1、 第一节 拉伸试验 拉伸试验是在单向应力状态下,温度恒定、以及静载作用下进行的. 拉伸试验是材料力学性能测试中最常用的试验方法之一, 拉伸试验简单易行, 试样制备简单, 测量数据精确,能够 清楚地反映出材料受力后所发生的弹性、 塑性与断裂三个变形阶段的基本特性,通过拉伸试验可以得到材料的基本力学性能指标,如弹性模量E 、泊松比、规定塑性延伸强度 RP、屈服强度、包括上屈服强度 ReH 和下屈服强度 ReL、抗拉强度 Rm 、断后伸长率 A 、断面收缩率 Z 、应变硬化指数(n值)和塑性应变比(r值)等。 拉伸试验所得到的上述强度指标和塑性指标,对于工程设计及合理选材,优选工艺、研制新材料、合理
2、使用 现有材料和改善其 力学性能、采购、验收,质量控制、安全评估都有着很重要 的应用价值和参考价值, 因此，很多产品都要测定材料的拉伸性能，并 直接以拉伸试验的结果为依据来判定合格与否。 另外，拉伸试验可以揭示材料的基本力 学行为规律，也是研究材料力学性能的基本试验方法。 因此,各个国家和国际标准 化组织都制定了完善的拉伸试验标准,将拉伸试验列为力学试 验中最基本、最重要的试验项目。 我国 2009 年颁布了国家标准 GB/T228.1-2009金属材料 拉伸试验第1 部分：室温试验方法,该标准等效采用 Metallic materials-Tensile testing-Method of
3、test at ambient temperature (ISO/FDIS6892-1:2008,MOD ) 国际标准 ,与拉伸试验有关的标准还有: GB/T22315-2008 金属材料 弹性模量试验方法 GB/T4338-2006 金属材料 高温拉伸试验方法 GB/T13239-2006 金属材料 低温拉伸试验方法 GB/T5027-2007 金属薄板和薄带塑性应变比(r值)试验方法 GB/T5028-2009 金属薄板和薄带拉伸应变硬化指数(n值)试验方法 GB/T8170-2008 数字修约规则 GB/T16865-1997 变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样 GB/T10573
4、-1989 有色金属细丝拉伸试验方法 GB/T228.4-2009 金属材料 拉伸试验第 4部分：液氦试验方法 3.1.1 拉伸试验的范围、术语及定义 GB/T228.1-2009金属材料 拉伸试验 室温试验方法适用于金属材料室温拉伸性能的测定。但对于小横截面尺寸的金属产品，例如金属箔、超细丝和毛细管等的拉伸试 验需要相关方的协议。 GB/T228.1-2009金属材料 拉伸试验第 1 部分：室温试验方法采用下列术语及定义： 1) 标距 L 测量伸长用的试样圆柱 或棱柱部分的长度。 2) 原始标距 L0室温下施力前的试样标距。 3) 断后标距 Lu在室温下将断后的两部分试样紧密 地对接在一起，
5、保证两部分的轴线位于同一条直线上，测量试样断裂后的标距。 4) 平行长度 Lc试样平行缩减部分的长度。 注：平行长度的概念被未加工试 样夹持部分之间的距离取代。 5) 伸长 试验期间任一时刻原始标距的增量。 6) 伸长率 原始标距的伸长与原始标距 Lo之比的百分率。 7) 残余伸长率 卸除指定的应力后，伸 长相对于原始标距 Lo的百分率。 8) 断后伸长率 A 断后标距的残余伸长（ Lu-L0）与原始标距 (L0)之比的百分率。 注：对于比例试样，若原始标距不为 5.65)10S( 为平行长度的原始横截面积 )，符号 A应附以下脚注说明所使 用的比例系数，例如， A0S11.3表示原始标距为
6、11.30S的断后伸长率。对于 非比例试样，符号 A应附以下脚注说明所使用的原始标距，以毫米（mm）表示，例如， 表示原始标距为 80mm的断后伸长率。 mmA801）004565.5SS = 9) 引伸计标距 Le用引伸计测量试样延伸时所使用试样引伸计起始标距长度。 注：对于测定屈服强度和规定强度性能，建议 Le应尽可能跨越试样平行长度。理想的 Le应大于 L0/2 但小于约 0.9Lc。这将保证引伸计能检测到发生在试样上的全部屈服。最大力时或在最大力之后的性能，推荐Le等于L0或近似等于 L0，但测定断后伸长率时 Le应等于 L0。 10) 延伸 试验期间任一给定时刻引伸计标距 Le的增量
