ASTME8 13 测定拉伸试验的标准试验 培训讲稿ppt课件.pptx

ASTM E8/E8M-2013a 金属材料 室温拉伸的试验方法,编制：李凤英、卢小成 2015年元月,一、范围和定义,本方法适用于室温下任何形状的金属材料的室温拉伸，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。E8和E8M试样最大区别在于原始标距，E8对于圆形试样标距长度的要求是4D，而E8M是5D。除非另有规定，室温应定为1038。,二、术语,抗拉强度：材料所能承受的最大抗拉应力屈服强度：上屈服强度：轴向试验中，伴随不连续屈服首次出现的应力最大值（首次出现拐点时的应力）。下屈服强度：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最小应力。*仲裁试验：为解决对规定要求的符合性的不一致而执行的试验，或者由第三方执行的试验。,三、意义及用途,提供了在单轴拉伸下材料的强度和延性数据。拉伸试验结果不一定代表最终产品或它在不同环境中工作的强度与延性性能。本试验方法可用于商业验收试验，并已广泛用于贸易。,四、设备要求,试验机应符合ASTM E4试验机的力校验方法。夹持装置：传递试验机对试样施加力的各种类型装置均可使用，只需保证试样的轴线与试验机夹头中心线重合。,设备-夹具类型,锲形夹具,通常适用于夹持塑性金属长试样和扁平试样的一种合适的装置。为了夹持，希望每个锲形锯齿形面的整个长度均与试样接触对于短试样，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均匀分布。,设备-夹具类型,螺纹夹具,台阶夹具,设备-夹具类型,薄板夹具,丝材夹具,设备,尺寸测量装置：用于测量直线尺寸的千分尺或其它装置，至少应有每个要求测量尺寸最小单位一半的精度。引伸计：应符合标准E83对本试验步骤中规定级别的引伸计。标距等于或小于试样名义标距的引伸计可以用来测定屈服强度。对于全截面的试样（丝材、线材和棒材），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,五、取样和制备要求,对于厚度、直径或平面间距小于或等于40mm的产品在中心位置取样。对于厚度、直径或平面间距大于40mm的产品在中心至表面的中间位置取样。试样加工过程中，必须保证试验结果的最大精确度和最小的偏差。制备缩减段时，应避免冷加工、缺口、刀痕、毛刺、粗糙表面或边角、过热或其他对性能测量造成有害的影响。对于脆性材料，标距两端应使用半径大的过渡圆弧试样表面光洁度应按适用的产品标准规定,六、试样类型,1、平板试样,试样适用于板材、型材和平板材料公称厚度5mm以上的金属材料试验。,平板试样图,平板试样尺寸要求,试样类型,2、薄板试样,试样用于薄板、板材、扁平线材、带材、条、环、矩形和型材的公称厚度在0.1319mm范围内的金属材料试验。使用右图试样检测薄的或高强度材料的弯曲，必须在夹持端部使用刚性加强板。,销钉固定的拉伸试样,销钉固定的拉伸试样尺寸,试样类型,3、圆柱形试样,标准试样的直径为12.5mm当试验材料不能制备标准试样时，可采用其他尺寸圆柱形小试样。右图为能获得满意结果的各种端部形状的试样。,各种端部形式,符合E8端部尺寸要求,符合E8M端部尺寸要求,E8和E8M试样图,E8和E8M试样尺寸的要求,试样类型,4、线材、条材和棒材试样,对于圆形钢丝、盘条和棒材，应使用全截面试样。对于测量直径小于4mm的线材伸长率的标距应符合产品标准的规定。除非另有规定，在测量直径等于或大于4mm的钢丝、盘条或棒材时，应使用五倍于直径的标距。试样总长度至少应等于标距加上使用夹具所要求的材料的长度。