摘 要:GB/T228.1—2021与 GB/T228.1—2010相比,其主要技术内容发生了一些变化。对照这 两个版本的标准,总结了 GB/T228.1—2021标准的主要修改和变化的内容(不包括附录 O),并进行 简要比较,有助于快速了解 GB/T228.1—2021的主要变化内容,并将其正确地应用到检测工作中。
关键词:力学性能;拉伸试验;标准;差异
中图分类号:TG115.5+2 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)08-0001-04
力学性能测试的基础标准 GB/T228.1—2021 《金属 材 料 拉 伸 试 验 第 1 部 分:室 温 试 验 方 法》 (简称2021 版)于 2022 年 7 月 1 日 生 效,用 于 替 代 GB/T228.1—2010(简称2010版)。2021版修 改 采 用 了 ISO 6892-1:2019 Metallic MaterialsTensileTesting-Part1:Methodof TestatRoom Temperature,与2010版相比,其除对一些结构进 行调整和文 字 进 行 编 辑 性 修 改 外,主 要 技 术 变 化 如下所述。
(1)增加了国内关于拉伸机、引伸计的JJG(国 家计量检定规程)计量检定规程文件,使该标准同样 适用于国内计量标准体系,解决了实验室的拉伸设 备计量证书与国内试验标准不适应的问题。
(2)增加了“弹性模量”、“默认值”和“测定系 数”3个术语和定义。
(3)增加了引伸计标距的选择。
(4)增加了关于试验速率的一般信息。
(5)在基于应变速率的试验速率(方法 A)中, 将2010版的第一种应变速率和第二种应变速率修 改为方法 A1和方法 A2。
(6)增加了计算机兼容标准的代表。
(7)增加了规范性附录 D。
(8)更改了纵向弧形试样的信息(见2021版表 H.1和2010版表 E.1)。
(9)对试验机系统变形情况补偿横梁位移速率 的估算进行了更改。
(10)更改了测量不确定度的评定。
(11)与ISO6892-1:2019的主要差异:在结构 上有较多调整,具体可见2021版资料性附录 A,差 异及其原因见2021版附录 B;增加了逐步逼近法测 定规定塑性延伸强度和卸力法测定规定残余延伸强 度举例的两项资料性附录。
1 2021版新增内容
1.1 术语和定义
2021版新增的术语和定义如表1所示。
1.2 规范性附录 D
新增规范性附录 D。对拉伸机、引伸计和试样 进行了要求。
1.2.1 引伸计
由于弹性模量对应非常小的应变,因此要求引 伸计满足 GB/T12160—2019《金属材料 单轴试验 用引伸计系统的标定》或JJG762—2007 《引伸计》 中的0.5级准确度,标距不小于50mm,并增加注, 内容为:如果只在试样单侧测量应变,则附加弯曲应 变会对测试结果带来较大的误差。
1.2.2 拉伸机
力:在相应测量范围内,应满足 GB/T16825.1—
2008《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》或 JJG
139—2014《拉力压力和万能试验机检定规程》中1
级准确度等级的要求。
夹持方法和同轴度:夹持和对准方法对于测定 弹性模量非常重要,有关此方法的要求,2021版建 议见 该 标 准 的 10.2 节,更 多 的 信 息 见 ASTM E1012—2005《在拉伸和压缩轴向力作用下验证试 验框架和样品准直精度的标准实施规程》。其他有 用的信息可见 GB/T34104—2017 《金属材料 试验 机加载同轴度的检验》。推荐使用力学装置(例如试 样定位块)来保证试样有好的加载同轴度。
1.2.3 试样
试样应平直。试样的表面状态不应影响试验结
果,如果试样中存在残余应力,无论是在先前加工还是
试样制备时存在的,所测定的模量可能不代表基材。
2 2021版修改内容
2.1 试验原理章节
对2010版内容进行了修改和补充,修改后的试
验原理如下所述。
试验用拉伸试样,一般拉至断裂,测定第3章定 义的一项或几项力学性能。