7、。 11) 延伸率 用引伸计标距 Le表示的延伸百分率 12) 残余延伸率 试样施加并卸除应力后引伸计标距的增量与引伸计标距 Le之比的百分率。 13) 屈服点延伸率 Ae呈现明显屈服（不连续屈服）现象 的金属材料，屈服开始至均匀加工硬化开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距 Le之比的百分率。见图 3.7。 14) 最大力总延伸率 Agt最大力时原始标距的总延伸（弹性延 伸加塑性延伸）与引伸计标距 Le之比的百分率。见图 3.1。 15) 最大力塑性延伸率 Ag最大力时原始标距的塑性延伸与引伸计标距Le之比的百分率。见图3.1。 16) 断裂总延伸率 At断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延 伸加
8、塑性延伸）与引伸计标距 Le之比的百分率。见图 3.1。 17) 试验速率 a) 应变速率 eLe&用引伸计标距 测量时单位时间的应变增加值。 eLb) 平行长度应变速率的估计值 Lc根据横梁分离速率和试样平行长度 Lc计算的试样平行长度的应变单位时间内的增加值。 c) 横梁位移速率 c单位时间的横梁位移。 d) 应力速率 R&单位时间应力的增加。 注：应力速度只用于方法 B 试验的弹性阶段。 18) 断面收缩率 Z 断裂后试样横截面积的最大缩减量( So-Su)与原始横截面积 So之比的百分率: 100=ouoSSSZ 19) 最大力 Fm对于无明显屈服（不连续屈服）的金 属材料，为试验期间
9、的最大力。 对于不连续屈服的金属材料，在加工 硬化开始之后，试样所承受的最大力。 注：见图 3.8a)和 3.8b)。 20) 应力 R 试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积So之商。 注 1：此应力指的是工程应力。 注 2：在后续标准文本中，符号 “力 ”和 “应力 ”或 “延伸 ”， “延伸率 ”和 “应变 ”分别用于各种情况（如图中的坐标轴 标识所示，或用于解释不同力学性能的测定） 。然而，对于曲线上一已定 义点的总描述和定义， “力 ”和 “应力 ”或“延伸” ， “延伸率 ”和 “应变 ”相互之间是可以互换的。 21) 抗拉强度 Rm相应最大力 (Fm)的应力。 22) 屈服强度
10、 当金属材料呈现屈服现象时，在试 验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服 强度和下屈服强度。 a) 上屈服强度 ReH试样发生屈服而力首次下降 前的最大应力。见图 3.2。 b) 下屈服强度 ReL在屈服期间，不计初始瞬时 效应时的最小应力。见图 3.2。 c) 规定塑性延伸强度 Rp塑性延伸率等于规定的引伸计标距 Le百分率时对应的应力。 注：使用的符号应附下脚标说明 所规定的塑性延伸率，例如， Rp0.2，表示规定塑性延伸率为 0.2%时的应力。见图 3.3。 d) 规定总延伸强度 Rt总延伸率等于规定的引伸计标距 Le百分率时的应力。 注：使用的符号应附下脚标说明 所规定
11、的总延伸率，例如 Rt0.5，表示规定总延伸率为 0.5%时的应力。见图 3.4。 e) 规定残余延伸强度 Rr卸除应力后残余延伸率等于规定的原始标距 Lo或引伸计标距Le百分率时对应的应力。 注：使用的符号应附下脚标说明所 规定的残余延伸率。例如 Rr0.2，表示规定残余延伸率为 0.2%时的应力。见图 3.5。 23) 断裂 当试样发生完全分离时的现象。 R-应力 e-延伸率 e-平台范围 A：断后伸长率（从引伸计的信号测得或直接从试样上测得） Ag：最大力塑性延伸率 Agt：最大力总延伸率 At：断裂总延伸率 Rm：抗拉强度 mE ：应力- 延伸率曲线上弹性部分的斜率 图 3.1 延伸的
12、定义 拉伸试验所用的符号和说明见表 3.1 表 3.1 符号和说明 符号 单位 说 明 试 样 ao, Tamm 矩形横截面试样原始厚度或原始管壁厚度 bomm 矩形横截面试样平行长度的原始宽度或管的纵向剖条宽度或扁丝原始宽度 domm 圆形横截面试样平行长度的原始直径或圆丝原始直径或管的原始内径 Domm 管原始外直径 Lomm 原始标距 Lomm 测定Awn的原始标距 Lcmm 平行长度 Lemm 引伸计标距 Ltmm 试样总长度 dumm 圆形横截面试样断裂后缩颈处最小直径。 Lumm 断后标距 Lumm 测量Awn的断后标距 Somm2原始横截面积 Summ2断后最小横截面积 k -
