1、东南大学交通学院 桥梁研究所 钱培舒 2013.3,金属材料的室温拉伸试验 GB/T 228.1-2010国家标准介绍 （简本）,单向静拉伸试验在试样两端缓慢地施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力，引起试样沿轴向伸长，直至拉断为止。单向静拉伸试验的种类：室温拉伸试验（ GB/T 228.1-2010)高温拉伸试验低温拉伸试验液氦温度拉伸试验,GB/T 228.1-2010与GB/T 228-2002主要区别: 增加了方法A应变速率控制方法； 修改了试验结果的数值修约方法； 将原始横截面积的最小值改为平均值； 符号变更； 增加了对于上、下屈服强度位置判定的基本原则； 增加了拉伸试验测量不确定度的
2、评定方法； 增加了资料性附录A计算机控制拉伸试验机使用时的建议； 增加了资料性附录F考虑试验机刚度后估算的横梁位移速率方法。,1、应力：每单位面积上承受的力。 2、工程应力：每单位原始横截面积上的力。表示为：3、工程应变：瞬间长度与原始长度之差与原始长度比值。L-伸长 L0-原始标距长度,一.拉伸试验力学参量,所谓拉伸力学性能实质为拉伸应力-应变曲线各变形阶段的特征点对应的特征应力和应变值。 1、弹性性能包括:比例极限；弹性极限；拉伸弹性模量；泊松比。金属材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，符合胡克定律，即 = E，其比例系数E称为弹性模量。 2、塑性性能 1）屈服强度： 包括：上屈
3、服强度；下屈服强度；规定非比例延伸强度；规定总延伸强度；规定残余延伸强度。,拉伸力学性能,拉伸试验时测量的量是伸长和力，由这两个变量构成的关系曲线（F-L曲线）称为拉伸图，即拉伸曲线。,力伸长曲线 FL曲线,应力应变曲线 Re曲线,拉伸曲线,比例变形阶段(oa)； 弹性变形阶段(ob)； 微塑性应变阶段(bc)； 屈服塑性变形阶段(cd)； 应变硬化阶段(de)； 局部缩颈变形断裂阶段(ef)。,拉伸曲线各变形阶段,二.拉伸试样,一）试样的形状和尺寸,试样的形状与尺寸取决于要金属产品的形状与尺寸。 需要加工制样：压制坯、铸锭、无恒定截面的产品 不需加工制样：有恒定横截面的型材、棒材、线材铸造试
4、样（铸铁和铸造非铁合金） 横截面的形状：圆形、矩形、多边形、环形，其他形状,经过机加工的试样,经过拉伸试验的试样,热轧钢筋的外形,热轧钢筋的取样要求,低碳钢热轧圆盘条的取样要求,冷轧带肋钢筋的取样要求,原料盘,不经机加工试样,比例试样：拉伸试样的原始标距与原始横截面积的平方根的比值k为常数，这样的拉伸试样称为比例试样。k=5.65的试样称为短比例试样，其断后伸长率为Ak=11.3的试样称为长比例试样，其断后伸长率为A11.3试验时，一般优先选用短比例试样，但要保证原始标距不小于15mm，否则，建议选用长比例试样或其他类型试样。 非比例试样：它的标距与试样截面不存在比例关系，称为非比例试样。,二
5、）按L0与S0的关系分类,圆形截面的比例试样L0与d0的关系,对圆形试样，S0 d2 /4当k5.65时：当k11.3时：,1.试样尺寸的测量,测量计算试样的原始横截面积。 圆形截面试样（新规定）：在标距两端及中间三处横截面上相互垂直两个方向测量直径，以各处两个方向测量的直径的算术平均值计算横截面积;取三处测得横截面积的平均值作为试样原始横截面积。,三. 拉伸试验前的准备,即：两端和中间三点六次测量直径，计算原始横截面积,附录B、D规定：如果试样的公差满足标准要求，原始横截面积可以用名义值，而不必通过实际测量再计算。 宜在试样平行长度中心区域以足够的点数测量试样的相关尺寸。 原始横截面积S0是
6、平均横截面积，应根据测量的尺寸计算。2002版规定为S0是最小横截面积。计算原始横截面积时，需要至少保留四位有效数字或小数点后两位，取其较精确者，至少取4位有效数字。,3. 测量部位和方法,1）称重法测定试样原始横截面积,试样应平直，两端面垂直于试样轴线。测量试样长度Lt，准确到0.5%； 称试样质量m，准确到0.5%； 测出或查出材料密度，准确到三位有效数字。按下式计算原始截面积：注：称重方法仅适用于具有恒定横截面的试样。,2）螺纹钢筋试样的原始横截面积,螺纹钢筋的产品标准大多数都规定试样采用 “标称原始横截面积”， 或按“标称原始直径”， 计算原始横截面积。 采用公称尺寸：标准/协议许可,
