DB32T3597-2019增材制造金属材料机械性能测试方法指南

ICS77.040.10

H22

DB32

江苏省地方标准

DB32/T3597—2019

增材制造金属材料机械性能测试方法指南

GuidelinesforMechanicalPropertiesTestofMetalAdditiveManufacturing

2019-04-08发布2019-04-30实施

江苏省市场监督管理局发布

DB32/T3597—2019

前言

本标准按照GB/T1.1－2009给出的规则起草。

本标准由江苏省工业和信息化厅提出并归口。

本标准起草单位：无锡市产品质量监督检验院（国家增材制造产品质量监督检验中心<江苏><筹>）、

南京中科煜宸激光技术有限公司、江苏永年激光成形技术有限公司、江苏三维智能制造研究院有限公

司、江苏铭亚科技有限公司。

本标准主要起草人：吕新峰、华晨、陈振东、王林、华若绮、刘晶琳、陈旭、刘一胜。

II

DB32/T3597—2019

增材制造金属材料机械性能测试方法指南

1范围

本标准给出了增材制造金属材料机械性能测试的现有测试方法及注意事项。

本标准适用于指导增材制造从业人员依据现有测试标准开展增材制造金属材料机械性能的测定。

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/T229－2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法

GB/T230.1－2009金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、

T标尺)

GB/T231.4－2009金属材料布氏硬度试验第4部分:硬度值表

GB/T232－2010金属材料弯曲试验方法

GB/T3075－2008金属材料疲劳试验轴向力控制方法

GB/T4337－2015金属材料疲劳试验旋转弯曲方法

GB/T4340.1－2009金属维氏硬度试验第1部分:试验方法

GB/T4341.1－2014金属材料肖氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T5319－2002烧结金属材料（不包括硬质合金）横向断裂强度的测定

