摘 要:GB/T228.1—2021與 GB/T228.1—2010相比,其主要技術內容發生了一些變化。對照這 兩個版本的標準,總結了 GB/T228.1—2021標準的主要修改和變化的內容(不包括附錄 O),并進行 簡要比較,有助于快速了解 GB/T228.1—2021的主要變化內容,并將其正確地應用到檢測工作中。
關鍵詞:力學性能;拉伸試驗;標準;差異
中圖分類號:TG115.5+2 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)08-0001-04
力學性能測試的基礎標準 GB/T228.1—2021 《金屬 材 料 拉 伸 試 驗 第 1 部 分:室 溫 試 驗 方 法》 (簡稱2021 版)于 2022 年 7 月 1 日 生 效,用 于 替 代 GB/T228.1—2010(簡稱2010版)。2021版修 改 采 用 了 ISO 6892-1:2019 Metallic MaterialsTensileTesting-Part1:Methodof TestatRoom Temperature,與2010版相比,其除對一些結構進 行調整和文 字 進 行 編 輯 性 修 改 外,主 要 技 術 變 化 如下所述。
(1)增加了國內關于拉伸機、引伸計的JJG(國 家計量檢定規程)計量檢定規程文件,使該標準同樣 適用于國內計量標準體系,解決了實驗室的拉伸設 備計量證書與國內試驗標準不適應的問題。
(2)增加了“彈性模量”、“默認值”和“測定系 數”3個術語和定義。
(3)增加了引伸計標距的選擇。
(4)增加了關于試驗速率的一般信息。
(5)在基于應變速率的試驗速率(方法 A)中, 將2010版的第一種應變速率和第二種應變速率修 改為方法 A1和方法 A2。
(6)增加了計算機兼容標準的代表。
(7)增加了規范性附錄 D。
(8)更改了縱向弧形試樣的信息(見2021版表 H.1和2010版表 E.1)。
(9)對試驗機系統變形情況補償橫梁位移速率 的估算進行了更改。
(10)更改了測量不確定度的評定。
(11)與ISO6892-1:2019的主要差異:在結構 上有較多調整,具體可見2021版資料性附錄 A,差 異及其原因見2021版附錄 B;增加了逐步逼近法測 定規定塑性延伸強度和卸力法測定規定殘余延伸強 度舉例的兩項資料性附錄。
1 2021版新增內容
1.1 術語和定義
2021版新增的術語和定義如表1所示。
1.2 規范性附錄 D
新增規范性附錄 D。對拉伸機、引伸計和試樣 進行了要求。
1.2.1 引伸計
由于彈性模量對應非常小的應變,因此要求引 伸計滿足 GB/T12160—2019《金屬材料 單軸試驗 用引伸計系統的標定》或JJG762—2007 《引伸計》 中的0.5級準確度,標距不小于50mm,并增加注, 內容為:如果只在試樣單側測量應變,則附加彎曲應 變會對測試結果帶來較大的誤差。
1.2.2 拉伸機
力:在相應測量范圍內,應滿足 GB/T16825.1—
2008《靜力 單 軸 試 驗 機 的 檢 驗 第 1 部 分:拉 力 和
(或)壓 力 試 驗 機 測 力 系 統 的 檢 驗 與 校 準》或 JJG
139—2014《拉力壓力和萬能試驗機檢定規程》中1
級準確度等級的要求。
夾持方法和同軸度:夾持和對準方法對于測定 彈性模量非常重要,有關此方法的要求,2021版建 議見 該 標 準 的 10.2 節,更 多 的 信 息 見 ASTM E1012—2005《在拉伸和壓縮軸向力作用下驗證試 驗框架和樣品準直精度的標準實施規程》。其他有 用的信息可見 GB/T34104—2017 《金屬材料 試驗 機加載同軸度的檢驗》。推薦使用力學裝置(例如試 樣定位塊)來保證試樣有好的加載同軸度。
1.2.3 試樣
試樣應平直。試樣的表面狀態不應影響試驗結
果,如果試樣中存在殘余應力,無論是在先前加工還是
試樣制備時存在的,所測定的模量可能不代表基材。
2 2021版修改內容
2.1 試驗原理章節
對2010版內容進行了修改和補充,修改后的試
