中國、日本和美國金屬材料室溫拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)對比

摘要：拉伸試驗是材料力學(xué)性能測試中zui常見試驗方法之一。試驗中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡單易行、試樣制備方便等特點。拉伸試驗所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對于設(shè)計和選材、新材料的研制、材料的采購和驗收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評估都有很重要的應(yīng)用價值和參考價值。不同國家的拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)對試驗機(jī)、試樣、試驗程序和試驗結(jié)果的處理與修約的規(guī)定不盡相同，對日本的JIS Z2241-1998、美國的ASTM E 8/E8 M-08 等標(biāo)準(zhǔn)與中國的GB/T228-2002進(jìn)行比較，列舉了它們之間的差異并對這些差異對試驗結(jié)果的影響進(jìn)行討論。由于均源自ISO6982-1998，日本和中國的標(biāo)準(zhǔn)對試驗機(jī)及其附件、試驗程序和試驗結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定基本一致，只是JIS 標(biāo)準(zhǔn)使用非比例試樣，因此要求較大的樣品尺寸和試驗機(jī)能力。與日本和中國的標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM標(biāo)準(zhǔn)在試驗機(jī)及其附件、試驗程序、試樣和試驗結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定存在較大差異。對引伸計的精度要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較高。屈服階段試驗速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較低，試驗速率降低導(dǎo)致的強(qiáng)度性能指標(biāo)降低是否足以影響被測產(chǎn)品屈服性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。不同ASTM標(biāo)準(zhǔn)中對取樣位置、試樣選擇的規(guī)定不盡相同，產(chǎn)品測試時應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。在拉伸試驗結(jié)果處理與修約方面，ASTM標(biāo)準(zhǔn)采用的斷面收縮率計算公式與日本和中國的標(biāo)準(zhǔn)不同；對強(qiáng)度性能指標(biāo)和延性性能指標(biāo)的修約間隔也不盡相同。
關(guān)鍵詞：室溫拉伸試驗，拉伸試驗機(jī)，拉伸試樣，拉伸試驗，拉伸試驗結(jié)果處理及修約
1. 前言
拉伸試驗是材料力學(xué)性能測試中zui常見試驗方法之一。試驗中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡單易行、試樣制備方便等特點。拉伸試驗所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對于設(shè)計和選材、新材料的研制、材料的采購和驗收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評估都有很重要的應(yīng)用價值和參考價值[1]。
不同國家的拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)對試驗機(jī)、試樣、試驗程序和試驗結(jié)果的處理與修約的規(guī)定不盡相同，作者選取日本、美國與中國的金屬材料拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，列舉了它們之間的差異并對這些差異對試驗結(jié)果的影響進(jìn)行討論。
中國的GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》（以下簡稱為GB/T228-2002）等效采用ISO 6892：1998《金屬材料室溫拉伸試驗》，與源自ISO 6892：1998的日本的JIS Z2241-1998《》（以下簡稱為JIS Z2241-1998）差異不大。在下文與美國的拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較時，將它們統(tǒng)稱為ISO系標(biāo)準(zhǔn)。