7、3）光滑钢筋试样的原始横截面积,如相关产品标准规定采用“标称横截面积”或“标称直径”计算原始横截面积，应按其执行。 如相关产品标准没有具体规定，可采用实测尺寸或用称重法测定原始横截面积。,圆形横截面试样：原始直径测量允许误差不超过0.5%。 其他横截面形状的试样：原始横截面积测量误差不超过1%。 称重方法：接近1%以内。,4 原始横截面积测定误差要求,5 其他相关尺寸测量要求,原始标距： 1% 断后标距： 0.25mm 断后最小横截面积： 2%,试验机应按照GB/T16825进行检验，并应为1级或优于1级准确度。 引伸计的准确度级别应符合GB/T12160的要求。 测定上屈服强度、下屈服强度、
8、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；,三.拉伸试验设备,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非比例延伸率、断裂总伸长率，以及断后伸长率，应使用不劣于2级准确度的引伸计。,引伸计应定期检定。 日常试验要经常标定,1.原始标距（Lo）：施力前的试样标距。 2.断后标距（Lu）：试样断裂后的标距。 3.平行长度（Lc）：试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间平行部分的长度。 4. 伸长：试验期间任一时刻原始标距Lo的增量。 5.伸长率：原始标距的伸长与原始标距Lo之比的百分率
9、。 6.断后伸长率（A）：断后标距的残余伸长（Lu-Lo）与原始标距Lo之比的百分率。 注：对于比例试样，若原始标距不为5.65So1/2（So为试样平行长度的横截面积），符号A 应附以下角标说明所使用的比例系数，例如，A11.3表示原始标距为11.3So1/2的断后伸长率。,一）有关术语的定义,四.拉伸试验,与（引伸计）有关术语的定义,引伸计标距（Le）：用引伸计测量试样时所使用试样平行长度部分的长度。 2. 延伸：试验期间任一给定时刻引伸计标距Le的增量。 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
10、分率。,4.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e之比的百分率。 5.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。 6.断裂总伸长率（At）：断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与引伸计标距Le之比的百分率。,A断后伸长率 Ag 最大力塑性延伸率 Agt 最大力总延伸率 At断裂总延伸率 e 延伸率 mE应力-延伸率曲线上弹性部分的斜率 R 应力 Rm 抗拉强度 e 平台范围,三）几种常见材料的应力-应变曲线,四）拉伸试验要求,设定试验力零点：试验两端被夹之前，应设定力测量系统的零点。 试验的夹持
11、方法：使用楔形夹头、螺纹夹头等合适的夹具夹持，并确保试样和夹具对中。 选择合适的试验速率测试各种拉伸性能： A.应变速率（包括横梁位移速率） B.应力速率,试验速率,横梁位移速率，mm/min 未考虑机器弹性柔度，很少使用 应力速率，N/mm2s-1 液压试验机(工程应用较多） 应变速率，mm/mm s-1或s-1 衡量试样变形快慢最本质的方式,关于ReH， ReL， Rp,屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，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。 上屈服强度ReH：试样发生屈服而首次下降前的最大应力。 下屈服强度ReL：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最
12、小应力。,上屈服强度,下屈服强度,屈服平台,ReH和ReL的计算公式：,在正常试验条件下，由于下屈服强度ReL的数值较为稳定，再现性较好，所以常将下屈服强度ReL选作屈服强度指标。 在特别要求的情况下也可能测定上屈服强度。,1. 试验速率的选择（1）A（应变速率控制的试验速率）：可选用下面两个范围之一： 范围1： =0.00007s-1，相对误差20% 范围2： =0.00025s-1，相对误差20%（推荐）（2）B（应力速率控制的试验速率）： 如仅测定上屈服强度，试验速率应恒定并保持在下表的规定范围内。,（一）ReH和ReL的测定,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.