GB/T6398－2017金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法

GB/T7314－2017金属材料室温压缩试验方法

GB/T10128－2007金属材料室温扭转试验方法

GB/T12443－2007金属材料扭应力疲劳试验方法

GB/T13239－2006金属材料低温抗拉试验

GB/T18449.1－2009金属材料努氏硬度试验第1部分:试验方法

GB/T19744－2005铁素体钢平面应变止裂韧度KIa试验方法

GB/T19748－2005钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法

GB/T21143－2014金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法

GB/T21838.1－2008金属材料硬度和材料参数的仪器化压痕试验第1部分:试验方法

GB/T22315－2008金属材料弹性模量和泊松比试验方法

GB/T24522－2009金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法

GB/T24584－2009金属材料拉伸试验液氦试验方法

GB/T26076－2010金属薄板（带）轴向力控制疲劳试验方法

GB/T26077－2010金属材料疲劳试验轴向应变控制方法

GB/T33812－2017金属材料疲劳试验应变控制热机械疲劳试验方法

GB/T35351－2017增材制造术语

1

DB32/T3597—2019

HB7571－2017金属高温压缩试验方法

HB7623－1998金属材料蠕变裂纹扩展速率试验方法

ISO12108－2018金属材料疲劳试验疲劳裂痕增长试验

ISO22889－2013金属材料测定低限制条件下使用的样品抗稳定裂纹扩张的试验方法

ASTMB645－2015铝合金线性弹性平面应变断裂韧性测试的标准实施规程（StandardPracticefor

Linear－ElasticPlane－StrainFractureToughnessTestingofAluminumAlloys）

ASTMB646－17铝合金断裂韧性试验的标准实施规程（StandardPracticeforFractureToughness

TestingofAluminumAlloys）

ASTMB647－10（2016）使用韦氏硬度计测试铝及铝合金压痕硬度的标准试验方法（StandardTest

MethodforIndentationHardnessofAluminumAlloysbyMeansofaWebsterHardnessGage）

ASTMB648－10（2015）使用巴克尔硬度计测量铝合金硬度的试验方法（StandardTestMethodfor

IndentationHardnessofAluminumAlloysbyMeansofaBarcolImpressor）

ASTMB909－17非应力消除铝制品的平面应力断裂强度试验的标准导则（StandardGuideforPlane

StrainFractureToughnessTestingofNon－StressRelievedAluminumProducts）

ASTME238－17a金属材料的针型轴承测试的标准试验方法（StandardTestMethodforPin－Type

BearingTestofMetallicMaterials）

ASTME292－09材料断裂时间的凹口张力试验的标准试验方法（StandardTestMethodsfor

ConductingTime－for－RuptureNotchTensionTestsofMaterials）

ASTME740－09裂缝检测与表面裂纹拉伸试样的标准规程（standardpracticeforfracture

testingwithsurface－cracktensionspecimens）

ASTME1681－03（2013）测定金属材料环境致裂的界限应力强度因子的标准试验方法（StandardTest

MethodforDeterminingThresholdStressIntensityFactorforEnvironment－Assisted

CrackingofMetallicMaterials）

ASTME1875－13利用回声共振测试动态杨氏模量、剪切模数和泊松比的标准试验方法（standard

testmethodfordynamicyoungmodulus,shearmodulus,andpoissonratiobysonicresonance）

ASTME1876－15利用振动的冲击激磁产生动态模量、剪切模量和泊松比的试验方法（StandardTest

MethodforDynamicYoung'sModulus,ShearModulus,andPoisson'sRatiobyImpulse

ExcitationofVibration）

ASTME2714－13蠕变疲劳试验方法(StandardTestMethodforCreep－FatigueTesting)

