金属拉伸试样的类型和尺寸

金属拉伸试样的类型和尺寸

1拉伸试样的标准在材料的伸展试验中，根据试验的金属材料的形状和大小，金属伸展试验可根据截面的形状分为三种类型：圆形、矩形和形状。由于试样的横截面形状对拉伸性能的测定有影响(如同一材料,圆形横截面试样的断后伸长率比矩形横截面试样高),为使试验结果能够相互比较,同时便于试验机夹具的设计制造,各国拉伸试验标准都对拉伸试样的类型和尺寸进行了统一规定,拉伸试验时应根据金属产品的特性、品种、规格尺寸和试验目的选定不同的试样类型和尺寸。美国ASTM标准中涉及金属拉伸试样的标准有ASTME8-04金属材料拉伸试验方法(英制)和ASTME8M-04金属材料拉伸试验方法(公制)。由于美国是采用英制单位的国家,1924年首次发布的拉伸试验标准ASTME8-24采用的就是英制单位。到了1977年,为适应国际标准广泛应用的形势,ASTM将采用公制单位的E8M从E8中独立出来,形成一个新的标准。这一作法不同于ASTM的大多数产品标准(产品标准往往在一个标准中包含英制和公制两种单位制,如ASTMA36/A36M碳素结构钢),这是因为E8和E8M两个标准在技术内容上有少许差异:E8标准规定圆形横截面试样的标距为4倍直径(4D),而E8M标准规定的标距则与国际标准ISO6892相同,为5倍直径(5D)。由于E8M是从E8中脱胎而来的,因此,E8M标准中拉伸试样尺寸的数值是根据E8标准中的数值经过换算并修约成整数得到的,两个标准中的试样尺寸并非完全相同,如E8标准中的0.5in.,2in.和8in.,在E8M中就分别为12.5mm,50mm和200mm。此外,E8和E8M除圆形横截面试样的标距不同外,其它试样尺寸基本相同,考虑到ASTM产品标准中以公制和英制单位表示的数值都被看作是标准值,故笔者主要介绍E8M标准中的试样形状和尺寸,同时也介绍了E8标准中圆形横截面试样的尺寸,并将ASTM拉伸试样与GB/T228—2002中的拉伸试样作一简单的对比。2astm拉伸试样横截面尺寸的测量,金属拉伸试样加工应满足以下要求。(1)试样的平行段应光滑,无加工硬化,不得有缺口、刀痕、毛刺等缺陷。(2)矩形横截面试样的平行段应适当修棱,以免其实际横截面积与计算值相差过大。(3)脆性材料夹持部分与平行段间应有较大半径的圆弧过渡。(4)为保证断裂在标距内,应通过机加工使试样中间横截面积最小,因此,允许试样平行段两端到中间有小的锥度。由于有了这一要求,因此,ASTM拉伸试样横截面尺寸仅需在试样平行段中间处进行测量,同时,ASTME8和E8M标准中均无用移位方法测定断后伸长率的规定。试样平行段两端到中间有小的锥度是ASTM拉伸试样与GB/T228-2002拉伸试样的差异之一。3伸展样品的类型和尺寸(1)试样形状方差金属板材拉伸试样,包括薄板拉伸试样的形状见图1,尺寸见表1。板材拉伸试样的头部形状和尺寸可按试验机夹头设计,对于强度高或用普通楔形夹头夹持有困难的材料,还可选用头部带销孔的试样。板材拉伸试样的尺寸公差和形状公差要求如下。1)板材、薄板和小试样两端宽度差分别应≯0.10,0.05和0.02mm,试样两端与中间的宽度差应≯1%。2)板材、薄板和小试样头部与平行段中心线应分别在2.5,0.25和0.13mm内对称,仲裁试验时,薄板试样的头部应在0.2mm内对称。3)三种试样过渡半径公差应在1.25mm以内,端部两圆弧曲率中心应相互垂直,公差在2.5mm以内。与GB/T228-2002中的板材试样相比,ASTM板材拉伸试样的最大特点是只有定标距试样而无比例试样,且试样的种类只有3种,其中宽度为40mm的试样适用于厚度≥5mm的板材,宽度为12.5mm和6mm的试样分别适用于厚度≤19mm和6mm的板材。