驗原理如下所述。
試驗用拉伸試樣,一般拉至斷裂,測定第3章定 義的一項或幾項力學性能。
除非另有規定,試驗溫度為10~35℃。對于溫 度不滿足上述要求的實驗室,實驗室應評估該類環 境條件下運行的試驗機對試驗結果和(或)校準數據 的影響。當試驗或校準時的溫度超過10~35℃時, 應記錄和報告溫度。如果在試驗和(或)校準過程中 存在較大溫度梯度,不確定度測量結果可能增大和 出現超差的情況。
對溫度要求嚴格的試驗,溫度應為(23±5)℃。
如果要測定彈性模量,應按附錄 D進行。
2.2 試樣章節
2.2.1 新增內容
經與客戶協商一致,也可以使用其他試樣,如有 關產品標準中規定的其他試樣。
2.2.2 修改內容
機加工的試樣:刪除了“此弧的過渡半徑的尺寸 可能很重要”的描述。
不經機加工的試樣:將“或試棒的一段長度”修 改為“一段長度或試棒”。
鑄造試樣增加了“試樣軸線應與作用線重合”的
規定。
2.3 原始橫截面積的測定章節
修改內容如下所述。
(1)建議測量試樣橫截面積時,在試樣平行長 度區域最少3個不同位置進行測量(2010版未建議 最少測量次數,修改后更具有操作性)。
(2)原始橫截面積(So):根據測量的實際尺寸 計算橫截面積的平均值(明確了原始橫截面積是用 測得尺寸計算得到的橫截面積的平均值,不是測得 尺寸平均后計算得到的橫截面積)。
(3)用于測定原始橫截面積的所有測量裝置應 按照適當的能溯源至國家測量系統的參考標準進行校準(對橫截面尺寸測量裝置提供校準溯源依據)。
2.4 標距章節
新增“原始標距”和“引伸計標距的選擇”技術內 容,與2010版3.4.2和3.5節的“注”相同。
2.5 試驗設備的準確度章節
新增“注”,內容為:“適合的拉伸試驗機根據試
驗機力值校準范圍和試樣尺寸選取”。
2.5.1 測力系統
試驗 機 的 測 力 系 統 應 滿 足 GB/T16825.1— 2008 的 要 求,并 按 照 JJG 139—2014、JJG 475— 2008《電子式萬能試驗機檢定規程》或JJG1063— 2010《電液伺服萬能試驗機檢定規程》進行校準,并 且其準確度等級應為1級或優于1級。
2.5.2 引伸計
新增按照JJG762—2007進行校準的規定。測
定其他具有較大延伸率,增加延伸率大于5%的描
述,將“應使用不劣于2級準確度的引伸計”修改為
“可使用2級或優于2級準確度的引伸計”。修改后
更具操作性。
2.6 試驗速率章節
新增內容:在方法 B 的某個條件下(例如對某
些鋼,在彈性范圍的應力速率大約為30 MPa/s,使
用高剛度的夾持系統和附錄 E 表 E.2 中的 P6 試
樣),方法 A 范圍2的應變速率可以被觀測到;注2,
產品標準和相關試驗標準(例如航空標準)或協議可
以規定與文件不同的試驗速率。
文獻[1]依 據 ISO6892-1:2009 中 方 法 B 為 “Testingratebasedonstressrate”的情況,曾提出將 方法B描述為“基于應力速率的試驗速率(方法 B)”。 方法 A和方法 B的定義為:基于應變速率的試驗速 率(方法 A)和基于應力速率的試驗速率(方法B)。
由于方法 A 包括應變速率控制的試驗速率的 方法 A1和根據平行長度估計的應變速率,實際用 橫梁位移速率來實現的方法 A2;同樣,方法 B未明 確規定采用應力速率控制試驗速率,且方法 B中還 有橫梁位移速率,因此修改后的表述更準確。
測定上屈服強度試驗速率的規定修改為:試驗
機橫梁位移速率應盡可能保持恒定,并使相應的應
力速率在表3規定的范圍內。
主要修改了“夾頭分離速率在表3規定的應力 速率范圍內”的表述,修改后表述更準確。
2.7 規定塑性延伸強度的測定章節
2021版的13.1節將2010版13.1節的注2和注3調整為正文,并在注2的內容之前增加“宜注意 保證”。
2.8 斷面收縮率的測定章節
增加內容如下所述。
(1)對于圓形試樣,測量相互垂直兩個方向的 直徑,取其平均值,計算最小橫截面積(Su)。
(2)進行讀數時,應注意確保斷裂面沒有位移。
將2010版的“注:對于小直徑的圓試樣或其他