除非另有规定,试验温度为10~35℃。对于温 度不满足上述要求的实验室,实验室应评估该类环 境条件下运行的试验机对试验结果和(或)校准数据 的影响。当试验或校准时的温度超过10~35℃时, 应记录和报告温度。如果在试验和(或)校准过程中 存在较大温度梯度,不确定度测量结果可能增大和 出现超差的情况。
对温度要求严格的试验,温度应为(23±5)℃。
如果要测定弹性模量,应按附录 D进行。
2.2 试样章节
2.2.1 新增内容
经与客户协商一致,也可以使用其他试样,如有 关产品标准中规定的其他试样。
2.2.2 修改内容
机加工的试样:删除了“此弧的过渡半径的尺寸 可能很重要”的描述。
不经机加工的试样:将“或试棒的一段长度”修 改为“一段长度或试棒”。
铸造试样增加了“试样轴线应与作用线重合”的
规定。
2.3 原始横截面积的测定章节
修改内容如下所述。
(1)建议测量试样横截面积时,在试样平行长 度区域最少3个不同位置进行测量(2010版未建议 最少测量次数,修改后更具有操作性)。
(2)原始横截面积(So):根据测量的实际尺寸 计算横截面积的平均值(明确了原始横截面积是用 测得尺寸计算得到的横截面积的平均值,不是测得 尺寸平均后计算得到的横截面积)。
(3)用于测定原始横截面积的所有测量装置应 按照适当的能溯源至国家测量系统的参考标准进行校准(对横截面尺寸测量装置提供校准溯源依据)。
2.4 标距章节
新增“原始标距”和“引伸计标距的选择”技术内 容,与2010版3.4.2和3.5节的“注”相同。
2.5 试验设备的准确度章节
新增“注”,内容为:“适合的拉伸试验机根据试
验机力值校准范围和试样尺寸选取”。
2.5.1 测力系统
试验 机 的 测 力 系 统 应 满 足 GB/T16825.1— 2008 的 要 求,并 按 照 JJG 139—2014、JJG 475— 2008《电子式万能试验机检定规程》或JJG1063— 2010《电液伺服万能试验机检定规程》进行校准,并 且其准确度等级应为1级或优于1级。
2.5.2 引伸计
新增按照JJG762—2007进行校准的规定。测
定其他具有较大延伸率,增加延伸率大于5%的描
述,将“应使用不劣于2级准确度的引伸计”修改为
“可使用2级或优于2级准确度的引伸计”。修改后
更具操作性。
2.6 试验速率章节
新增内容:在方法 B 的某个条件下(例如对某
些钢,在弹性范围的应力速率大约为30 MPa/s,使
用高刚度的夹持系统和附录 E 表 E.2 中的 P6 试
样),方法 A 范围2的应变速率可以被观测到;注2,
产品标准和相关试验标准(例如航空标准)或协议可
以规定与文件不同的试验速率。
文献[1]依 据 ISO6892-1:2009 中 方 法 B 为 “Testingratebasedonstressrate”的情况,曾提出将 方法B描述为“基于应力速率的试验速率(方法 B)”。 方法 A和方法 B的定义为:基于应变速率的试验速 率(方法 A)和基于应力速率的试验速率(方法B)。
由于方法 A 包括应变速率控制的试验速率的 方法 A1和根据平行长度估计的应变速率,实际用 横梁位移速率来实现的方法 A2;同样,方法 B未明 确规定采用应力速率控制试验速率,且方法 B中还 有横梁位移速率,因此修改后的表述更准确。
测定上屈服强度试验速率的规定修改为:试验
机横梁位移速率应尽可能保持恒定,并使相应的应
力速率在表3规定的范围内。
主要修改了“夹头分离速率在表3规定的应力 速率范围内”的表述,修改后表述更准确。
2.7 规定塑性延伸强度的测定章节
2021版的13.1节将2010版13.1节的注2和注3调整为正文,并在注2的内容之前增加“宜注意 保证”。
2.8 断面收缩率的测定章节
增加内容如下所述。
(1)对于圆形试样,测量相互垂直两个方向的 直径,取其平均值,计算最小横截面积(Su)。
(2)进行读数时,应注意确保断裂面没有位移。
将2010版的“注:对于小直径的圆试样或其他
横截面形状的试样,断后横截面积的测量准确度达
到±2%很困难。”调整为正文。
2.9 图9的修改
图9增加了测定规定残余延伸强度对应的试验 速率。
2.10 资料性附录 A和 B