ASTM E 8/E8 M-08《Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials》和E 345 《Test Methods of Tension Testing of Metallic Foil》（以下簡稱為E 8/E 8M-08）規(guī)定了美國的金屬材料室溫拉伸試驗方法通則。對于特定的金屬材料，又有專門的試驗標(biāo)準(zhǔn)；例如針對鋼產(chǎn)品的ASTM A 370-07《Standard Test MethodsDefinitions for Mechanical Testing of Steel》（以下簡稱為A 370-07）和針對鋁及鎂合金產(chǎn)品的ASTM B 557-06和B 557M-07e1《Test Methods for Tension Testing WroughtCast Aluminum-Magnesium-Alloy Products》[Metric]。針對不同標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定可能不同的情況，ASTM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定如果存在異議以專門的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)一般均有英制單位版本和公制單位版本，標(biāo)準(zhǔn)號后的M表示公制單位版本。絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的英制單位版本和公制單位版本是合二為一，例如E 8/E 8M-08；部分標(biāo)準(zhǔn)的英制單位版本和公制單位版本是各自獨立的，例如B 557-06和B 557M-07e1。少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只有一個版本，標(biāo)準(zhǔn)的范圍部分中就會表明本標(biāo)準(zhǔn)以英制單位為準(zhǔn)（例如A 370-07）或以公制單位為準(zhǔn)（例如ASTM E 23-06）。任何情況下同一標(biāo)準(zhǔn)中的不同單位制不能混用：例如按照公制單位版本加工試樣進(jìn)行試驗，然后將試驗結(jié)果換算成英制判斷試樣是否符合英制單位版本的要求。因為GB標(biāo)準(zhǔn)和JIS標(biāo)準(zhǔn)只使用公制單位，所以本文只涉及ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的公制單位部分。
2. 試驗機(jī)及其附屬設(shè)備
2.1 引伸計
表1. E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對引伸計的規(guī)定
E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO標(biāo)準(zhǔn)
測量參數(shù)及范圍 級別與精度min 測量參數(shù)及范圍 級別與精度min 測量參數(shù)及范圍 級別與精度min
Rp、Rt ±0.5％(B2級) Rp和At ±0.5％(B2級) Rp、Rt和Ae ±1％(1級)
Ag或Agt、A或At ＜5％ ±0.5％(B2級) Ag或Agt、A或At ＜5％ ±0.5％(B2級) Ag或Agt、A或At ±2％(2級)
 5～50   5～50 ±1％(C級)  
 ≥50 ±2％(D級)  ≥50 ±2％(D級)  
E 8/E 8M-08規(guī)定：測量非比例延伸強(qiáng)度Rp、規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt和屈服點延伸率Ae，引伸計標(biāo)距應(yīng)小于等于試樣的標(biāo)距，如果選用不帶肩的試樣，引伸計標(biāo)距應(yīng)小于試樣夾持在試驗機(jī)上時夾頭間距離的80％。測定斷后伸長率A或斷裂總伸長率At時，引伸計標(biāo)距應(yīng)等于試樣的標(biāo)距。E 8/E 8M-08規(guī)定對于大多數(shù)金屬材料測量屈服行為時，推薦的標(biāo)定應(yīng)變范圍為0.2～2.0％。
除了下面所列內(nèi)容，A 370-07對引伸計精度的規(guī)定與E 8/E 8M-08基本一致。測定規(guī)定Rp時，當(dāng)非比例延伸大于等于0.2％時，應(yīng)選用精度不低于±0.5％的引伸計（B2級及以上）在0.05～1.0％的應(yīng)變范圍進(jìn)行標(biāo)定；當(dāng)非比例延伸小于0.2％時，應(yīng)選用精度不低于±0.25％的引伸計（B1級及以上）在0.05～1.0％的應(yīng)變范圍進(jìn)行標(biāo)定或者選用精度不低于±0.5％的引伸計（B2級及以上）并且降低標(biāo)定應(yīng)變范圍下限（例如降低至0.01％）。測定規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt時，應(yīng)選用精度不低于±0.25％的引伸計（B1級及以上）。
ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：測量屈服行為時，引伸計標(biāo)距應(yīng)不小于試樣的標(biāo)距的1/2，測定斷后伸長率A或斷裂總伸長率At時，引伸計標(biāo)距應(yīng)等于試樣的標(biāo)距。
表1是 E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對引伸計的規(guī)定，由表1可見：對于引伸計的要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求普遍較ISO系標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，并且給出了進(jìn)行相應(yīng)測量時引伸計的標(biāo)定范圍。ISO系標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)給出測量屈服行為時引伸計標(biāo)距的下限有助于減少測試時的爭議。
2.2 試樣尺寸測量裝置
表1. E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試樣尺寸測量裝置的分辨力規(guī)定
E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO標(biāo)準(zhǔn)
范圍(mm) 分辨力(mm) 范圍(mm) 分辨力(mm) 范圍(mm) 分辨力(mm)
＜0.5 0.002 板材試樣寬度 0.13 0.1～0.5 0.001
0.5～2.5 0.002 板材試樣寬度 0.025 0.5～2.0 0.005
2.5～5 0.01 矩形試樣厚度  2.0～10 0.01
≥5 0.02 圓柱形試樣直徑  ≥10 0.05
表1是E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試樣尺寸測量裝置的分辨力規(guī)定。由表1可見，ASTM標(biāo)準(zhǔn)和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試樣尺寸測量裝置的分辨力要求相近；對于板材試樣寬度，A 370-07的要求比E 8/E 8M-08低（0.13vs0.02mm）。 除表1的規(guī)定外，對于zui小尺寸小于0.5mm的試樣E 8/E 8M-08規(guī)定：如果可能分辨力不大于試樣的zui小尺寸的1％。
對于非對稱全截面試樣，使用稱重法時，E 8/E 8M-08規(guī)定試樣長度大于橫截面上zui大尺寸的20倍，試樣質(zhì)量測量精度應(yīng)不小于0.5％。
3. 試樣
3.1 試樣尺寸
 
 
圖1. 矩形拉伸試樣
 
圖2. 圓柱形拉伸試樣
 

 
圖1和圖2分別是矩形拉伸試樣和圓柱形拉伸試樣的示意圖，圖上標(biāo)注的G就是下文中的L0。除了E 8/E 8M-08中的變體薄板試樣的厚度T是機(jī)加工至10±0.5mm的，在三個國家的拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)中，矩形試樣應(yīng)為全厚度試樣。
雖然均源自ISO 6892：1998， IS Z 2241-1998與GB/T228-2002在試樣方面的規(guī)定存在較大的差異。由于同一種材料測定的斷后伸長率A值與與 的比值有關(guān)，所以K值相同的試樣稱為比例試樣。GB/T228-2002一般使用K＝5.65的短比例試樣或者K＝11.3的長比例試樣；而JIS Z 2241-1998和E 8/E 8M-08類似，主要使用非比例試樣（定標(biāo)距試樣）。標(biāo)距同樣是50mm，JIS的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對圓柱形的4號試樣和矩形的5號試樣規(guī)定了不同的延伸率要求；而ASTM的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對于薄板試樣和圓柱形試樣的延伸率要求一致。準(zhǔn)確的說，JIS Z 2241-1998應(yīng)該是ISO 6892：1998和E 8/E 8M-08的綜合，因為它對試驗機(jī)、試驗程序和試驗結(jié)果處理與修約等方面的規(guī)定源自ISO 6892：1998，而對試樣方面的要求類似E8/E8M-08。
GB/T228-2002規(guī)定：對于矩形試樣，應(yīng)優(yōu)先選用K＝5.65的短比例試樣，如果L0小于15mm，則選應(yīng)選用K＝11.3的長比例試樣或標(biāo)距為50mm或80mm的定標(biāo)距試樣。對于薄板矩形試樣，R≥20mm，試樣寬度W為10、12.5、15或20mm；對于板材矩形試樣，R≥12mm，試樣寬度W為12.5、15、20、25或30mm。對于圓柱形試樣，應(yīng)優(yōu)先選用L0＝5D的短比例試樣，如果L0小于15mm，則選應(yīng)選用L0＝10D的長比例試樣或定標(biāo)距試樣。R≥0.75D，D為3、5、6、8、10、15、20或25mm。
