金属材料拉伸试验方法/金属材料拉力试验机
金属材料拉伸试验方法
1.范围*
1.1 本方法适用于室温下任何形状的金属材料的拉伸试验， 特别是对于屈服强度、屈服点伸长率、抗拉强度、伸长率和断面收缩率的测定。
1.2 E8和E8M试样zui大的区别在于原始标距，E8中对于大多数圆形试样标距长度的要求是4D，而E8M是5D，实际生产中一般认为用粉末冶金（P/M）材料制成的试样可无此要求，以保持工业要求的材料的压力至规定的设计面积和密度。
1.3除本方法规定外，可根据需要对特殊材料制定单独的技术规范及试验方法。例如：见试验方法和定义A 370及试验方法B 557M和B557M。
1.4除非另有规定，室温应定为10°C～38°C。
1.5 带单位制的数值与英制数值应区别对待，不同单位制的数值换算过来不*相等，所以每一种单位制都应该单独使用。两种单位制的混合使用就偏离了本标准。
1.6 本标准并不涉及所有安全的问题，如果有，也是与它的用途相关。在使用前制定适当的安全和健康规范，确定适用的规章制度是本标准使用者的责任。
2. 参考文件
2.1 ASTM 标准：2
A 356/A356M 厚壁汽轮机用铸钢、碳素钢、低合金钢和不锈钢规范。
A 370 钢产品力学性能试验方法及定义
B557 锻、铸铝合金及镁合金产品拉伸试验方法
B 557M 锻、铸铝合金及镁合金产品拉伸试验方法[公制]
E 4 试验机的力校验方法
E 6 力学试验方法相关术语定义
E 8 金属材料拉伸试验方法
E 29 用标准方法确定性能所得试验数据的有效位数的推荐方法
E 83 引伸计的校验及分级方法
E 345 金属箔拉伸试验方法
E 691 实验室之间探讨确定试验方法度的实施指南
E 1012 在拉伸负荷下校验试样对中的方法
E1856 评估用于从试验机中采取数据的电脑采集数据系统指导方法
3. 术语
3.1 定义――E6定义中规定的拉伸试验相关术语定义适用于本拉伸试验方法中使用的术语。其
它术语如下定义：
3.1.1 不连续屈服--轴向试验中，由于局部屈服，在塑性变形开始时观查到的力的停滞或起伏。（应力--应变曲线不一定出现不连续）
3.1.2 断裂处伸长--力突然下降之前测得的伸长，对大多数材料来说，不会出现力的突然下降的现象，可以使用力下降到zui大力的10%时的伸长作为断裂处伸长。
3.1.3 下屈服强度， LYS [FL−2]--轴向试验中，在不考虑瞬时效应的情况下，不连续屈服过程中记录的zui小应力。
3.1.4 均匀伸长，Elu, [%]--在试样出现颈缩或断裂，或二者都出现之前承受zui大力时确定的伸长。
3.1.4.1 说明--均匀伸长包括弹性和塑性伸长。
3.1.5 上屈服强度， UYS [FL−2]--轴向试验中，伴随不连续屈服出现的应力zui大值（出现拐点时的应力）。
3.1.6 屈服点伸长率， YPE--轴向试验中，从应力-应变曲线的不连续屈服至均匀应变硬化转折点的出现拐点时的*个点的应变（以百分率表示）。如果发生的转折超出应变范围，YPE 端点就是在（a）曲线上出现zui后一个拐点的水平线上画切线与（b）在应力--应变曲线的应变硬化段画切线之间的交叉点 。如果没有出现或接近斜率趋于零时的屈服开始的那个点，则材料的YPE为0 %。
4. 意义及用途
4.1 拉伸试验是为了提供在单轴拉伸应力下材料的强度和延性数据。此数据对于材料对比、合金研制、质量控制及在某些环境中的设计可能是有用的。
4.2 从零件或材料上选取局部样坯加工成的标准尺寸试样的拉伸试验结果，不一定代表zui终产品或它在不同环境中工作的强度与延性性能。
4.3 本试验方法可用于商业验收试验，并已广泛地用于贸易。
5. 设备
5.1 试验机--用于拉伸试验的试验机应符合方法 E 4的要求。用于测定抗拉强度和屈服强度的力，应在标准E 4规定的试验机力使用范围内。
5.2 夹持装置：