ASTME2760－16蠕变疲劳裂纹扩展试验的标准试验方法（StandardTestMethodforCreep－

FatigueCrackGrowthTesting）

ASTME2789－10（2015）微动疲劳试验标准导则（StandardGuideforFrettingFatigueTesting）

3术语和定义

GB/T35351－2017界定的术语和定义适用于本文件。

4静态力学性能

4.1拉伸性能

2

DB32/T3597—2019

GB/T228.1－2010、GB/T13239－2006和GB/T24584－2009适用于采用增材制造工艺制备的试样，

但片状、线状和很小直径的杆状试样较难通过增材制造方法制备。ASTME292－09适用于采用增材制造

方法制备的试样，其中薄片试样制备对部分增材工艺有挑战。

拉伸性能测试标准见表1。

表1拉伸性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

形状与尺寸取决于被试验的金属

产品的形状与尺寸，按产品相关

GB/T228.1－2010室温为10℃～35℃

标准或GB/T2975的要求切取样坯

和制备试样。

形状与尺寸取决于被试验的金属

国内GB/T13239－2006产品的形状与尺寸，按GB/T2975低温为－196℃～<10℃

切取样坯和制备试样。

金属材料在液氦温度下（4K）的拉伸试验，也

形状与尺寸由产品的形状和尺寸适用于需要特殊设备，较小试样，以及涉及到锯

GB/T24584－2009

决定。齿形屈服，绝热增温和应变速率影响的低温拉伸

试验。

ASTME292－09缺口试样在恒定载荷和温度下缺口样品断裂拉伸试验。

国外

ASTME740－09表面裂纹试样在不断增大的力的作用下的拉伸试验。

4.2压缩性能

GB/T7314－2017适用于采用增材制造方法制备的试样，但薄片试样很难通过增材制造工艺制备。

压缩性能测试标准见表2。

表2压缩性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

试样形状与尺寸的设计应保证：

在试验过程中标距内为均匀单金属材料在室温下单向压缩的规定塑性压缩强

国内GB/T7314－2017向压缩，引申计所测变形应与试度、规定总压缩强度、上压缩屈服强度、下压缩

样轴线上标距段的变形相等，端屈服强度、压缩弹性模量及抗压强度。

部在试验结束之前不损坏。

4.3承压性能

该标准适用于增材制造法制备的试样，但增材制造法制备试样的表面光洁度和某些厚度可能会达不

到标准的要求。

承压性能测试标准见表3。

3

DB32/T3597—2019

表3承压性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

测定轴承屈服强度和轴承强度；

国外ASTME238－17a带孔的矩形金属样品

试样的表面光洁度和厚度要求较高。

4.4弯曲性能

弯曲性能测试标准见表4。

表4弯曲性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

板状或圆形试样，材料尺寸允许

时，应用圆形试样。试样应足够金属高温压缩试验，900℃以下单向压缩的规定

长，但不应长到使试样未受约束非比例压缩应力、规定总压缩应力、屈服点、压

国内HB7571－1997

的部分产生弯曲；试样端部余量缩弹性模量及脆性材料的抗压强度等参量的测

最少应为板状试样宽度的一半定。

或圆形试样直径的一半。

圆形、方形、矩形或多边形横截

面的试样。样坯的切取位置和方

金属材料相关产品标准规定试样的弯曲试验，不

国内GB/T232－2010向应按照相关产品要求，未具体

适用于金属管材和金属焊接接头的弯曲试验。

规定，钢产品按照GB/T2975的

要求。

4.5弹性模量和泊松比性能

下列标准适用于采用增材制造方法制备的试样，泊松比可以用来进一步说明增材制造法制备的块状

试样的各向异性。

弹性模量和泊松比性能测试标准见表5。

表5弹性模量和泊松比性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

形状与尺寸取决于被试验的金属产品的形

GB/T228.1－可用于测定材料室温（10℃～35℃）的杨氏模

状与尺寸，按产品相关标准或GB/T2975的

2010量、切线模量和弦向模量。

要求切取样坯和制备试样。

国内

静态法部分适用于室温下测定金属材料弹性状

GB/T22315－态；动态法部分适用于－196℃～1200℃间测

矩形试样

2008定材质均匀的弹性材料的动态模量和动态泊松

比。

4

DB32/T3597—2019

表5（续）

标准分类标准名称试样要求备注

GB/T10128－

国内圆形试样（圆柱体或管状试样）外加力矩的使用和剪切模量的计算

2007

ASTME1875－13弹性、均一和各向异性材料测试需在－195℃～1200℃条件下进行

国外

可在低温和高温下进行试验，但需对设备和实验

ASTME1876－15试样具有特定的机械共振频率

结果进行适当修改。

4.6硬度性能

以下压痕试验可能有助于测试增材制造材料的硬度，努氏硬度法有助于测定增材工艺制备的金属结

构中分离杂质的微观硬度，而维氏硬度法有助于评估增材制造的金属零件的微观和宏观硬度。

硬度性能测试标准见表6。

表6硬度性能测试标准

标准分类标准名称硬度分类试样要求备注

试样表面粗糙度Ra不大于1.6

μm，不应有氧化皮或外界污物，保证

GB/T231.1－2009布氏硬度范围上限为650HBW

压痕直径的精确测量，厚度至少为压

痕深度的8倍。

GB/T231.4－2009布氏硬度－平面布氏硬度值计算表

样品表面平坦光滑，无氧化皮及

外界污染物，应保证精确测量压痕对试验力值范围为0.09807

国内

GB/T18449.1－2009努氏硬度角线长度的测定。建议对试样进行抛N～19.614N，压痕对角线

光/电解抛光处理，试验后试样背面不长度≥0.02㎜

出现可见变形。

试样表面应平坦光滑，无氧化皮

及外来物，试样表面质量应保证压痕

压痕对角线长度范围为

GB/T4340.1－2009维氏硬度对角线的测量精度，试样层厚度至少