橫截面形狀的試樣,斷后橫截面積的測量準確度達
到±2%很困難。”調整為正文。
2.9 圖9的修改
圖9增加了測定規定殘余延伸強度對應的試驗 速率。
2.10 資料性附錄 A和 B
附錄 A和B的表 A.1和B.1分別給出了2021版
與ISO6892-1:2019結構變化對照情況以及技術差異
及其原因。表 A.1和B.1的內容,參見2021版。
2.11 規范性附錄
E 規定0.1~3mm(不包括3mm)厚度薄板和薄 帶試樣類型的規范性附錄 E 與2010版的規范性附 錄 B相對應,主要修改內容如下所述。
(1)表E.2增加了試樣寬度尺寸公差和平行長度 最小值。該表給出了原始寬度分別為12.5,20,25mm 的3種試樣,寬度公差均為±1mm,平行長度最小值分 別為57,90,60mm。試樣編號P7修改為P17。
(2)表 E.3 增 加 名 義 寬 度 分 別 為 10 mm 和 15mm 的兩種試樣。由于試樣原始橫截面積計算 涉及試樣寬度和厚度,為此對表注 a進行修改,將 “原始橫截面積可以用名義值”修改為“原始橫截面 積可以用試樣寬度的名義值計算得到”。該問題源 自ISO6892-1:2009。
(3)表 E.4將2010版的“注”修改為正式條款。
2.12 規范性附錄 G
規定厚度不小于3mm 板材和扁材等試樣類型 的規范性附錄 G 與2010版的規范性附錄 D 相對 應,主要修改內容如下所述。
(1)G.2.1增加內容:c)Lo+(bo/2)對于非比例 試樣(見表 G.3)(Lo 為原始標距,bo 為矩形橫截面 試樣平行長度的原始寬度)。
(2)表 G.3 增 加 試 樣 寬 度 公 差:名 義 寬 度 為 12.5mm 和20mm 的試樣,寬度公差為±0.5mm; 名義寬 度 為 25,38,40 mm 的 試 樣,寬 度 公 差 為 ±0.7mm。P14(名義寬度為25mm)和 P15(名義寬 度 為 38 mm)原 始 標 距 Lo 由 50 mm 修 改 為200mm。
(3)表 G.4注a與表 E.3有類似的修改,將“原
始橫截面積可以用名義值”修改為“原始橫截面積可
以用試樣的橫向尺寸名義值”。
2.13 規范性附錄 H
附錄 H“管材使用的試樣類型”,主要修改內容 如下所述。
表 H.1將2010版試樣編號為 S4,S5和 S6的
試樣,由比例試樣修改為非比例試樣,試樣名義寬度
不變。管原始外徑大于70mm 的比例試樣,試樣名
義寬度不再分檔,統一為20mm。
2.14 資料性附錄I
2010版標準提出:采用方法 A 測定上屈服強度 或規定延伸強度時,如考慮試驗機系統的柔度,參見 附錄 F。資料性附錄 F 提供了考慮試驗機剛度(或 柔度)后估算的橫梁位移速率的方法。該方法提出 后,業內出現較大的爭議,如文獻[2]提出剛度修正 存在“把應力-時間曲線和應力-應變曲線屈服段的 高度修錯了,導致了測試結果出現偏高”的問題。
對照2010版標準,2021版標準的資料性附錄I 有較大變化。首先,附錄名改為“考慮試驗機系統變 形情況補償橫梁位移速率的估算”;其次,修改了補 償橫梁位移速率的估算式并引入預備試驗,以及試 驗在應力-應變曲線上感興趣點處的速率參數。更多變化內容見2021版標準。
2.15 其他
資料性附錄 O“測量不確定度的評定”內容也有
修改,詳見2021版標準。
3 結語
(1)2021版增加了彈性模量的測量方法及其 相關術語和定義,以及采用JJG 規程校準測力系統 和引伸計,其他技術內容無重大變化。
(2)2021版修改了2010版中可能產生歧義的
一些內容,如:將方法 A 修改為基于應變速率的試
驗速率,方法 B 修改為基于應力速率的試驗速率,
建議至少測量3次試樣原始橫截面積,試樣原始橫
截面積為橫截面積的平均值,附錄 E和 G 修改了計
算原始橫截面積的相關規定以及對附錄I進行了較
全面的修改。修改后的表述較為準確,便于實驗室
正確理解和執行。
參考文獻:
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