(2)圆形拉伸试样的尺寸和强度ASTME8和E8M标准中圆形拉伸试样的形状相同,见图2。由于标距不同,两者的尺寸有差异,见表2。除表2所列的尺寸外,如产品标准或规范有要求,也可使用其它直径的样品,但其标距应分别为4D(英制单位)和5D(公制单位)。只有当材料不足或双方同意作为验收试验时,方可使用表2中直径<6mm的试样。圆形拉伸试样的头部可分别为单肩、双肩和螺纹形状,头部的形状和尺寸可根据试验机夹具和试样材料的特性进行选用。该试样平行段允许从两端到中间逐渐减少,但两端部的直径与中间相比,应≯1%。当用英制量具进行尺寸测量时,ASTME8也允许以上试样的直径分别加工成0.505,0.357,0.252,0.160和0.113in.,其原因是这些直径的试样横截面积分别为0.200,0.100,0.0500,0.0200和0.0100in.2,这样,计算试样强度时,只须将起载荷值分别直接乘5,10,20,50和100即可。与GB/T228-2002相比,ASTME8M仅在具体尺寸上有差异,由于都是5倍直径的标距,故两者的断后伸长率可以相互比较。而ASTME8标准中的试样标距为4倍直径,这种试样的断后伸长率数值不能和GB/T228-2002相比较。此外,不管是ASTME8还是E8M,它们都是只有一种比例系数的试样,而不像GB/T228-2002,有短比例和长比例两种试样。(3)astm试验和纵向形貌结构试验,主要适用于各种尺寸和尺寸管材试样可以为全壁厚纵向弧形试样(见图3),全截面管的拉伸试样,全壁厚横向试样,或机加工圆形试样(见图2)。对于管材,如果试验机的吨位足够,采用全尺寸管截面的拉伸试样是标准的方法。如果试验机吨位限制,对于标称外径<25mm的小规格管材也应采用全截面管拉伸试样。此时,ASTME8选用的标距为4倍管材外径(4D),ASTME8M选用的标距为5倍管材外径(5D)。值得注意的是,这里的4D和5D并不是说明ASTM全截面管拉伸试样是比例试样,GB/T228-2002全截面管拉伸比例试样的标距分别为L0=5.65S0−−√L0=5.65S0(短比例标距试样)和L0=11.3S0−−√L0=11.3S0(长比例标距试样),全截面管试样的S0不仅与外径D有关,还与壁厚有关,因此,ASTM相同外径、不同壁厚管材的断后伸长率仍不能直接比较。对于大直径管材,壁厚较薄时选用全壁厚纵向弧形试样,其尺寸见表3。ASTM纵向弧形试样也是只有定标距试样而无比例试样。纵向弧形拉伸试样的尺寸公差和形状公差要求如下。1)七种试样两端宽度差分别应≯0.10mm,试样平行段允许从两端到中间逐渐减少,但两端部的宽度与中间相比,应≯1%。2)试样头部应与平行段中心线对称,对于1号,4号和5号试样偏差不大于1.0mm,对于2号,3号,6号和7号试样偏差≯2.5mm。3)七种试样过渡半径公差应在1.25mm以内,端部两圆弧曲率中心应相互垂直,公差在2.5mm以内。纵向弧形试样在试验时应选用曲面夹头,或者采用冷加工方式将试样两头部压扁。(4)标准拉伸试样做铸铁拉伸试验时,应使用图2所示的标准圆形拉伸试样或图4所示的铸铁标准拉伸试样(试样尺寸见表4)。做可锻铸铁拉伸试验时,应用图5所示的标准拉伸试样。做模铸件拉伸试验时,应用图6所示的标准拉伸试样。(5)机加工拉伸试样粉末冶金制品拉伸试样分为无机加工(压制)扁形拉伸试样(见图7,压制面积为645mm2)和圆形机加工拉伸试样(见图8,压制面积为752mm2)。值得一提的是粉末冶金制品圆形机加工拉伸试样也是定标距试样。(6)截面缩减和直径和两平面间距离对于丝材、条材和棒材等长度方向截面积均匀的材料,可选用全截面拉伸试样。为保证断裂产生在标距以内,允许采用砂纸研磨或机加工等方式,在不