13、比例系数 Z % 断面收缩率 伸 长 A % 断后伸长率 Awn% 无缩颈塑性伸长率 Ae% 屈服点延伸率 Ag% 最大力Fm塑性延伸率 Agt% 最大力Fm总延伸率 At% 断裂总延伸率 错找用源。m误！未到引Lmm 最大力总延伸 Lfmm 断裂总延伸 速 率 e& Le s-1应变速率 e&Lcs-1平行长度估 计的应变速率 vcmm-1横梁分离速率 sR&MPa 应力速率 s-1力 FmN 最大力 屈服 强度 - 规定 强度 抗拉强度 ReHMPa b上屈服强度 ReLMPa 下屈服强度 RmMPa抗拉强度 RpMPa 规定塑性延伸强度 RrMPa 规定残余延 伸强度 RtMPa规定总延
14、伸强度 E MPab 弹性模量 m MPa 应力- 延 伸率曲线在给定试验时刻的斜率 mEMPa 应力- 延伸率曲线弹性部分的斜率ca用于钢管产品标准的符号 b1MPa = 1 N/mm c如果使用最佳条件（高分辨力，平均引伸计，良好的试样对中），应力- 延伸率曲线的弹性部分的斜率值接近弹性模量值。 R 应力 e 延伸率 a 初始瞬时效应 ReH 上屈服强度 ReL 下屈服强度 图 3.2.不同类型曲线的上屈服强度下屈服强度 R 应力 e 延伸率 1 规定塑性延伸率 RP：规定塑性延伸强度 图 3.3 规定塑性延伸强度 R 应力 e 延伸率 1 规定总延伸率 Rt：规定总延伸强度 图 3.4
15、规定总延伸强度 R 应力 e 延伸率 1 规定残余延伸率 Rr：规定残余延伸强度 图 3.5 规定残余延伸强度 Y-应力 e-延伸率 1-规定塑性延伸率 RP：规定塑性延伸强度 图 3.6 规定塑性延伸强度 a)水平线法 b) 回归线法 R 应力 e 延伸率 a 经过均匀加工硬化前最后最小值点的水平线 b 经过均匀加工硬化前屈服范围的回归线 c 均匀加工硬化开始处曲线的最高斜率线 Ae：屈服点延伸率 ReH: 上屈服强度 图 3.7 屈服点延伸率 Ae的不同评估方法 c） 应力- 延伸率状态的特殊情况（见注 1） 图解： R 应力 e 延伸率 ReH：上屈服强度 Rm：抗拉强度 注 1：呈现图
16、 8 c）应力- 延伸率状态的材料，按照拉伸标准无确定的抗拉强度。双方可以另做协议。 图 3.8 从应力 -延伸率曲线测定抗拉强度 Rm的几种不同类型 e& 应变速率 t 拉伸试验时间进程 1 范围 1： %2000007.01=se&2 范围 2： %2000025.01=se&3 范围 3： %200025.01=se&4 范围 4： ( )%20min4.0%200067.011=se& 5 引伸计控制或横梁控制 6 横梁控制 a 推荐的 图 3.9 拉伸试验中测定 ReH、 ReL、 Rp、 Rt和 Rm时应选用的应变速率范围 图解： e 延伸率 R 应力 a非真实值，产生了突然的应变
17、速率增加 b 如果应变速率突然增加时的应力 -延伸率状态 图 3.10 在应力 -延伸率曲线上不可允许的不连续性示例 3.1.2 拉伸试验原理 试验系用拉力拉伸试样，一般拉伸 至断裂，测定拉伸试验方法中定义中的一项或几项拉伸力学性能。 拉伸试验一般在 l0 35范围内的室温下进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为 235 3.1.3 拉伸试样 所谓拉伸试样， 就是经机加工或未经机加工后具有合格尺寸并且满足拉伸试验要求状态的样品。由于大多数 力学性能试验都为破坏性试验，不能将每一批材料都作为试样进行试验来 评价该材料的质量，而只能抽取一批材料中的一部分进行试验，根据试验 的结果对这批材料的质量
18、做出某种判别，因此，试样的真正意义在于它能 代表所在的一批材料，这样，正确取样就成了准确评定材料 性能的重要环节。 3.1.3.1 一般要求 对于试样的选取与制备， GB T16865-1997变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样规定： 板、带、箔材 厚度小于或等于 12.5mm 时，选用矩形试样，厚度大于 12.5mm 时，选用圆形试样。 线、棒材 应优先选用圆形标准试样， 其次为全截面试样。 型材 壁厚大于 12.5mm 时，选用圆形试样；壁厚小于或等于 12.5mm 时，选用全壁厚矩形试样；若宽度不足时 ，可选取尽可能宽的圆形试样或矩形试样。若型材不能加工成圆形试样或矩形试样时，可选