5.2.1 概述--传递试验机对试样施加力的各种类型的夹持装置均可使用。为保证试样标距内受到轴向拉伸应力，试样的轴线应与试验机夹头中心线重合。任何不符合此要求的情况都可能引入通常应力计算（力除以横截面积）中未考虑的弯曲应力。
注5--偏心负荷的影响可由计算所附加的弯曲应力说明。对于直径为12.5mm的标准试样，每0.025mm的偏心距使应力增加1.5 % ，对于直径为9mm的试样，这一误差每0.025 mm约增加2.5 %，对于直径为6mm的试样，这一误差每0.025 mm约增加3.2 %。
注 6--对中方法在方法E 1012中给出。
5.2.2 楔形夹具--试验机通常备有楔形夹具，这些楔形夹具通常对于夹持塑性金属长试样和如图1所示那种扁平试样是一种合适的装置。但如果由于某种原因，一对夹具中的一个夹头夹紧时移动速度比另一个快时，可能产生不希望的弯曲应力。此时可用衬垫放在楔块后面，衬垫的厚度应相同，各平面应平滑且平行。楔块是通过试验机夹头支撑在衬垫整个长度上，这就需要几个不同厚度的衬垫在规定的试样厚度范围内适用。为适于夹持，希望每个楔块锯齿形面的整个长度均与试样接触。图2示出了楔形夹具和衬垫合适的装配。对于短试样和许多材料制备的试样，一般需要使用机械加工试样和特殊夹持装置以保证试样负荷尽可能*沿拉伸轴向均匀分布（见 5.2.3，5.2.4，和5.2.5）。
5.2.3 用于带螺纹、台肩的试样及脆性材料的夹具--图3示出了用于带螺纹端部试样夹持装置的示意图，图4示出了夹持带台肩端部试样的装置。这些夹持装置应通过适当润滑的球形座支承固定到试验机的头部。球形支承之间距离应尽可能大。
5.2.4 薄板夹具--图5所示自动调节夹具对于那些不适于在一般类型楔形夹具上试验的薄形材料是比较满意的。
5.2.5 线材夹具--图4和图5所示的楔形或挽勒式夹具或平面楔形夹具都可以用于夹持线材。
尺寸， mm
标准试样 小尺寸试样
公称宽度 板状 40 mm 薄板状 12.5 mm 6mm
G-- 标距 （注1和注2） 200.0±0.2 50.0±0.1 25.0±0.1
W-- 宽度（注3和注4） 40.0±2.0 12.5±0.2 6.0±0.1
T-- 厚度 （注5） 材料厚度
R-- 过渡圆弧半径，zui小（注6） 25 12.5 6
L-- 总长度，（注2、注7 和注8） 450 200 100
A-- 缩减部分长度，zui小 225 57 32
B-- 夹持部分长度，（注8） 75 50 30
C-- 夹持部分宽度，近似（注4 和注9） 50 20 10
注1--对于宽度40mm的试样，应在试样和缩减部分宽度内的平面上或边上打标记以测量断后伸长率。可用一组相距25mm的9个以上的点打标记，或用相距200mm的一对以上的点作标记。
注2--当不要求测量宽度为40mm试样的伸长率时，可使用75 mmzui小缩减部分（A）长度，其他尺寸与平板试样的尺寸相同。
注3--对于三种尺寸试样，缩减部分端部宽度差应分别不大于0.10、0.05 或 0.02 mm。其宽度也可以从端部至中心逐渐减小，但每个端部的宽度不应大于中心宽度的1 % 。
注4--必要时，对于三种尺寸中每种尺寸的试样可使用较小的宽度（ W 和 C）。在此情况下，缩减部分的宽度应尽量取试验材料允许的宽度，但是，除非另有特殊规定，当使用较窄试样时，产品技术条件中对伸长率的要求将不适用。
注5--尺寸T是为可用的材料技术条件提供的试样厚度。宽度为40mm的试样的zui小厚度应为5mm，宽度为12.5mm和6mm试样的zui大厚度应分别为19 mm和6 mm。
注6--对于宽度为40mm试样，当使用仿型切削刀具加工缩减部时，允许在抗拉强度690 MPa以下的钢试样缩减部分端部有13mmzui小过渡半径。
注7--所示尺寸建议为zui小值。确定zui小长度时，夹具不能处于尺寸A和B间过渡部分，见注9。