13、00025/s0.0025/s之间，并尽可能保持恒定。,引伸计标距应1/2L0。引伸计不劣于1级 记录力延伸曲线数据，直至超过屈服阶段 判定原则： 屈服前的第一个峰值力为上屈服力，不管其后的峰值力比它大或小。 屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一个谷值力，取其余谷值力中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力，此谷值力判为下屈服力。 正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。,2. 试验方法的选择 （1）图解法,屈服前的第1个峰值应力判为上屈服强度，其后的峰值应力比它小； 屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值应力，舍弃第1个谷值应力不计，取其余谷值应力中最小值判为下屈服强度；
14、,初始瞬时效应,图解法：例1,所谓初始瞬时效应是指从上屈服强度向下屈服强度过渡时发生的瞬时效应,采用指针方法测定ReH和 ReL时，试验人员要注视试验机测力表盘指针的指示，按照定义判定上屈服力和下屈服力； 当指针首次回转前指示的最大力判定为FeH； 当指针首次停止转动保持恒定的力判定为FeL； 当指针出现多次回转，则不考虑第一次回转，而取其余这些回转指示的最低力判定为FeL； 当只有一次回转，则其回转的最低力判定为FeL。,（2）指针法（测定ReH和ReL）,（五）抗拉强度Rm的测定,1. 试验速率 : 0.008s-1若测定ReH和ReL时的应变速率为0.00007s-1(范围1)或0.00
15、025s-1 (推荐的范围2)，将应变速率提高到0.008s-1。 图解法 指针法,1.图解法测定Rm,定义：材料过了屈服后所能承受的最大应力。,从力伸长曲线测定Fm的几种类型,注视指针的指示，对于连续屈服类型,读取试验过程中指示最大的力，对于不连续屈服类型，读取屈服阶段之后指示的最大的力作为最大力Fm，进而计算抗拉强度Rm。,指针法测定Rm,缩颈现象,在力伸长曲线上的最大载荷处，塑性变形主要集中于试样的某一局部区域，该处横截面积急剧减小，这种现象体称为缩颈。是韧性材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。,最大力塑性延伸率Ag和最大力总延伸率Agt的测定,采用图解法：在用引伸计得到的力-
16、延伸线图上测定 引伸计标距建议等于或近似等于试样标距 A5%，至少1级引伸计 A5%，至少2级引伸计 如力延伸曲线在最大力呈现一个平台，则取平台宽度的中点为最大力点 人工方法仅适合于长试样，计算Agt需知道E，即Agt AgRm/E,用引伸计得到的力-延伸线图,最大力塑性延伸率Ag 和最大力总延伸率Agt的测定,断裂总延伸率At的测定,采用图解法：在用引伸计得到的力-延伸线图上测定 引伸计标距建议等于或近似等于试样标距 A5%，至少1级引伸计 A5%，至少2级引伸计 断裂位置在引伸计标距范围内方有效，但At规定值除外 注意引伸计的保护,用引伸计得到的力-延伸线图,断裂总延伸率At的测定,断后伸
17、长率A的测定,定义：断后标距的残余伸长（Lu-L0）与原始标距（L0）之比的百分率。 对于比例试样，若比例系数k不为5.65，符号A应附以下标注说明所使用的比例系数，例如A11.3。 对于非比例试样，符号A应附以下标注说明所使用的原始标距，以毫米（mm）表示，例如A80mm。 测定方法：1. 手工测定法2. 图解方法,1. 手工测定法试验前，在试样的平行长度上居中部位标记试样标距L0，在标距内标出N个等分间隔。测定A时应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测定试样断后标距。,1. 手工测定法应使用分辨力足够的量具或测量装置测定断后伸长