19、用全壁厚矩形试样。 管材 管材外径小于或等于 25mm 时，采用全截面试样。 管材外径大于 25mm 时，可根据壁厚选用圆 形试样或矩形试样：壁厚小于或等于 12.5mm 时，采用全截面弧形试样；壁厚大于 12.5mm 时，采用圆形试样。 锻件 采用圆形试样。 3.1.3.2 切取样坯的部位 由于金属材料在冷热变形加工过程中 ,变形量不会处处均匀 ,材料内部的各种缺陷分布和金属组织也不均匀 ,因此 ,在产品的不同部位取样时 , 力学性能试验结果必然不同 .,如大直径铝棒的中心位置的性能就低于其他部位。 3.1.3.3 取样方向 金属在轧制或锻造后 , 金属沿主加工变形方向流动 ,晶粒被拉长并排
20、成行, 且夹杂也沿着主加工变形方向排列, 由此造成材料性能的各向异性.纵向试样和横向试样有较大差异, 如某些钛合金板材抗拉强度纵向试样略高于横向试样，断后伸长率低于横向试样 1%4%。规定非比例延伸强度 RP0.2则是横向试样高于纵向 试样，有的甚至高达 100MPa左右。 轧制扁平制品 镁合金、纯铝及热处理不可强化铝合 金，试样纵轴应平行于轧制方向；热处理可强化铝合金，试样纵轴应垂 直于轧制方向，但选用标准试样而样品太窄时，试样也可平行于轧制方向。 厚度小于或等于 40mm 时，试样应取自厚度的中心部位；厚度大于40mm 时，试样应取自其中心到表面的 1/2 处。 挤压及挤压后拉（轧）制品
21、所有试样应是纵向的，样坯应在挤压方向前端切取。除选用全截面试样外，应按下述方法切取： a）棒材直径（内切圆直径）小于或等于 40mm 时，试样纵轴应与棒材中心重合；大于 40mm 时，试样纵轴应处于中心至表面的 1/2 处。 b）型材取样位置的优先顺序为：在宽度 允许选用标准试样时，优先切取壁厚大的部分，后选壁厚小的部分； 否则，优先切取平面较宽的部分。如图纸有规定，应以图纸 规定的位置取样。 c）型材和管材选用圆形试样 时，壁厚小于或等于 40mm 则试样取自壁厚的中心处；壁厚大于 40mm 时则试样取自壁厚中心到制品表面的 1/2 处。 d） 矩形断面的实心制品， 厚度小于或等于 12.5
22、mm 时选用全厚度矩形试样；厚度大于 12.5mm 时，采用圆形试样。 铸造铝合金一般采用附铸抗拉试 样，即在铸造铝合金产品的一个熔炼炉次中，在全部浇铸持续时间之半 时浇铸拉伸试样，条件允许也可在产品上直接取样。 此外，国家标准 GB/T 2975- 1998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备对钢和钢产品力学性 能试验的取样位置包括取样方向也做了一般性的规定，试验时，可参照执行 .。 3.1.3.4 试样和样坯的制备 切取样坯和机械加工试样，均应防止冷加工或受热而影响材料的力学性能。通常以在切削机床上进行为 宜。样坯应留有足够的加工余量。机械加工时，切削深度及冷却剂应适当， 最后一道切削
23、深度不宜过大，以免影响力学性能。 从表面质量检查合格的板、带、 型材上切取的矩形样坯和管材上切取的弧形样坯，一般应保留其原始表 面，不应损伤。加工完的试样的毛刺应去除，尖锐棱边应倒圆，圆弧半径 不宜过大。由盘卷上切取的线和薄板带试样，允许矫直或矫平，但矫正不 得对试样的力学性能有显著影响。对不测定伸长率的试样，则可不经 允许矫正直接进行试验。 箔材试样的加工：可将样坯集装 成一叠，样坯两边垫入较硬的铝合金或其他材料薄片，必要时，可在每 片试样间垫入薄膜或其他薄片，在机床上用铣刀进行加工；也可用刀片切 取或用双刀剪切机逐个进行制备。 加工后，试样的尺寸和表面粗糙 度应符合规定的要求，表面不应有显
24、著的横向刀痕，磨痕或机械损伤、 明显的淬火变形或裂纹以及其他可见的冶金缺陷。 3.1.3.5 取样数量 某些力学性能指标对试验条件和 材料本身的特性十分敏感 , 因此一个试样的试验结果的可信度太低,但取样数量太多, 则造成人力、材料和时间的浪费 ,为了确定最小取样数量, 须根据试样类型 ,产品和材料性能的用途, 试验结果的分散性,以及经济因素对具 体问题进行具体分析,如铸造材料及粉末烧结材料试验结果就比较分散, 一般取三个或五个试样.取样数量一般在产品标准中都有规定。 3.1.3.6 拉伸试样形状与尺寸 拉伸试样的形状与尺寸取决于金属产 品的形状和尺寸。通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯，机加工