表3. E 8/E 8M、A370-07和JIS Z 2241-1998的矩形和圓柱形拉伸試樣尺寸與適用產(chǎn)品厚度
標(biāo)準(zhǔn)名稱 試樣形式 L0(mm) W/D(mm) Rmin(mm) 平行部分寬度差 (mm) 適用產(chǎn)品厚度T (mm)
E 8/E 8M-08 矩形試樣 板材試樣 200±0.2 40±2.0 25 0.10 T≥5
  薄板試樣 50±0.1 12.5±0.2 12.5 0.05 0.13≤T≤19
  小尺寸薄板試樣 25±0.1 6±0.1 6 0.025 0.13≤T≤6
 圓柱形試樣 標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣 50±0.1 12.5±0.2 10 0.0125 T≥12.5
  小尺寸圓柱形試樣 36±0.1 9±0.1 8 0.009 
   25±0.1 6±0.1 6 0.006 
   16±0.1 4±0.1 4 0.004 
   11±0.1 2.5±0.1 2 0.0025 
A 370-07 矩形試樣 板材試樣 200±0.25 40+3 -6 13 0.10 T≥5
  薄板試樣 50±0.10 12.5±0.25 13 0.05 0.13≤T≤19
  小尺寸薄板試樣 25±0.08 6.25±0.05 6 0.025 0.13≤T≤6
 圓柱形試樣 標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣 50.0±0.10 12.5±0.25 10 0.0125 無相應(yīng)規(guī)定
  小尺寸圓柱形試樣 35.0±0.10 8.75±0.18 6 0.009 
   25.0±0.10 6.25±0.12 5 0.006 
   16.0±0.10 4.00±0.08 4 0.004 
   10.0±0.10 2.50±0.05 2 0.0025 
JIS Z 2241-1998 5號試樣(矩形) 50 25   T≤5
 1A號試樣(矩形) 200 40   5＜T≤50
 4號試樣(圓柱形) 50 14   T＞40
表3. E 8/E 8M、A370-07和JIS Z 2241-1998的矩形和圓柱形拉伸試樣尺寸與適用產(chǎn)品厚度，JIS Z 2241-1998主要使用的三種試樣的尺寸以及對于多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品適用的產(chǎn)品厚度范圍見表3。對于某些高強(qiáng)度材料（例如JIS G3106中的SM570），無論厚度T為何值，均可選用5號試樣；厚度T＞20mm時，可以選用4號試樣。
E 8/E 8M-08和A370-07主要使用3種矩形試樣和5種圓柱形試樣，試樣的尺寸以及適用的產(chǎn)品厚度范圍見表3，圓柱形試樣的標(biāo)距只列出L0=4D的英制版本。對于矩形試樣的尺寸規(guī)定，公制單位版本和英制單位版本是一致的；但是對于圓柱形試樣，公制版本的L0=5D而英制版本的L0=4D。但是即使按照公制單位版本選擇圓柱形試樣進(jìn)行測試，也只能使用英制版本的L0=4D試樣，因為所有的ASTM產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，無論是公制單位版本還是英制單位版本對圓柱形試樣延伸率的要求是針對L0=4D試樣。小尺寸薄板試樣和小尺寸圓柱形試樣是非標(biāo)準(zhǔn)試樣，只是在受樣品尺寸限制無法制備標(biāo)準(zhǔn)試樣時才能使用。厚度T≥19mm，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)允許，還可用選用變體薄板試樣。E 8/E 8 M-08和A370-07沒有規(guī)定板材試樣適用產(chǎn)品厚度的上限，對于軋制鋼產(chǎn)品，ASTM A 6/A 6M-07規(guī)定型鋼為125mm鋼板為100mm并且產(chǎn)品厚度小于等于20mm應(yīng)加工全厚度試樣。
對于全截面試樣，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有另行規(guī)定，A370-07規(guī)定標(biāo)距長度為200mm。
由表3可見，ASTM不同的標(biāo)準(zhǔn)中，相同拉伸試樣的尺寸和公差范圍不盡相同，拉伸試驗時不僅要滿足E 8/E 8M-08這個通用標(biāo)準(zhǔn)的要求，更不能違背專門的材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。同一項目不同標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定不盡相同以及同一測試的各項規(guī)定分別出自不同的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM標(biāo)準(zhǔn)的特點，產(chǎn)品測試時應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。