0.020㎜～1.400㎜

应为压痕对角线长度的1.5倍，建议

对材料进行抛光/电解抛光处理。

5

DB32/T3597—2019

表6（续）

标准分类标准名称硬度分类试样要求备注

试样表面应平坦光滑，无氧化皮及外硬质合金球形压头为为标准

来物，试样表面质量应保证压痕对角型洛氏硬度压头，如有规定，

GB/T230.1－2009洛氏硬度线的测量精度，试样表面粗糙度Ra不可使用钢球压头，应在10℃～

大于1.6μm，试验后，试样背面不出35℃之间，且较小温度变化范

现可见变形。围内进行。

试验面应为平面，曲面试样，曲率半

径不应小于32mm，试样质量≥0.1肖氏硬度试验范围为5HS～

Kg；试样厚度≥10mm；试样面积尽可105HS，室温下进行（10℃～

GB/T4341.1－2014肖氏硬度

国内能大；试样无磁性；硬度小于50HS，35℃），特别情况23℃±

Ra不大于1.6μm，硬度大于50HS，5℃。

Ra不大于0.8μm。

通常情况下使用硬质合金压

头，对硬度值和弹性模量较高

试样厚度至少为压痕深度的10倍或压的样品需考虑压头变形对结

GB/T21838.1－2008－痕直径的3倍。压头接触范围内试样果的影响；表面粗糙度对试验

表面应无液体、润滑剂或外来物。结果不确定的影响很大；不确

定度计算应考虑试样表面的

倾斜度。

ASTMB647－10－

－铝合金

（2016）介绍了韦氏、巴氏和新式的便

国外

ASTMB648－10－携式硬度测试方法。

－铝合金

（2015）

5疲劳性能测试

5.1疲劳性能

疲劳性能测试标准见表7。

表7疲劳性能测试标准

标准分类标准名称样品要求备注

圆形和矩形横截面试样的轴向力直到样品失效或者应力循环次数超过规定的次

国内GB/T3075－2008

控制疲劳试验。数时停止试验。

6

DB32/T3597—2019

表7（续）

标准分类标准名称样品要求备注

轴向应变是可控的，低周疲劳试验，直至样

避免试样表面状态对试验结品失效时结束测试。恒温恒幅条件下应变控制且

GB/T26077－2010

果的影响，试样标号唯一。应变比Rε=－1的单轴加载试样；介绍了几种不

同试样的推荐尺寸及装置。

试样厚度为0.3㎜～3㎜当试样温度超过35℃，应在试验报告中说

的金属片材，试样矩形横截面的明；试验频率在5Hz～200Hz，建议5Hz～15Hz；

GB/T26076－2010最小截面积小于30㎜2，试样表试样在规定应力下，一直连续试验至试样失效或

面残余应力和加工硬化最小，工规定循环次数，试样失效应发生在试样工作段或

作部分与圆弧连接部分应光滑。最大应力截面处，否则试验无效。

C(T)、M(T)、SE(B)试样厚度、试样平面尺寸在试验力下保持弹性占优势，

GB/T6398－2000

宽度、切口长度均有不同的规定。厚度足以防止弯曲。

国内适用于恒定机械应变和温度循环条件下，对

圆柱试样、圆管试样、矩形

应任意恒定的循环应变比和恒定的温度机械应

GB/T33812－2017试样，试样表面粗糙度Rz<0.2

变相位差的试验。循环周次通常考虑低循环疲劳

μm。

的范畴，即疲劳寿命Nf≤105。

试验部分可为圆柱形、圆锥

金属材料在室温和高温空气中试样旋转弯

形、漏斗形，试验部分应为圆形

GB/T4337－2015曲条件下进行的疲劳试验，其他环境下的旋转弯

横截面，每支试样实际最小直径

曲疲劳试验可参考本标准。

的测量应精确至0.01㎜。

工作部分为圆柱形或漏斗

形，工作部分横截面为圆形；尺

寸范围为5.0㎜～12.5㎜，实室温大气下，公称直径为5.0㎜～12.5㎜

GB/T12443－2007

际最小直径的测量准确度不低于圆形横截面金属金属光滑试样。

0.01㎜，工作部分与夹持部分的

同轴度不大于0.01㎜。

测试结果决定了试样在循环力测试条件下

ISO12108－2018切口样品

材料的裂纹传播阻力大小。

国外

在高温下，测定与蠕变疲劳变形或开裂变形

ASTME2714－13名义上的匀质试样有关的机械性能。同时该测试需要连续或同时应

用负载，以产生由蠕变变形导致的周期性损坏。

7

DB32/T3597—2019

表7（续）

标准分类标准名称样品要求备注

介绍了用预裂纹的压坯试样来测定名义上的均

ASTME2760－16名义上的匀质试样质材料的疲劳蠕变扩展性能的方法，涉及长装卸

率或维持时间或两者都有的疲劳循环测试。

国外

介绍了微动疲劳测试。微动疲劳通常是指在相同

ASTME2789－10－

－的应力水平下，与标准样品相比疲劳寿命出现的

（2015）

急剧下降。

5.2断裂韧性性能

断裂韧性性能测试标准见表8。

表8断裂韧性性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

三点弯曲试样、直通型缺口紧凑

GB/T21143－2014利用阻力曲线或作为一个点值来测定断裂韧性。

拉伸试样、台阶型缺口紧拉试样

适用于侧面开槽，裂纹线楔形加载试样，在裂纹

铁素体钢平面，试样平面尺寸足前缘获得拉伸断裂的快速止裂部分；适用于室

GB/T19744－2005

够大，厚度满足平面应变条件。温、低温和高温条件下用紧凑止裂试样(CCA)测

定铁素体钢的平面应变止裂韧度。

试样厚度为6㎜，长度范围内的

偏差不大于0.1㎜，宽度方向上

适用于整个截面硬度均匀，塑性极小（两支点间

国内GB/T5319－2002的偏差不大于0.04㎜，试样中

的永久变形约小于0.5㎜）的烧结金属材料。

心处宽度和厚度的测量精确度

为0.01㎜。

V型（45°夹角，2㎜深、底部

曲率半径0.25㎜）和U型缺口室温为23℃±5℃，有特别规定的，应在规定

GB/T229－2007

试样（2㎜或5㎜深，底部曲率温度±2℃下进行。

半径1㎜）

适用于钢的夏比V型缺口试样。经协商，也

GB/T19748－2005V型缺口试样

可用于其他金属材料和U型缺口试样的试验。

适用于致密试样以及较薄的中等开裂的拉

ISO22889－2013匀质金属材料

伸试样

国外在ASTME399的基础上为铝合金平面裂纹断裂韧

ASTMB645－2015铝合金性提供补充信息，主要涉及到取样、尺寸选择及

不合理结果的解释。

8