25、成试样 。但具有等横截面积的产品（型材、棒材、线材等）和铸造试样（铸铁和 有色金属附铸试样）可以不经机加工而进行试验。试样横截面可以为圆形 、方形、矩形、圆环形，在特殊情况下可以为某些其它形状。 GB/T228.1-2009金属材料 拉伸试验第 1 部分：室温试验方法标准中规定的试样主要类型见表 3.2。 表 3.2 试样的主要类型 产品类型 GB/T228.1-2009 相应的附录薄板 板材扁材 线材 棒材 型材 厚度 a 直径或边长 0.1 a 3 B 4 C a 3 4 D 管材 E （ 1）圆截面试样 圆截面试样的形状尺寸及试样编号见图 3.7 和表 3.3。在 L0大于等于15mm的
26、前提下，应优先采用 L0=5d的短比例试样；否则选用 L0=10d的长比例试样，如有需要，也 可采用定标距试样。 表 3.3 圆横截面比例试样 K=5.65 K=11.3 d0/mm r/mm L0/mm Le/mm 试样编号 L0/mm Le/mm 试样编号 25 20 15 10 8 6 5 3 0.75d05d0 L0+d0/2 仲裁试验： L0+2d0R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 10d0 L0+d0/2 仲裁试验： L0+2d0R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07 R08 (a) 试验前 (b) 试验后 d0：试样平行长度内的原始直径 L0：原始标
27、距 Lc：平行长度 Lt：试样总长度 Lu：断后标距 So：平行长度的原始横截面积 Su：断后最小横截面积 注：试样头部形状仅为示意性 图 3.11 圆形横截面机加工试样 （ 2）矩形试样 厚度大于 0.1mm的板（带）材料一般采用矩 形截面试样。其形状、尺寸及试样编号见图 3.12 和及表 3.4。应优先选用 K=5.65 的短比例试样，若短比例试样的 L0小于 15mm，则应选用 K=11.3 的长比例试样。薄带试样还可采用标距为 50mm或 80mm的定标距试样。 表 3.4 薄板带矩形横截面比例试样 K=5.65 K=11.3 Lc/mm Lc/mm b0/mm r/mm L0/mm
28、带头 不带头试样编号 L0/mm 带头 不带头 试样编号10 12.5 15 20 20 5.650S 15 L0+b0/2 仲裁试验： L0+2b0L0+3b0P1 P2 P3 P4 11.30S 15 L0+b0/2 仲裁试验： L0+2b0L0+3b0P01 P02 P03 P04 (a）试验前 （ b）试验后 a0：板状试样原始厚度 b0：板状试样平行长度内的原始直宽度 L0：原始标距 Lc：平行长度 Lt：试样总长度 Lu：断后标距 So：平行长度的原始横截面积 1 夹持头部 注：试样头部形状仅为示意性 图 3.12 机加工矩形横截面试样 （ 3）其他类型试样 对于管材可采用带塞头
29、的全截面试样见图 3.13， 或纵向弧形试样见图3.14。 (a）试验前 (b）试验后 a0：原始管壁厚度 D0：原始管外径 L0：原始标距 Lt：试样总长度 Lu：断后标距 So：平行长度的原始横截面积 Su：断后最小横截面积 1 夹持头部 图 3.13 管段试样 (a）试验前 (b）试验后 a0：原始管壁厚度 b0：管纵向剖条试样原始宽度 L0：原始标距 Lc：平行长度 Lt：试样总长度 Lu：断后标距 So：平行长度的原始横截面积 Su：断后最小横截面积 1 夹持头部 注：试样头部形状仅为示意性 图 3.14 管材纵向弧形试样 应优先选用 K=5.65 的短比例试样。管状试样配 塞头距离
30、标距应大于D0/4。对于塑性好的材料，如不配塞头 ，可将试样两端夹持头部压扁进行试验。 铸件一般采用圆截面试样， 线材一般采用标距为 100mm 或 200mm 的定标距试样。 3.1.4 试验设备 3.1.4.1 材料试验机 材料试验机是拉伸试验的主要设备。它 主要有加力机构、夹持机构、记录装置和测力机构四部分组成。配置相 应的附件可以对材料进行拉、压、弯、扭、剪切等力学试验 ,目前主要分为机械式、液压 式、电子万能以及电液式几类。机械式、液压式价格便宜 ,操作简单 ,但精度较低 , 而电子万能以及电液式试验机由于用计算机控制 ,因而自动化程度高 ,精度高， 无论试验机是哪一种类型，拉伸试验
31、所用的机器 应满足以下要求：达到试验机检定的 1 级或优于 1 级准确度；有加力调速装置；有数据记录或显示装置；由计量部门定期检定合格。图 3.15 为电子万能材料试验机，图 3.16 为电液式材料试验机。 图 3.15 电子万能材料试验机 图 3.16 电液式材料试验机 材料试验机主要技术指标有: 最大试验力、测力范围、力分辨力、力示值相对误差、试验速度范围、速度示 值相对误差、位移分辨力、位移示值相对误差等. 3.1.4.2 引伸计 在测定微小塑性变形下的力学性能指标时，试样的变形往往很小 ,要用到精度高、放大倍数大的长度测量仪 ，这种仪器称为引伸计。引伸计一般由三部分组成：变形部分 (与