附录 A和B的表 A.1和B.1分别给出了2021版
与ISO6892-1:2019结构变化对照情况以及技术差异
及其原因。表 A.1和B.1的内容,参见2021版。
2.11 规范性附录
E 规定0.1~3mm(不包括3mm)厚度薄板和薄 带试样类型的规范性附录 E 与2010版的规范性附 录 B相对应,主要修改内容如下所述。
(1)表E.2增加了试样宽度尺寸公差和平行长度 最小值。该表给出了原始宽度分别为12.5,20,25mm 的3种试样,宽度公差均为±1mm,平行长度最小值分 别为57,90,60mm。试样编号P7修改为P17。
(2)表 E.3 增 加 名 义 宽 度 分 别 为 10 mm 和 15mm 的两种试样。由于试样原始横截面积计算 涉及试样宽度和厚度,为此对表注 a进行修改,将 “原始横截面积可以用名义值”修改为“原始横截面 积可以用试样宽度的名义值计算得到”。该问题源 自ISO6892-1:2009。
(3)表 E.4将2010版的“注”修改为正式条款。
2.12 规范性附录 G
规定厚度不小于3mm 板材和扁材等试样类型 的规范性附录 G 与2010版的规范性附录 D 相对 应,主要修改内容如下所述。
(1)G.2.1增加内容:c)Lo+(bo/2)对于非比例 试样(见表 G.3)(Lo 为原始标距,bo 为矩形横截面 试样平行长度的原始宽度)。
(2)表 G.3 增 加 试 样 宽 度 公 差:名 义 宽 度 为 12.5mm 和20mm 的试样,宽度公差为±0.5mm; 名义宽 度 为 25,38,40 mm 的 试 样,宽 度 公 差 为 ±0.7mm。P14(名义宽度为25mm)和 P15(名义宽 度 为 38 mm)原 始 标 距 Lo 由 50 mm 修 改 为200mm。
(3)表 G.4注a与表 E.3有类似的修改,将“原
始横截面积可以用名义值”修改为“原始横截面积可
以用试样的横向尺寸名义值”。
2.13 规范性附录 H
附录 H“管材使用的试样类型”,主要修改内容 如下所述。
表 H.1将2010版试样编号为 S4,S5和 S6的
试样,由比例试样修改为非比例试样,试样名义宽度
不变。管原始外径大于70mm 的比例试样,试样名
义宽度不再分档,统一为20mm。
2.14 资料性附录I
2010版标准提出:采用方法 A 测定上屈服强度 或规定延伸强度时,如考虑试验机系统的柔度,参见 附录 F。资料性附录 F 提供了考虑试验机刚度(或 柔度)后估算的横梁位移速率的方法。该方法提出 后,业内出现较大的争议,如文献[2]提出刚度修正 存在“把应力-时间曲线和应力-应变曲线屈服段的 高度修错了,导致了测试结果出现偏高”的问题。
对照2010版标准,2021版标准的资料性附录I 有较大变化。首先,附录名改为“考虑试验机系统变 形情况补偿横梁位移速率的估算”;其次,修改了补 偿横梁位移速率的估算式并引入预备试验,以及试 验在应力-应变曲线上感兴趣点处的速率参数。更多变化内容见2021版标准。
2.15 其他
资料性附录 O“测量不确定度的评定”内容也有
修改,详见2021版标准。
3 结语
(1)2021版增加了弹性模量的测量方法及其 相关术语和定义,以及采用JJG 规程校准测力系统 和引伸计,其他技术内容无重大变化。
(2)2021版修改了2010版中可能产生歧义的
一些内容,如:将方法 A 修改为基于应变速率的试
验速率,方法 B 修改为基于应力速率的试验速率,
建议至少测量3次试样原始横截面积,试样原始横
截面积为横截面积的平均值,附录 E和 G 修改了计
算原始横截面积的相关规定以及对附录I进行了较
全面的修改。修改后的表述较为准确,便于实验室
正确理解和执行。
参考文献:
[1] 徐惟诚,张华,罗丹霞.浅析 GB/T228.1—2010室温 拉伸试验方法中的应力速率[J].物理测试,2016,34 (6):57-59.
[2] 李和平,周星,沈佳谊,等.对金属材料拉伸试验方法
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[J].理化检验(物理分册),2014,50(6):79-82.