试验时记录力—延伸曲线，直至过了最大力点，见图1。最大力点的总延伸△Lm除以引伸计标距Le，即为最大力总延伸率，按下式计算：

将最大力总延伸扣除弹性延伸部分即为最大力塑性延伸，将其除以引伸计标距便得到最大力塑性延伸率，按下式计算：

第32页/共72页7最大力总延伸伸率的测定

8最大力106

无缩颈塑性伸长率AWn测定方法

许多材料，最大力产生于缩颈开始范围，表明Ag和AWn基本相同，但对大变形冷加工材料、辐照后结构钢Ag和的AWn则有不同.棒材、线材和条材等长产品，可采用标准附录I提供的人工测量AWn方法。为使测量有效，应满足：a)测量区的范围应处于距离断裂处至少5d（d为试样直径）和距离夹头至少为2.5d。b）测量用的原始标距应至少等于相产品中规定的值。

AWn按下式计算：

第33页/共72页无缩颈塑性伸长率AWn测定方法许多材107

9断裂总延伸率的测定

试验时记录力—延伸曲线，直至试样完全断裂，（见图1和后图）。断裂点的总延伸除以引伸计标距即得到断裂总延伸率，按下式计算。

第34页/共72页9断裂总延伸率的测定第34页/共72页108第35页/共72页第35页/共72页109第36页/共72页第36页/共72页110断后伸长率测量要点1断样处于同一轴线2断面适当接触3直接测量条件4移位法测量(附录H)5自动法测量6A<5%测量方法（附录G）7表示方法与换算8修约间隔第37页/共72页断后伸长率测量要点1断样处于同一轴线第111

直接测量条件：

A试样断裂处距离等于或大于1/3L0时;

B断后伸长率大于或等于规定值时，不管断在何处，直接测量LU。

移位法测量：

若试样断裂处与标距标点的距离小于L0/3，可采用“移位方法”（见附录H）测定伸长率。等于或大于规定最小值情况也可采用“移位方法”。

自动方法测量：

允许使用自动系统或装置测定断后伸长率和断裂总伸长率，应注意：

a)引伸计标距应等于试样原始标距。

b)断裂位置处于引伸计标距范围内方为有效;但如伸长率等于或大于规定最小值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。第38页/共72页直接测量条件：

A试样断裂处距离等于或大于1/112第39页/共72页第39页/共72页113第40页/共72页第40页/共72页114A的表示方法与换算A－在短比例标距试样上测得的断后伸长率A11.3－在长比例标距试样上测得的断后伸长率A80mm

在定标距试样（80mm）上测得的断后伸长率

AA11.3A50A200

碳钢10.75810.574

奥氏体钢10.91610.839第41页/共72页A的表示方法与换算A－在短比例标距试样上测得的11511断面收缩率Z的测定断面收缩率也是金属材料重要的延性性能，但由于试样拉断时形成的最小横截面形状复杂性，没有各种形状截面试样的测定方法规定测定方法。按照断面收缩率的定义“断裂后试样横截积的最大缩减量（S0-Su）与原始横截面积（S0）之比的百分率”。对于圆形横截面试样，通过测定试验前的原始横截面积（S0），和断后最小横截面积（Su）来计算断面收缩率。横截面测量准确至±2％。第42页/共72页11断面收缩率Z的测定断面收缩率也是金1161.断面形状：新标准没规定。2.Su的测量应准确至±2％。对于小直径或其它截面试样Z的测定，测量准确度较难达到±2％。

（指南一书80-83页）

1）圆形横截面试样Z的测定。

在断面最小处相互垂直方向测量直径，用平均值计算最小横截面积。

2）矩形横截面试样Z的测定。用断面最小厚度及最大宽度计算。

第43页/共72页第43页/共72页117第44页/共72页第44页/共72页118

各类试样S0的测量1）厚度0.1～<3mm薄板试样：面积准确至±2％，特薄板试样宽度误差<2％。

2）厚度≥3mm的板、扁材及尺寸≥4mm线、棒、型材试样：尺寸测量准确至±0.5％。

3）尺寸<4mm线、棒、型材试样：面积测量准确至±1％。

4）管材试样（全截面或条状）：原始横截面测量准确至±1％。

第45页/共72页各类试样S0的测量1）厚度0.1～<3mm薄板119第46页/共72页第46页/共72页120一拉伸试验测量不确定度评定原则拉伸试验测量不确定度是根据误差累计原理，以试验方法标准和相关检定标准为依据评定的。当评定试验结果总分散度时，测量不确定度包括材料不均匀性带入的分散。因此这种评定方法对试验室实际应用是有意义的。评定时要考虑试验方法的特点，采用设备或仪器相应标准规定。第47页/共72页一拉伸试验测量不确定度评定原则拉伸试验测量不确定度是根据121二评定测量不确定度的步骤1)求A类不确定度（公式J.1）

根据一组或多组试验结果，求出标准偏差。2)求B类不确定度(公式J.2)

根据设备仪器校验证书或相关文件规定极限，要考虑分布规律。3）计算合成不确定度（公式J.3）

用方和根方法计算。4）计算扩展不确定度

按置信水平95％，扩展系数K＝2第48页/共72页二评定测量不确定度的步骤1)求A类不确定度（公122

相关标准及文件JJF1059－1999测量不确定度评定与表示基本概念、术语（不确定度、A类不确定度、B类不确定度、合成不确定度、扩展不确定度等）建立测量模型（根据不同试验方法类型）各不确定度的评定（A类、B类、合成、扩展）测量不确定度的报告与表示第49页/共72页相关标准及文件JJF1059－1999测量不确定度评123相关引用标准拉伸试验机的检验（相应级别试验机试验力误差规定）

单轴试验用引伸计的标定

(规定级别引伸计的量程、系统误差要求)

数值修约规则（ISO6892不列入）（有效位数、修约间隔、修约规则）第50页/共72页相关引用标准拉伸试验机的检验第50页/共72页124三影响性能测定结果准确度的因素分析影响拉伸性能测定结果准确度的因素主要归为两大类如下：a)计量参数类：例如试验机级别、引伸计、试样尺寸，包括试样原始横截面尺寸等。b)材料和试验控制参数：例如材料性能的均匀性、试样制备的方法、试样形状及公差、试验速率、试样受力的轴向性、试验温度、数据采集与分析技术、软件的偏差，以及人为误差等。第51页/共72页三影响性能测定结果准确度的因素分析第51页/共72页125第52页/共72页第52