32、试样表面接触，感受试样的微量变形 )，传递和放大部分 (将接受到的变形信号放大 )，指示部分 (记录或显示变形量 )。它的主要参数为放大倍数和测量范围 (量程) 。拉伸试验中常用 的引伸计有应变式、差动式和视频式。 引伸计的准确度级别应符合 GB/T 12160 的要求。测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点延伸率、规定塑性 延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度，以及规定残余延伸强度的验证试验，应使用不劣于 1 级准确度的引伸计；测定其他具有较大延伸 率的性能，例如抗拉强度、最大力总延伸率和最大力塑性延伸率、断裂总 延伸率，以及断后伸长率，应使用不劣于 2 级准确度的引伸计。 引伸计应定期进
33、行标定日常试验中要 经常检查引伸计，如发现异常应重新标定后再使用。 3.1.5 试验方法 3.1.5.1 原始横截面积（ S0）的测定 应根据测量的试样尺寸计算原始横截面积。原始横截面积的测定误差应不超过2% ，当误差的主要部分是由于试样厚度测量所引起时，宽度的测量误差应不超过 0.2%。 矩形试样横截面的宽度和厚度应在标距的两端及中间处测量。取用三处测得横截面积中最小值。矩形试样原始横截面积按下式计算： S0=ab（ 3.1） 对于圆形横截面产品，应在标距的两端及中间处两个相互垂直方向各测一次，取其算术平均值。用三个平 均直径中的最小值计算圆形试样原始横截面积。按下式计算： 420dS= （
34、 3.2） 测量准确度 原始横截面积的测量准确度取决于试 样的尺寸和类型。测量时建议按表 3.5 选用量具或测量装置，应根据测 量试样的原始尺寸计算原始横截面积，并至少保留 4 位有效数字。 表 3.5 量具或测量装置 单位为毫米 试样横截面特征尺寸 分辨力 不大于 0.10.5 0.5 2.0 2.0 10.0 10.0 0.001 0.005 0.01 0.05 3.1.5.2 原始标距（ L0）的测定及标记 为测量断后伸长率，在试验前使用两 个或一系列小标记、细划线或墨线对试样标记原始标距，但不应使用可能引起试样过早断裂的刻痕作标记。 对于塑性好的材料允许 用小刻痕作标记。 对于比例试样
35、，标距的计算 值与标记值之差小于 L0的 10%时，原始标距的计算值可以将其修约至最接近 5mm倍数。中间值向较大的一方修约，标距的长度应准确到取值数值的 1%。 如平行长度（ Lc）比原始标距长许多，例 如非机加工试样，可以标记一系列套叠的原始标距，一部 分可以延伸到夹头。 可在试样表面划一根平行于试样纵轴 的线，并在此线上作出原始标距，这样做的目地是当试样断裂后，可以 容易地将试样断裂部分紧密对接在一起，使其轴线处于同一直线上，更准 确的测定断后伸长率，这对于脆性材料及平行断口试样的测量尤为重要。 对于自动测定断后伸长率的试验机， 可以用引伸计两刀刃间距作为原始标距。 3.1.5.3 施加
36、试验力 应对试样无冲击地施加试验力，力的 作用应使试样连续产生变形。试验力轴线应与试样轴线一致，以使试样 标距内的弯曲或扭转减至最小。 3.1.5.4 试验速率 一、 应变速率控制的试验速率（方法 A） 方法 A 是为了减小测定应变速率敏感参 数（性能）时的试验速率变化和试验结果的测量不确定度。 本部分阐述了两种不同类型 的应变速率控制模式。 第一种应变速率Lee&是基于引伸计的反馈而得到。第二种 是根据平行长度估计的应变速率Lce& ，即通过控制平行长度与需要的应变速率相乘得到的横梁位移速率来实现。 如果材料显示出均匀变形能力，力值 能保持名义的恒定，应变速率Lee&和根据平行长度估计的应变
37、速率 eLc& 大致相等。 如果材料显示出不连续屈服或锯齿状屈服（如某些钢和 AlMg合金在 屈服阶段或如某些材料呈现出的Portevin-LeChatelier 锯齿屈服效应）或发生缩颈时，两种速率之间会存在不同。随着力值的增加，由于试验 机的柔度，实际的应变速率可能会明显低于应变速率的设定值。 试验速率应满足下列要求： a) 在直至测定ReH、 Rp或 Rt的范围，应按照规定的应变速率Lee& 。这一范围需要在试样上装夹引伸计，消除拉伸试验机柔度的影响，以准确控制应变速率。 （对于不能进行应变速率控制的试验 机，根据平行长度部分估计的应变速率Lce& 也可用。 ） b) 对于不连续屈服的材