3.2 試樣取樣位置及方向
E 8/E 8M-08關(guān)于取樣位置的規(guī)定如下：產(chǎn)品厚度T≤40mm，試樣中心線位于產(chǎn)品厚度方向的中心；產(chǎn)品厚度T＞40mm，試樣中心線位于產(chǎn)品厚度方向的1/4處。關(guān)于試樣的方向，E 8/E8 M-08并沒有相應(yīng)的規(guī)定，只有A 370-07規(guī)定了鋼產(chǎn)品試樣方向的定義：試樣長軸方向和產(chǎn)品軋制或鍛造時的zui大變形方向平行的稱為縱向試樣，試樣長軸方向和產(chǎn)品軋制或鍛造時的zui大變形方向垂直的稱為橫向試樣。拉伸試樣在產(chǎn)品上的位置，E 8/E 8M-08也沒有相應(yīng)的規(guī)定，A 6/A 6M-07給出了針對軋制鋼產(chǎn)品的規(guī)定：寬度大于600mm的鋼板，取橫向拉伸試樣；對于其它軋制鋼產(chǎn)品，取縱向拉伸試樣。對于鋼板產(chǎn)品，拉伸試樣應(yīng)位于鋼板的一個角上。對于型鋼，翼板寬度大于150mm的H型鋼，試樣中心線應(yīng)位于翼板端部或腿部邊緣到型材中心線距離的1/3處；對于其它型鋼，拉伸試樣可以在翼板/腿部以及腹板切取。
ISO系標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于試樣方向的定義與ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相同。
GB/T228-2002沒有取樣位置的規(guī)定，GB/T2975-1998《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試樣取樣位置及試樣制備》規(guī)定鋼產(chǎn)品拉伸試樣取樣位置。對于型鋼，應(yīng)在腿長的1/3處取樣，但是對于腿部有斜度的型鋼，應(yīng)在腰部的1/4處取樣。型鋼中切取拉伸試樣時，應(yīng)盡可能取全厚度試樣。如果試驗機(jī)能力不夠時，則在厚度1/4處或者距底部12.5mm處取樣，取兩者數(shù)字較大者。對于條鋼，應(yīng)盡可能取全截面試樣。如果試驗機(jī)能力不夠，厚度不大于25mm的條鋼，拉伸試樣應(yīng)位于條鋼中心；厚度大于25mm的條鋼，拉伸試樣應(yīng)位于條鋼厚度的1/4處或者距底部12.5mm處，取兩者數(shù)字較大者。對于鋼板，應(yīng)在寬度的1/4處取樣，盡可能取全截面試樣。如果試驗機(jī)能力不夠時，則在厚度1/4處或者距底部12.5mm處取樣，取兩者數(shù)字較大者。
JIS標(biāo)準(zhǔn)中，強(qiáng)調(diào)盡可能取全厚度試樣。對于型鋼，應(yīng)在腿長的1/3處取樣，但是對于腿部有斜度的型鋼，應(yīng)在腰部的1/4處取樣。對于大多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品而言，由于厚度不大于40mm的產(chǎn)品只能選用5號和1A號全厚度試樣，4號試樣只適用于厚度大于40mm的產(chǎn)品，所以規(guī)定拉伸試樣應(yīng)在厚度1/4處切取。
4. 試驗程序
 
4.1 室溫拉伸試驗的溫度范圍
E 8/E 8M-08對于室溫的定義：除非另有規(guī)定，室溫范圍10～38℃。A 370-07沒有另行規(guī)定室溫的定義，所以應(yīng)沿用E 8/E 8M-08的規(guī)定。
4.2 試驗速率
E 8/E 8M-08規(guī)定5種表示試驗速率的方法：1. 試樣的應(yīng)變速率，單位mm/mm/S；2. 試樣的應(yīng)力速率，單位MPa/S；3. 拉伸試驗時試驗機(jī)夾頭分離速率，對于帶肩試樣單位為試樣平行部分長度的m/m/S，對于不帶肩試樣單位為試驗機(jī)夾頭間距離的m/m/S；4. 完成部分或者全部拉伸試驗所需時間，單位S或min；5. 試驗機(jī)空載時夾頭分離速率，對于帶肩試樣單位為試樣平行部分長度的m/m/S，對于不帶肩試樣單位為試驗機(jī)夾頭間距離的m/m/S。
A 370-07規(guī)定了4種表示試驗速率的方法，沒有E 8/E 8M-08規(guī)定的第4種方法。對于應(yīng)力速率法，A 370-07規(guī)定不適用于閉環(huán)控制的試驗機(jī)（速率反饋控制）。因為在這類試驗機(jī)選用應(yīng)力速率法控制拉伸速率，在試樣屈服階段試驗機(jī)夾頭運(yùn)動速率加大導(dǎo)致測得的屈服指標(biāo)偏高。
表4. E 8/E 8M-08、A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試驗速率的規(guī)定
試驗階段 E 8/E 8M-08 A 370-07 ISO系標(biāo)準(zhǔn)