注8--对于宽度为6mm的试样，为了有助于施加轴向负荷，只要材料允许，总长度应尽可能大，zui大至200 mm。
注9--如果可能，使夹持部分长度足够大，以便使试样延伸到夹具长度2/3以上的位置。如果12.5mm宽的试样厚度在10 mm以上，较长的夹具和相应较长的夹持部分对防止试样在夹持部分断裂是必要的。
注10--对三种尺寸试样，试样端部应与缩减部分宽度中心线对称，分别在2.5、0.25、和0.13 mm之内，但是，对仲裁试验和当产品技术条件有要求时，宽度为12.5mm试样端部的对称应在0.2 mm内。
注11--对于每一种试样，所有过渡圆弧半径应彼此在1.25 mm公差内, 并且在特定端部的两过渡圆弧弧度的中心应在2.5 mm公差内彼此固定（垂直于中心线内）。
注12--除了仲裁试验外，允许使用整个长度上侧边平行的试样，但应：（a） 使用公差上限；（b） 有足够的标记数以供测定伸长率；（c） 测定屈服强度时使用合适的引伸计。如果断裂发生在靠夹紧装置一端的2W距离内，测定的抗拉强度可能并不代表该材料性能。在验收试验中，如果性能满足规定zui低要求，则不必重新试验。但如果低于zui低要求，则试验报废，应重新进行试验。
图1 矩形拉伸试验试样
图2 用于扁平试样的带衬垫的楔形夹具 图 3 用于带螺纹端部试样的夹持装置
5.3 尺寸测量装置--用于测量直线尺寸的千分尺或其他装置，至少应有每个要求测量尺寸zui小单位一半的精度。
5.4 引伸计--用于拉伸试验的引伸计应符合标准E83对本试验方法试验步骤一章规定级别引伸计。引伸计应在相应于屈服强度和断裂（如果测定）时的应变范围内使用和校准。
5.4.1 标距等于或小于试样名义标距（如图示的“G-标距”尺寸）的引伸计可用来测定屈服性能。对于等截面的试样（例如具有全截面的丝材、线材和棒材试样），测定屈服性能的引伸计标距不应超过夹具间距离的80%。用于测量断裂时伸长的引伸计标距应等于试样规定的名义标距。
1.范围*
1.1 本方法适用于室温下任何形状的金属材料的拉伸试验， 特别是对于屈服强度、屈服点伸长率、抗拉强度、伸长率和断面收缩率的测定。
1.2 E8和E8M试样zui大的区别在于原始标距，E8中对于大多数圆形试样标距长度的要求是4D，而E8M是5D，实际生产中一般认为用粉末冶金（P/M）材料制成的试样可无此要求，以保持工业要求的材料的压力至规定的设计面积和密度。
1.3除本方法规定外，可根据需要对特殊材料制定单独的技术规范及试验方法。例如：见试验方法和定义A 370及试验方法B 557M和B557M。
1.4除非另有规定，室温应定为10°C～38°C。
1.5 带单位制的数值与英制数值应区别对待，不同单位制的数值换算过来不*相等，所以每一种单位制都应该单独使用。两种单位制的混合使用就偏离了本标准。
1.6 本标准并不涉及所有安全的问题，如果有，也是与它的用途相关。在使用前制定适当的安全和健康规范，确定适用的规章制度是本标准使用者的责任。
2. 参考文件
2.1 ASTM 标准：2
A 356/A356M 厚壁汽轮机用铸钢、碳素钢、低合金钢和不锈钢规范。
A 370 钢产品力学性能试验方法及定义
B557 锻、铸铝合金及镁合金产品拉伸试验方法
B 557M 锻、铸铝合金及镁合金产品拉伸试验方法[公制]
E 4 试验机的力校验方法
E 6 力学试验方法相关术语定义
E 8 金属材料拉伸试验方法
E 29 用标准方法确定性能所得试验数据的有效位数的推荐方法
E 83 引伸计的校验及分级方法
E 345 金属箔拉伸试验方法
E 691 实验室之间探讨确定试验方法度的实施指南
E 1012 在拉伸负荷下校验试样对中的方法
E1856 评估用于从试验机中采取数据的电脑采集数据系统指导方法
3. 术语
3.1 定义――E6定义中规定的拉伸试验相关术语定义适用于本拉伸试验方法中使用的术语。其
它术语如下定义：