38、料，应选用 根据平行长度部分估计的应变速率Lce& 。这种情况下是不可能用装夹在试样上的引伸计来控制应变速率的，因为局部的塑性变形可能发生在引伸计 标距以外。在平行长度范围利用恒定的横梁分离速率 vc根据式（ 3.3）计算得到的应变速率 具有足够的准确度。 eLCC&=Lc （ 3.3） 式中： CLe 是平行长度估计的应变速率； CL 是平行长度。 c) 在测定 Rp、 Rt或直到屈服结束，应该使用 eLe& 或Lce& 。为了避免由于缩颈发生在 引伸计标距以外控制出现问题，推荐使用Lce& 。 在测定相关材料性能时，应保持规定的应变速率（见图 3.9）。 在进行应变速率或控制模式转换时，
39、不应在应力-延伸率曲线上引入不连续性，而歪曲 Rm、 Ag或 Agt值（见图 3.10） 。这种不连续效应可以通过降低转换速率得以减轻。 应力-延伸率曲线在加工硬化阶段的 形状可能受应变速率的影响。采用的试验速率应通过文件来规定 见(四、试验条件的表示 ） 。 1测定上屈服强度或规定延伸强度 (Rp、 Rt 和 Rr)的应变速率 在测定ReH、 Rp、 Rt 和 Rr时，应变速率 eLe& 应尽可能保持恒定。在测定这些性能时，Lee& 宜选用下面两个范围之一（见图 3.9）： 范围 1： (0.00007 0.000014)s-1范围 2： (0.00025 0.00005)s-1(除非另有规
40、定，推荐选取该速率 ) 如果试验机不能直接进 行应变速率控制， 应该采用通过平行长度估计的应变速率Lce& 即恒定的横梁分离速率。该速率应用方法 A中的式（ 3.3）进行计算。 如考虑试验机系统的柔度，参见 GB/T228.1-2009 附录 F。 2测定下屈服强度 ReL和屈服点延伸率 Ae的应变速率 上屈服点之后，在测定下屈服强度和屈 服点延伸率时，应当保持下列两种范围 之一的平行长度估计的应变速率范围 e Lc& （见图 3.9） ，直到不连续屈服结束。 范围 2： (0.00025 0.00005)s-1（测定 ReL时推荐该速率） ； 范围 3： (0.002 0.0004) s-1
41、。 3测定抗拉强度Rm，断后伸长率A ，最大力下的总延伸率Agt，最大力下的塑性延伸率 Ag和断面收缩率 Z的应变速率 在屈服强度或塑性延伸强度测定后，根 据试样平行长度而计算得到横梁位移速率Lce& 在下述范围内选择，见图 3.9。转换成下述规定范围之一的应变速率： 范围 2： (0.00025 0.00005)s-1； 范围 3： (0.002 0.0004) s-1； 范围 4： (0.0067 0.00133)s-1（ 0.4 0.08） min-1(如果没有其它规定，推荐选取该速率 )。 如果拉伸试验仅仅是为 了测定抗拉强度， 根据图 3.9 中范围 3 或范围 4得到的平行长度估计
42、的应变 速率适用于整个试验。 二、应力速率控制的试验速率（方法 B） 试验速率取决于材料特性并应符合下 列要求。如果没有其他规定，在应力达到规定屈服强度的一半之前，可 以采用任意的试验速率。超过这点以后的试验速率应满足下述规定。 测定屈服强度和规定强度的试验速率 （ 1）上屈服强度， ReH在弹性范围和直至上屈服强度， 试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在表 3 规定的应力速率范围内。 注：弹性模量小于 150GPa 的典型材料包括锰、铝合金、铜和钛。弹性模量大于 150GPa 的典型材料包括铁、钢 、钨和镍基合金。 表 3.6 应力速率 应力速率/MPa s-1材料弹性模量 E/(GPa
43、) 最小 最大 150 2 20 150 6 60 （ 2）下屈服强度 如仅测定下屈服强度，在试样 平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/s 0.0025/s 之间。平行长度内的应变速率 应尽可能保持恒定。如不能直接调节这一应变速率，应通过 调节屈服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。 任何情况下，弹性范围内的 应力速率不得超过表 3.6 规定的最大速率。 （ 3）上屈服强度和下屈服强度 如在同一试验中测定上屈服 强度和下屈服强度， 测定下屈服强度的条件应符合 (2)的要求。 （ 4）规定塑性延伸强度 Rp、规定总延伸强度 Rt和规定残余延伸强度 Rr试验机