強(qiáng)度大于規(guī)定的屈服強(qiáng)度的1/2前 或規(guī)定抗拉強(qiáng)度的1/4（取兩值間較小者）前除非另有規(guī)定，可以選用任何合適的速率 除非另有規(guī)定，可以選用任何合適的速率 沒有相應(yīng)的規(guī)定
測定屈服性能指標(biāo) 如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定，1.15～11.5MPa/S 0.000104～0.00104S-1 0.00025～0.0025S-1
  70～690MPa/min E＜150GPa，2～20MPa/SE≥150GPa，6～60MPa/S
測定Rm 延伸率大于5%的材料，試驗機(jī)速率0.0008～0.008S-1或者應(yīng)變速率0.0008～0.008S-1 0.0008～0.008S-1 ≤0.008S-1
表4是E 8/E 8M-08、 A 370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試驗速率的規(guī)定，由表3可以看出，測定屈服性能指標(biāo)時，無論是應(yīng)力速率還是應(yīng)變速率/夾頭位移速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要比ISO系標(biāo)準(zhǔn)的低；測定Rm時，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的和ISO系標(biāo)準(zhǔn)的速率上限一致。對于不同的材料，試驗速率對性能測定的影響不同。試驗速度增加，強(qiáng)度性能指標(biāo)升高，延性性能指標(biāo)降低；反之，強(qiáng)度性能指標(biāo)降低，延性性能指標(biāo)升高。測定屈服性能指標(biāo)時，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗速率是ISO系標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍，試驗速率的差別是否足以影響被測產(chǎn)品強(qiáng)度性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。
4.3 屈服指標(biāo)
E 8/E 8M-08規(guī)定4種測量屈服指標(biāo)的方法：1. 規(guī)定非比例延伸法，2. 規(guī)定總延伸法，3. 自動記錄做圖法（針對有屈服現(xiàn)象的材料），可以獲得上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL；4. 載荷停頓法（針對有屈服現(xiàn)象的材料），只能獲得上屈服強(qiáng)度ReH。對屈服強(qiáng)度存在爭議時，推薦規(guī)定非比例延伸法作為仲裁試驗方法。
A 370-07將屈服指標(biāo)分為屈服點強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。屈服點強(qiáng)度是指應(yīng)力不增加而應(yīng)變增加現(xiàn)象發(fā)生時的第1個應(yīng)力值，并且這個值應(yīng)小于抗拉強(qiáng)度；對應(yīng)ISO系標(biāo)準(zhǔn)中的上屈服強(qiáng)度ReH。屈服點強(qiáng)度可以使用E 8/E 8M-08規(guī)定的2、3和4方法獲得。按照方法2測定屈服現(xiàn)象不明顯的材料時，使用精度不低于±1％的引伸計（C級及以上），當(dāng)載荷產(chǎn)生的標(biāo)距部分延伸達(dá)到規(guī)定值時記錄與載荷相對應(yīng)的應(yīng)力值作為屈服點強(qiáng)度；對于規(guī)定屈服點強(qiáng)度不大于550MPa的材料，合適的規(guī)定總延伸為0.5％，對于屈服點強(qiáng)度大于550MPa的材料，除非增加規(guī)定總延伸否則不能使用這個方法。屈服強(qiáng)度是指材料偏離應(yīng)力應(yīng)變比例關(guān)系達(dá)到規(guī)定值時的應(yīng)力值，這種偏離可以用應(yīng)變、非比例延伸或總延伸來表示。屈服強(qiáng)度可以使用E 8/E 8M-08規(guī)定的1和2方法獲得。對于軋制鋼產(chǎn)品，ASTM A 6/A 6M-07規(guī)定如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有特別規(guī)定，屈服指標(biāo)應(yīng)為非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2或規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt0.5。
ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：材料有屈服現(xiàn)象時報告屈服強(qiáng)度，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有特別說明，屈服強(qiáng)度一般認(rèn)為是下屈服強(qiáng)度ReL。關(guān)于上屈服強(qiáng)度REh、下屈服強(qiáng)度ReL、非比例延伸強(qiáng)度Rp和規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt的定義，ISO系和ASTM標(biāo)準(zhǔn)一致。
5. 試驗結(jié)果處理與修約
表5. E8/E8M-08、A370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試驗結(jié)果修約的規(guī)定
項目 E8/E8M-08 A370-07 ISO系標(biāo)準(zhǔn)
強(qiáng)度指標(biāo)(MPa)  范圍 修約間隔 范圍 修約間隔 范圍 修約間隔
 方法1 ＜500 1 ＜500 1 ＜200 1
  500～1000 5 500～1000 5 200～1000 5
  ≥1000 10 ≥1000 10 ≥1000 10
 方法2 所有值 1    
 方法3 所有值 5    
延性指標(biāo)(％) 延伸率 ≤3 0.2 ＜10 0.5 所有值 0.5
  ＞3 無規(guī)定 ≥10 1  
 斷面收縮率 ＜10 0.5 ＜10 0.5 所有值 0.5
  ≥10 1 ≥10 1  
表5是E8/E8M-08、A370-07和ISO系標(biāo)準(zhǔn)對試驗結(jié)果修約的規(guī)定，由表3可以看出，對于強(qiáng)度指標(biāo)，除200～500MPa范圍以外，E8/E8M-08和A370-07與ISO系標(biāo)準(zhǔn)的修約間隔規(guī)定并無二致。200～500MPa范圍內(nèi)，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的修約間隔較小。對于塑性指標(biāo)，不大于10％時，E8/E8M-08和A370-07與ISO系標(biāo)準(zhǔn)一致；大于10％時，ISO系標(biāo)準(zhǔn)的修約間隔較小。關(guān)于修約規(guī)則，ASTM E 29、GB8170-1987《數(shù)值修約規(guī)則》和JIS Z 8401-1999并沒有區(qū)別。只是 ASTM A 370-07有一項特別規(guī)定：“5”后面除了“0”以外沒有其它數(shù)時，如果按照E 29的修約規(guī)則進(jìn)行修約將導(dǎo)致產(chǎn)品的拒收時，修約應(yīng)向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值的方向進(jìn)行。
斷后標(biāo)距的測量，E8/E8M-08和A370-07的規(guī)定基本一致：標(biāo)距長度不大于50mm的，測量精度不大于0.25mm；標(biāo)距長度大于50mm的，測量精度不大于0.5％。但是E8/E8M-08的上述規(guī)定只對延伸率大于3％時適用而A370-07沒有限制。對于延伸率不大于3％的試樣，E8/E8M-08規(guī)定標(biāo)距長度和斷后標(biāo)距的測量精度不大于0.05mm。ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用分辨率優(yōu)于0.1mm的量具，測量精度不大于0.25mm；如規(guī)定的zui小斷后伸長率小于5%，用特殊方法進(jìn)行測定（詳見GB/T228-2002附錄E）。
關(guān)于延伸率，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)試樣拉斷處到標(biāo)距端點的距離小于1/4標(biāo)距長度時，得到的延伸率較低并且不能代表材料的真實性能，如果得到的延伸率滿足材料的延伸率要求，結(jié)果有效；如果不能滿足，重新取樣試驗。ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定延伸率只能直接測量，誒有引入移位法。ISO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)試樣拉斷處到標(biāo)距端點的距離小于1/3標(biāo)距長度時，可以使用移位法測量，但是如果直接測量的結(jié)果滿足材料的延伸率要求，結(jié)果有效。
斷面收縮率的測量，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在頸縮zui小處以原尺寸相同的精度測量其直徑或?qū)挾群秃穸龋鳬SO系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定斷裂后zui小橫截面積的測定應(yīng)到±2%。