,5、矩形截面棒材试样,全截面试样-允许减小试验部分宽度，以使断裂发生在标记之内，但减少宽度不应小于原始宽度90%。,试样类型,6、管材试样,对于管材公称外径在25mm及其以下的小管，应使用全尺寸管段作为拉伸试样，这是标准惯例。将管塞插入管材试样两端内足够深度，以便试验机钳口牢固地夹持试样。塞头不得伸到测量伸长的试样部分内。,图 塞头形状及在试样和试验机中的位置。,试样类型,管材试样,对于不能用全截面的大直径管，试样取样位置如右图对于壁厚小于20mm管材，可采用下图试样，试样的形状和尺寸可采用与12.5mm标准试样成比例的小试样。对于管壁厚度等于或大于20mm,可使用标准试样。,切取的拉伸试样位置,试样类型,大直径管材剖管拉伸试样,管材横向拉伸试样位置,B将试样压平,试样类型,7、锻造试样,优先选择最大圆柱形试样，如不能，可考虑平板试样。使用产品标准推荐的试样，可从锻件的最主要部分或最厚部分截取，也可从锻件延展部分或代表性部分。无要求时，试样轴线应予晶粒流向平行。,8、铸造试样,可锻铁试样模铸试样,七、试验步骤,（一）试样机的准备：在机器启动或长时间未启用时，应检查试验机或将其预热到正常的操作温度。（二）试样尺寸的测量1、直接测量试样横截面（1）对于横截面尺寸5mm时，应测量并记录到最接近的0.02mm（2）对于5横截面尺寸2.5mm时，应测量并记录到最接近的0.01mm（3）对于2.5横截面尺寸0.5mm时，应测量并记录到最接近的0.002mm,2、依据重量法测量（1）称量一个长度不小于最大横截面积尺寸20倍试样的重量来确定不对称试样截面（2）重量至少精确到0.5%（3）横截面积等于试样重量除以材料密度的乘积。3、管材试样的横截面确定如果D/W6时，如果D/W6时，公式A=W*T,3、试样标距的标记（1）标记方式：轻打点作标记，轻划线作标记，或最好用墨水划线标距。（2）对于缺口敏感材料和小试样，使用快干墨水有助于断裂后原始标记的定位。（3）对于规定伸长率为3%以下的材料，试验前测量原始标距长度偏差为0.05mm4、试验机调零力的指针为零表明作用在试样上的力为零。通过试样夹具传递的力（预负荷）应由力的测量系统指示出。,预夹持瞬时（冲击）力建议不超过材料屈服强度的20%，静止预负荷建议不超过屈服强度的10%。5、试样的夹持对于有缩减部分的试样，试样夹持部分只限于夹持部分，不得夹持在缩减段或过渡圆弧。,6、试验速度,加载速度的类型（a）应变速度（b）应力速度（c）试验过程中试验机两头分开的速度（d）完成部分时间或整个试验所经历的时间（e）空载十字头速度,速度和方法的选择,对速度和方法的选择规定一个适当的范围是产品委员会的职责。合适的试验速度范围规定：对使用不同速度引起不同结果的材料所得到的试验结果应符合要求。确定试验速度的方法，取决于材料和所要求的试验结果。,几个概念,应变速度单位：mm/mm/min，如试验机不具有测量和控制应变速度的装置，平均应变速度可用计时装置通过观测产生抑制增量应变所需的时间来测定。应力速度单位：Mpa/s，如试验机不具备测速或指示装置测定和控制应力速度，应力应力平均速度可用秒表通过观察产生已知增量应力所需时间来测定。夹头分离速度应规定为缩减部分（或夹具间距离）长度的mm/min。,几个概念,试验时间从加荷开始（或从某规定应力开始）至断裂瞬间达最大负荷或达到其它规定应力所经历的时间允许范围，应用分钟或秒规定。试验时间可用秒表来确定。十字头空载移动速度在不加荷的情况下，试验机十字头移动速度的允许范围，应按每缩减部分长度(或没有缩减部分试样夹具间距离）的mm/mm/min规定。对于平均十字头速度可使用适当的长度和时间测量装置在试验中测定。,屈服特性的试验速度,屈服特性可包括屈服强度和屈服点伸长。