44、的横梁分离速率应在表 3.6 相应的应力速率范围内，并尽可能保持恒定。 在塑性范围和直至规定强度（规定塑性延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度）应变速率不应超过 0.0025s-1。 （ 5）横梁位移速率 如试验机无能力测量或控制应变速率，直至屈服完成的应变速率，应采用等效于表 3.6 规定的应力速率的试验 机横梁分离速率。 （ 6）抗拉强度Rm、断后伸长率A 、最大力总延伸率Agt、最大力塑性延伸率 Ag和断面收缩率 Z 测定屈服强度或塑性延伸强度后， 试验速率可以增加到不大于 0.008s-1的应变速率（或等效的横梁分离速率） 。 如果仅仅需要测定材料的抗拉强度， 在整个试验过程中可
45、以选取不超过 0.008s-1的单一试验速率。 三、试验方法和速率的选择 除非另有规定，只要能满足标准要 求，实验室可以自行选择方法 A、方法 B 的试验速率。 注：使用方法 A、方法 B 两种方法对于某些材料 的测量结果可能会有差异。 四、试验条件的表示 为了用缩略的形式报告试验 控制模式和试验速率， 可以使用下列缩写的表示形式： GB/T228Annn、 GB/T228Bn 这里“A ”定义为使用方法 A（应变速率控制） ，“ B”定义为使用方法 B（应力速率控制） 。三个字母的符号“nnn ”是指每个试验阶段所用速率，如图 3.9 中定义的，方法 B 中的符号“n ”是指在弹性阶段所选取
46、的应力速率。 示例 1： GB/T228A224 定义本试验为应变速率控制，不同阶段的试验速率范围分别为 2， 2 和 4。 示例 2： GB/T228B30 定义试验为应力速率控制， 试验的名义应力速率为 30MPa /s。 示例 3， GB/T228B 定义试验为应力速率控制， 试验的名义应力速率符合表 3.6。 3.1.5.5 断后伸长率（ A）的测定 断后伸长率定义：断后标距的残余伸长（ LuLo）与原始标距（ Lo）之比的百分率。 00100uLLAL= (3.4) 为了测定断后伸长率，应将试样断裂 部分紧密对接在一起，尽量使其轴线处于同一直线上。应使用分辨力优于 0.1mm的量具或
47、测量装置测量断后标距 Lu，准确至 0.25mm。 测定小于 5的断后伸长率时， 应使用引伸计。 也可采用 GB/T228.1-2009附录 G的方法。如断裂处与邻近的原始标距距离大于31L0，测量数据有效。如小于31L0，为避免报废试样，通过协议可 以使用下列的方法(移位法) 测定断后伸长率:1）试验前将原始标距（ L0）细分为 5mm或 10mm的N等份。 2）试验后，以符号 X 表示断裂试样短段 的标距标记，以符号 Y 表示断裂试样长段的分等标记，此标记与断 裂处的距离最接近于断裂处至标距标记 X的距离。 如在 X 与 Y 之间的分格数为 n，按如下测定断后伸长率： 1）如 N-n为偶数
48、（见图 3.17） ，测量 X和 Y之间的距离lXY以及测量从Y至距离为21（ N n）个分格的 Z标距之间的距离lYz。按式（3.5） 计算断后伸长率： 002LLlyzlxyA+= 100 (3.5) 2）如 N-n 为奇数（见图 3.17） ，测量 X 和 Y 之间的距离，和测量从 Y至距离分别为21（ N n1）和21（ N n1）个分格的 Z和 Z标记之间的距离。按式（3.6） 计算断后伸长率： 00“LLlyzlyzlxyA+= 100 (3.6) n X与 Y之间的间隔数 N 等分的份数 X 试样较短部分的标距标记 Y 试样较长部分的标距标记 图 3.17 移位法测定断后伸长率示意图 但断后伸长率大于或等于规定值， 不管断裂位置处于何处，测量均为有效。 经协商，可以在一固定标距上测定 断后伸长率，然后使用换算公式或换算表将其转换成其他标距的断 后伸长率（例如可以使用 GB/T17600.1 和GB/T17600.2 的换算方法） 。 当使用引伸计测量断后伸长和 断裂的总伸长时，引伸计标距（Le）应等于原始标距（ L0）。 如果数据采集系统能够自动测量伸长 ，无需作标距标记。在此情况中，所测量的伸长是总伸长，因而应扣除弹性 伸长部分，以便得到断后伸长率。 仅当试样标距或引伸计标距、试样形状 、试样原始横截面积相同，或当比例系数（