關(guān)于斷面收縮率，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)與ISO系標(biāo)準(zhǔn)采用不同的斷后zui小橫截面積Su計算公式。對于圓柱形試樣，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的 ，d1和d2為試樣頸縮zui小處的zui大直徑和zui小直徑；ISO系標(biāo)準(zhǔn)的 ，d1和d2為試樣頸縮zui小處相互垂直的方向上的直徑。由上述兩個公式可以看出，當(dāng)d1＝d2時，根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)和ISO系標(biāo)準(zhǔn)得到的Su一致；當(dāng)d1≠d2時， 根據(jù)ISO系標(biāo)準(zhǔn)得到的Su比實際面積要大，并且隨d1與d2差的增加而增加。由于各向異性，圓柱形試樣頸縮zui小處很少保持圓形，多半是橢圓形，所以ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的Su計算公式更準(zhǔn)確。對于矩形試樣，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的 ，ae為頸縮處有效厚度， ，a1和a3是頸縮zui小處兩側(cè)厚度，a2是頸縮zui小處寬度1/2位置的厚度；be為頸縮處有效寬度， ，b1和b3是頸縮zui小處兩側(cè)寬度，b2是頸縮zui小處厚度1/2位置的寬度。ISO系標(biāo)準(zhǔn)的 ，au為頸縮處zui小厚度，bu為頸縮處zui大寬度。拉伸試驗時，由于矩形試樣角部變形受限，頸縮zui小處的四條邊不再是直線而呈拋物線形，所以根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)得到的結(jié)果比ISO系標(biāo)準(zhǔn)的更準(zhǔn)確。但是，除非使用光學(xué)測量裝置，對于a1、a2和a3以及b1、b2和b3的測量能否滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求值得思考。
6. 總結(jié)
以上是中國、日本和美國拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)的比較，并對標(biāo)準(zhǔn)中的一些規(guī)定進(jìn)行討論。從上面的比較可知，由于均源自ISO6982-1998，JIS Z2241-1998和GB/T228-2002對拉伸試驗機(jī)及其附件、拉伸試驗程序和拉伸試驗結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定基本一致，只是JIS 標(biāo)準(zhǔn)使用的拉伸試樣與GB標(biāo)準(zhǔn)不同，為非比例試樣。對于多數(shù)鋼鐵產(chǎn)品，5mm＜厚度T≤40mm 時，J IS 標(biāo)準(zhǔn)要求使用1A號試樣，因此要求較大的樣品尺寸和試驗機(jī)能力。
與ISO系標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM標(biāo)準(zhǔn)在拉伸試驗機(jī)及其附件、拉伸試驗程序、拉伸試樣和拉伸試驗結(jié)果處理與修約方面的規(guī)定存在較大差異。對引伸計的精度要求，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較ISO系標(biāo)準(zhǔn)高。屈服階段試驗速率，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較ISO系標(biāo)準(zhǔn)低，試驗速率降低導(dǎo)致的強(qiáng)度性能指標(biāo)降低是否足以影響被測產(chǎn)品屈服性能指標(biāo)合格與否值得關(guān)注。關(guān)于拉伸試樣，ASTM標(biāo)準(zhǔn)使用非比例試樣，并且不同的標(biāo)準(zhǔn)中對取樣位置、試樣選擇的規(guī)定不盡相同，產(chǎn)品測試時應(yīng)注意不同參考標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。在拉伸試驗結(jié)果處理與修約方面，ASTM標(biāo)準(zhǔn)采用的斷面收縮率計算公式與ISO系標(biāo)準(zhǔn)不同；對強(qiáng)度性能指標(biāo)和延性性能指標(biāo)的修約間隔也不盡相同。所以，按照ASTM標(biāo)進(jìn)行拉伸試驗，不但需要熟悉標(biāo)準(zhǔn)的檢測人員，還需要符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的試驗機(jī)以及相應(yīng)設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
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