除非另有规定，任何常规试验速度可使用至规定屈服强度一半或规定抗拉强度四分之一，以其中最小者为准。在这一点以上的速度应在规定的范围内。如果用来确定屈服强度、屈服点伸长、抗拉强度和断面收缩率时要求不同速度范围，应在产品标准中说明。,控制方法,方法A,测定屈服性能时采用应力速率方法时，应力速率应为1.15MPa到11.5MPa之间。不建议试验机在通过屈服后使用力的信号闭环控制操作，除了用于测试线性弹性部分。对于显示出很低应变速率敏感的测试材料，如一些钢和铝，此法为默认方法。,方法B,应变速率应为0.0150.006mm/mm/分钟当试验机运行在封闭环的应变控制时，如果控制参数设置不正确，如果未设置适当的安全限制，或者引伸计滑落，会引起横梁运动失控，造成意外事故。对于航空航天、高温合金、钛的应用和有规定时，应变速率为0.005mm/mm/分钟,控制方法,方法C,当测定屈服性能时，试验机应设置横梁速度等于原缩减截面的0.0150.003mm/mm/分钟,或对于无缩减截面的样品，为夹具间的距离。,抗拉强度的试验速度,当材料要求伸长率大于5%时，只测抗拉强度时，试验机的速度设定为每分钟缩减部分长度的0.050.5mm/min之间。对于要求的伸长率小于或等于5%的材料，试验机的速度可始终保持在测量屈服特性的速度。,试验速度对结果的影响因素,1、设备因素,试验机的刚度、减震能力、固有的频率和运动部件重量；力的指针精度和试验机不同范围内力的作用；适当的加力速度、用合适的力使试样对中、夹具的平行度、夹持力、控制力的大小、引伸计的适用性和标定、热的散射（通过夹具、引伸计或辅助装置）,2、方法因素,相同材料的复验协商一致取决于材料的均匀性、试样制备的重复性、试验条件和拉伸试验参数的测定。,3、材料因素,试验材料的代表性和均匀性、试样型式、试样制备（表面光洁度、尺寸准确度、标距端部过渡圆弧、标距内锥度、弯曲试样、螺纹试样等等）,4、测量因素,试验力、引伸计、千分尺、分规及其他测量装置的校准，图表记录装置的调整和调零等等。试样表面光滑度的不规则引起的不精确各向异性的材料断后横截面显示非圆，测量结果准确度会受影响断裂部分在标距中间以外，或出现在标点或划线上，A和Z可能不代表材料真实性能。断夹具处或夹具内的线材不能代表材料性能圆形台肩端头得到屈服强度比螺纹试样低0.02%,7、屈服强度的测定,1、偏置法,用此方法，首先确保试验机能画出应力应变图的数据，然后在此图中划出Om等于规定的永久变形值，划mn平行于OA，这样就确定出mn与应力应变图交点r。在报告用此法得到的屈服强度时，规定的屈服强度术语后的括号内注明）如屈服强度（偏置=0.2%）=360MPa应用B2级或更好的引伸计,残余变形法确定屈服强度的应力-应变曲线,屈服强度的测定,2、负荷下伸长法（EUL）,3、自动绘图法-上屈服,屈服强度的测定,3、自动绘图法上下屈服,4、负荷暂停法（不连续屈服）,在均匀变形速率下对试样施加一逐渐增加的力。当力暂停时，记录下相应的应力为上屈服强度。此法也叫指针暂停法、悬梁落下法和载荷暂停法,8、屈服点伸长,1、有屈服点伸长率的应力-应变,2、带有变形但无屈服点伸长率的应力-应变,9、均匀伸长,均匀伸长应包括塑性和弹性伸长均匀伸长应使用符合E83规定引伸计用自动的方法测定。a、均匀伸长率低于5%的材料用B2级或B2级以上的引伸计b、均匀伸长率大于或等于5%但低于50%的材料用C级或C级以上的引伸计c、均匀伸长率大于50%的材料用D级或D级以上的引伸计,均匀伸长测定,在缩颈出现之前最大负荷下确定均匀伸长,在最大力附近的平稳段的中心位置测定均匀伸长,10、抗拉强度,抗拉强度定义 用试验过程中最大力除以试样的原始横截面积计算的值为抗拉强度。