3.1.1 不连续屈服--轴向试验中，由于局部屈服，在塑性变形开始时观查到的力的停滞或起伏。（应力--应变曲线不一定出现不连续）
3.1.2 断裂处伸长--力突然下降之前测得的伸长，对大多数材料来说，不会出现力的突然下降的现象，可以使用力下降到zui大力的10%时的伸长作为断裂处伸长。
3.1.3 下屈服强度， LYS [FL−2]--轴向试验中，在不考虑瞬时效应的情况下，不连续屈服过程中记录的zui小应力。
3.1.4 均匀伸长，Elu, [%]--在试样出现颈缩或断裂，或二者都出现之前承受zui大力时确定的伸长。
3.1.4.1 说明--均匀伸长包括弹性和塑性伸长。
3.1.5 上屈服强度， UYS [FL−2]--轴向试验中，伴随不连续屈服出现的应力zui大值（出现拐点时的应力）。
3.1.6 屈服点伸长率， YPE--轴向试验中，从应力-应变曲线的不连续屈服至均匀应变硬化转折点的出现拐点时的*个点的应变（以百分率表示）。如果发生的转折超出应变范围，YPE 端点就是在（a）曲线上出现zui后一个拐点的水平线上画切线与（b）在应力--应变曲线的应变硬化段画切线之间的交叉点 。如果没有出现或接近斜率趋于零时的屈服开始的那个点，则材料的YPE为0 %。
4. 意义及用途
4.1 拉伸试验是为了提供在单轴拉伸应力下材料的强度和延性数据。此数据对于材料对比、合金研制、质量控制及在某些环境中的设计可能是有用的。
4.2 从零件或材料上选取局部样坯加工成的标准尺寸试样的拉伸试验结果，不一定代表zui终产品或它在不同环境中工作的强度与延性性能。
4.3 本试验方法可用于商业验收试验，并已广泛地用于贸易。
5. 设备
5.1 试验机--用于拉伸试验的试验机应符合方法 E 4的要求。用于测定抗拉强度和屈服强度的力，应在标准E 4规定的试验机力使用范围内。
5.2 夹持装置：
5.2.1 概述--传递试验机对试样施加力的各种类型的夹持装置均可使用。为保证试样标距内受到轴向拉伸应力，试样的轴线应与试验机夹头中心线重合。任何不符合此要求的情况都可能引入通常应力计算（力除以横截面积）中未考虑的弯曲应力。
注5--偏心负荷的影响可由计算所附加的弯曲应力说明。对于直径为12.5mm的标准试样，每0.025mm的偏心距使应力增加1.5 % ，对于直径为9mm的试样，这一误差每0.025 mm约增加2.5 %，对于直径为6mm的试样，这一误差每0.025 mm约增加3.2 %。
注 6--对中方法在方法E 1012中给出。
5.2.2 楔形夹具--试验机通常备有楔形夹具，这些楔形夹具通常对于夹持塑性金属长试样和如图1所示那种扁平试样是一种合适的装置。但如果由于某种原因，一对夹具中的一个夹头夹紧时移动速度比另一个快时，可能产生不希望的弯曲应力。此时可用衬垫放在楔块后面，衬垫的厚度应相同，各平面应平滑且平行。楔块是通过试验机夹头支撑在衬垫整个长度上，这就需要几个不同厚度的衬垫在规定的试样厚度范围内适用。为适于夹持，希望每个楔块锯齿形面的整个长度均与试样接触。图2示出了楔形夹具和衬垫合适的装配。对于短试样和许多材料制备的试样，一般需要使用机械加工试样和特殊夹持装置以保证试样负荷尽可能*沿拉伸轴向均匀分布（见 5.2.3，5.2.4，和5.2.5）。
5.2.3 用于带螺纹、台肩的试样及脆性材料的夹具--图3示出了用于带螺纹端部试样夹持装置的示意图，图4示出了夹持带台肩端部试样的装置。这些夹持装置应通过适当润滑的球形座支承固定到试验机的头部。球形支承之间距离应尽可能大。
5.2.4 薄板夹具--图5所示自动调节夹具对于那些不适于在一般类型楔形夹具上试验的薄形材料是比较满意的。
5.2.5 线材夹具--图4和图5所示的楔形或挽勒式夹具或平面楔形夹具都可以用于夹持线材。
尺寸， mm
标准试样 小尺寸试样
公称宽度 板状 40 mm 薄板状 12.5 mm 6mm
G-- 标距 （注1和注2） 200.0±0.2 50.0±0.1 25.0±0.1