18、 （Lu-L0），并准度到0.25mm。（游标卡尺、千分尺） 若试样断裂处距离最近标距标记的距离1/3 L0时，或者断后伸长率率大于或等于规定的最小值时，直接测量两标记间的距离即为Lu。 若试样断裂处是在标距的两标点间，但距离最近标距标记的距离1/3 L0时，则完全可采用“移位法”测定断后伸长率。 见后图a、b所示。,在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到B点；所余BD格数若为偶数，则取其一半，得到C点。那么移位后的Lu为：Lu=AO+OB+2BC,在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到B点；所余BD格数若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C1和C2点。那么移位后的Lu为
19、： Lu=AO+OB+BC1+BC2,手工测定法之移位法,2. 图解方法 可以用自动测试系统或装置测定断后伸长率。 引伸计标距应等于试样标距（即Le=L0）。 断裂位置处于引伸计标距范围内方为有效：但如测定断后伸长率等于或大于规定最小值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。 首先测量断裂时的总延伸，然后扣除弹性延伸部分，剩余的塑性延伸部分（非比例延伸部分）作为断后的伸长，扣除的方法见下图。,用引伸计得到的力-延伸线图,断后延伸率A的测定,GB/T 228.1-2010,强度性能值：修约到1MPa 屈服延伸率：修约到0.1% 其他延伸率和断后伸长率：修约到0.5% 断面收缩率：修约到1%,试验结果
20、的修约,GB/T 228-2002与GB/T 228-2010 关于试验结果修约规定的比较,四舍六入五考虑， 五后非零就进一， 五后皆零看奇偶， 五前为偶应舍去， 五前为奇要进一。,“四舍六入法”,四舍六入五留双规则 （一）当尾数小于或等于4时，直接将尾数舍去。,例 将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为： 0.536640.5366 10.273110.27 18.504918.50 0.583440.5834 16.400516.40 27.182927.18,四舍六入五留双规则 （二）当尾数大于或等于6时，将尾数舍去并向前一位进位。,例 将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为： 0.
21、536660.5367 8.3176 8.318 16.777716.78 0.583850.5838 10.2950110.30 21.019121.02,四舍六入五留双规则 （三）当尾数为5，而尾数后面的数字均为0时，应看尾数“5”的前一位：若前一位数字此时为奇数，就应向前进一位；若前一位数字此时为偶数，则应将尾数舍去。数字“0”在此时应被视为偶数。,例：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为： 0.1530500.1530 12.645012.64 18.275018.28 0.1537500.1538 12.735012.74 21.84500021.84,四舍六入五留双规则 （四）
22、当尾数为5，而尾数“5”的后面还有任何不是0的数字时，无论前一位在此时为奇数还是偶数，也无论“5”后面不为0的数字在哪一位上，都应向前进一位。,例：将下列数字全部修约为四位有效数字，结果为： 0.3265520.3266 12.7350712.74 21.8450221.85 12.6450112.65 18.2750918.28 38.30500000138.31,按照四舍六入五留双规则进行数字修约时，应一次性修约到指定的位数，不可以进行数次修约。,例如将数字10.2749945001修约为四位有效数字时，应一步到位：10.274994500110.27（正确）。 如果按照四舍六入五留双规则分步修约将得到错误结果：10.2749945001 10.274995 10.275 10.28（错误）。,四舍六入五留双规则,谢 谢,谢谢大家！,