,11、伸长率,在报告伸长率值时，应报告出原始标距和增量百分比。如果用与引伸计以外的其他装置与试样缩减部分接触，测量伸长率时，应在报告中注明。如：伸长率=30%以上（50mm标距）当规定伸长大于3%时，将拉断的试样两端仔细地拼合在一起，测量标记间距离，如标距小于等于50mm时，精确到0.25mm,标距大于50mm时，精确到0.5%。可使用百分刻度为标距0.5%的测量仪器读数,当规定伸长率小于或低于3%时，可用以下方法测定A、试验之前，测量试样原始标距，精确到0.05mmB、除掉妨碍已断试样两端对接在一起或妨碍进行最后测量的绝部碎片。将已断试样两端相配的表面对接在一起，沿试样轴向施加一个足以使断裂试样两端拼合在一起的力。如有必要，只要试样仍能保持接触，可小心却掉这个力。测量断后标距应精确到0.05mm,并以0.2%的精度报告伸长率。,如果任何断裂部分发生在标距以外，或位于两标记内少于标距伸长的25%处，用这两标记获得的伸长率值可能异常的低，不能代表材料的真实性能。如果在验收试验中这样测量的伸长率满足规定的最低要求，则可不必再进行试验。否则，试验报废，应重新对材料进行试验。,断裂伸长率,断裂伸长应包括弹性和塑性伸长，可用自动或人工方法测定，测定时使用应变范围经校验过的引伸计。引伸计标距应是要求的试样的名义标距。由于将断裂两端拼合在一起缺乏准确性，所以，用人工方法测得的断后伸长率与引伸计测定的不同。可直接用断裂伸长值计算并报出断裂伸长率，代替人工法，该法具有较好的复检性。对伸长率结果有分歧时，必须协商后统一方法。,12、断面收缩率,用来计算断面收缩率的截面应为断裂处的最小横截面。原始横截面为圆形的试样将断裂试样两端拼合在一起测量缩减部分直径，与原始测量精度相同。注意：由于各向异性，拉伸应变过程中，圆形横截面经常不能保持圆形。形状通常为椭圆的，因此，面积d1d2/4来计算，其中，d1和d2分别为较长直径和较短直径。,断面横截面为矩形的试样将断裂试样两端拼合在一起测量横截面处的厚度和宽度与原始测量精确度相同。注意：因为受矩形试样棱角变形的影响，原始平板表面的中心尺寸会小于棱角处的尺寸，这些表面的形状经常假设为抛物线。当做这种假设时，有效厚度te可用（t1+4t2+t3)/6计算，其中，t1和t3为角的厚度，t2为宽度中间的厚度。有效宽度可同样计算。,断面收缩率定义应按上述方法确定的尺寸基础上计算收缩面积。由此测得的面积与原始横截面积的差值与原始面积的百分比率就是断面收缩率。如果任何断裂的部分发生在标距中间一半以外处，或缩减部分内打点处或划线标记处，则得到的面积收缩率不能代表材料的真实特性。在验收试验中，如果按此计算的面积收缩率满足规定的最低要求，则不需要重新试验。否则，重新试验。修约规则E29，推荐收缩率010%，精确到0.5%，大于等于10%时，修约到1%。,13、数据修约,报告屈服强度和抗拉强度试验值修约按E29。试验值500MPa,修约精度到1MPa500MPa 试验值1000MPa,修约精度到5MPa试验值大于等于1000MPa，修约精确到10MPa,14、更换试样情况,原试样机加工表面差原试样尺寸错误由于机加工操作有误使试样的性能发生改变试验方法有误断裂在标距之外测伸长率时，断在标距中心一半以外试验设备运行不正常,15、报告要求,所用的参考标准，即E8和E8M材料和样品特征试样种类屈服强度和确定屈服强度的方法屈服点伸长抗拉强度伸长率如有要求，均匀伸长率或面积的缩减,合适的试验资料,试样试验部分尺寸用来计算取自大直径管产品试样横截面积的公式用来测试试验的速度和方法用来修约试验结果的方法更换试样的原因,十、维护保养,结束后，清洗和维护，按制造商规范和说明执行试验机的清洗和日常维护。,谢谢！,