W-- 宽度（注3和注4） 40.0±2.0 12.5±0.2 6.0±0.1
T-- 厚度 （注5） 材料厚度
R-- 过渡圆弧半径，zui小（注6） 25 12.5 6
L-- 总长度，（注2、注7 和注8） 450 200 100
A-- 缩减部分长度，zui小 225 57 32
B-- 夹持部分长度，（注8） 75 50 30
C-- 夹持部分宽度，近似（注4 和注9） 50 20 10
注1--对于宽度40mm的试样，应在试样和缩减部分宽度内的平面上或边上打标记以测量断后伸长率。可用一组相距25mm的9个以上的点打标记，或用相距200mm的一对以上的点作标记。
注2--当不要求测量宽度为40mm试样的伸长率时，可使用75 mmzui小缩减部分（A）长度，其他尺寸与平板试样的尺寸相同。
注3--对于三种尺寸试样，缩减部分端部宽度差应分别不大于0.10、0.05 或 0.02 mm。其宽度也可以从端部至中心逐渐减小，但每个端部的宽度不应大于中心宽度的1 % 。
注4--必要时，对于三种尺寸中每种尺寸的试样可使用较小的宽度（ W 和 C）。在此情况下，缩减部分的宽度应尽量取试验材料允许的宽度，但是，除非另有特殊规定，当使用较窄试样时，产品技术条件中对伸长率的要求将不适用。
注5--尺寸T是为可用的材料技术条件提供的试样厚度。宽度为40mm的试样的zui小厚度应为5mm，宽度为12.5mm和6mm试样的zui大厚度应分别为19 mm和6 mm。
注6--对于宽度为40mm试样，当使用仿型切削刀具加工缩减部时，允许在抗拉强度690 MPa以下的钢试样缩减部分端部有13mmzui小过渡半径。
注7--所示尺寸建议为zui小值。确定zui小长度时，夹具不能处于尺寸A和B间过渡部分，见注9。
注8--对于宽度为6mm的试样，为了有助于施加轴向负荷，只要材料允许，总长度应尽可能大，zui大至200 mm。
注9--如果可能，使夹持部分长度足够大，以便使试样延伸到夹具长度2/3以上的位置。如果12.5mm宽的试样厚度在10 mm以上，较长的夹具和相应较长的夹持部分对防止试样在夹持部分断裂是必要的。
注10--对三种尺寸试样，试样端部应与缩减部分宽度中心线对称，分别在2.5、0.25、和0.13 mm之内，但是，对仲裁试验和当产品技术条件有要求时，宽度为12.5mm试样端部的对称应在0.2 mm内。
注11--对于每一种试样，所有过渡圆弧半径应彼此在1.25 mm公差内, 并且在特定端部的两过渡圆弧弧度的中心应在2.5 mm公差内彼此固定（垂直于中心线内）。
注12--除了仲裁试验外，允许使用整个长度上侧边平行的试样，但应：（a） 使用公差上限；（b） 有足够的标记数以供测定伸长率；（c） 测定屈服强度时使用合适的引伸计。如果断裂发生在靠夹紧装置一端的2W距离内，测定的抗拉强度可能并不代表该材料性能。在验收试验中，如果性能满足规定zui低要求，则不必重新试验。但如果低于zui低要求，则试验报废，应重新进行试验。
图1 矩形拉伸试验试样
图2 用于扁平试样的带衬垫的楔形夹具 图 3 用于带螺纹端部试样的夹持装置
5.3 尺寸测量装置--用于测量直线尺寸的千分尺或其他装置，至少应有每个要求测量尺寸zui小单位一半的精度。
5.4 引伸计--用于拉伸试验的引伸计应符合标准E83对本试验方法试验步骤一章规定级别引伸计。引伸计应在相应于屈服强度和断裂（如果测定）时的应变范围内使用和校准。
5.4.1 标距等于或小于试样名义标距（如图示的“G-标距”尺寸）的引伸计可用来测定屈服性能。对于等截面的试样（例如具有全截面的丝材、线材和棒材试样），测定屈服性能的引伸计标距不应超过夹具间距离的80%。用于测量断裂时伸长的引伸计标距应等于试样规定的名义标距。
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