DB32/T3597—2019

表8（续）

标准分类标准名称试样要求备注

指出在特定情况下使用哪些当前标准，并在

没有标准的情况下提供指导方针，该方法既可以

ASTMB646－17铝合金

直接测量断裂韧性，也可以进行筛选试验，节约

成本。

国外

针对应力不可弯曲消除的铝制品提供补充指

南，提出了识别残余应力何时会对测试结果产生

ASTMB909－17铝制品

明显偏离的准则，以及最小化测试过程中残余应

力影响的方法。

5.3裂纹扩展性能

裂纹扩展性能测试标准见表9。

表9裂纹扩展性能测试标准

标准分类标准名称试样要求备注

试样形状和尺寸选用标准适用于金属材料在高温下用紧凑拉伸试样

HB7623－1998

的紧凑拉伸试样。施加恒定载荷测定材料蠕变裂纹扩展速率。

紧凑拉伸试样和中心裂纹

GB/T24522－2009应以±2℃的准确度控制试样的试验温度。

拉伸试样。

国内

紧凑拉伸试样、中心裂纹拉适用于测量各向同性的金属材料在线弹性

伸试样、单边缺口拉伸试样、三应力为主，并仅有垂直于裂纹面的力和固定应力

GB/T6398－2017

点弯曲试样、四点弯曲试样、八比条件下的裂纹扩展速率。标准中也规定了每种

点弯曲试样。标准试样的尺寸和厚度。

ASTME740－09表面裂纹拉伸试样需要不断的增加作用力并保持一定载荷。

国外

ASTME1681－03试样厚度和尺寸满足试验在环境室进行测定由环境作用产生裂纹的

（2013）要求即可。金属材料应力强度因子阈值。

6报告

报告应包括以下内容：

——零件在增材制造体系构建区域中的位置与取向；

——半成品的制备加工和调节过程及各项工艺参数，每件试样的标记；

——试样的形状、尺寸和允许的公差，测试方向等；

——测试样品后处理过程等信息；

——所使用的标准；

9

DB32/T3597—2019

——所使用的方法，并描述所有使用的非标准处理方式或与标准处理方式的差异，或者两者都描述；

——测试结果及实验结论；

——实验日期、实验室名称和地址、实验人、审核人、批准签字人；

——测定过程中存在的任何异常特性和在本标准中没有规定的可能对试样或标准样品的分析结果

产生影响的任何操作。

_________________________________

10

DB32/T3597—2019

目次

前言................................................................................II

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义........................................................................2

4静态力学性能......................................................................2

4.1拉伸性能......................................................................2

4.2压缩性能......................................................................3

4.3承压性能......................................................................3

4.4弯曲性能......................................................................4

4.5弹性模量和泊松比性能..........................................................4

4.6硬度性能......................................................................5

5疲劳性能测试......................................................................6

5.1疲劳性能......................................................................6

5.2断裂韧性性能..................................................................8

5.3裂纹扩展性能..................................................................9

6报告..............................................................................9

I

DB32/T3597—2019

增材制造金属材料机械性能测试方法指南

1范围

本标准给出了增材制造金属材料机械性能测试的现有测试方法及注意事项。

本标准适用于指导增材制造从业人员依据现有测试标准开展增材制造金属材料机械性能的测定。

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/T229－2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法

GB/T230.1－2009金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、

T标尺)

GB/T231.4－2009金属材料布氏硬度试验第4部分:硬度值表

GB/T232－2010金属材料弯曲试验方法

GB/T3075－2008金属材料疲劳试验轴向力控制方法

GB/T4337－2015金属材料疲劳试验旋转弯曲方法

GB/T4340.1－2009金属维氏硬度试验第1部分:试验方法

GB/T4341.1－2014金属材料肖氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T5319－2002烧结金属材