金屬高溫拉伸試驗方法 GB 4338-84

本標(biāo)準(zhǔn)適用于在100～1100℃測定金屬材料的規(guī)定非比例伸長應(yīng)力、屈服點、抗拉強度、伸長率、斷面收縮率等拉伸性能。
1 一般規(guī)定
1．1定義
1．1．1試樣平行長度：試樣兩頭部之間的平行部分的長度。
1．1．2試樣標(biāo)距：拉伸試驗過程中的任一時刻，用以測量試樣伸長的那一部分長度。
a．試樣原始標(biāo)距：室溫下，拉伸前試樣的標(biāo)距。
b．試樣斷后標(biāo)距：試樣拉斷后，在室溫下將斷裂的兩段對接在一起，使其軸線同處于一直線上時的標(biāo)距。
1．1．3引伸計原始標(biāo)距：引伸計測量試樣伸長的原始長度。
1．1．4負(fù)荷：拉伸試驗過程中試樣承受的軸向拉力。
1．1．5應(yīng)力：拉伸試驗過程中的任一時刻，負(fù)荷除以試樣原始橫截面面積的商。
1．1．6規(guī)定非比例伸長應(yīng)力：在試驗溫度下，拉伸試驗加荷過程中，試樣標(biāo)距部分的非比例伸長達(dá)到規(guī)定原始標(biāo)距的百分?jǐn)?shù)(本標(biāo)準(zhǔn)所測定非比例伸長應(yīng)力系指大于或等于0.1％非比例伸長的應(yīng)力。一般測定0.2％非比例伸長應(yīng)力)時的應(yīng)力。
1．1．7屈服點：在試驗溫度下，試樣的拉伸過程中，達(dá)到產(chǎn)生塑性變形而負(fù)荷不增加仍能繼續(xù)伸長時所對應(yīng)的應(yīng)力。
1．1．8上屈服點：在試驗溫度下，試樣在拉伸過程中，試樣發(fā)生屈服而負(fù)荷首次下降前的最大負(fù)荷所對應(yīng)的應(yīng)力。
1．1．9下屈服點：在試驗溫度下，試樣在屈服階段最低負(fù)荷所對應(yīng)的應(yīng)力。當(dāng)出現(xiàn)多個負(fù)荷降低的凹谷時，應(yīng)為第一個凹谷之后最低負(fù)荷所對應(yīng)的應(yīng)力。
1．1．10抗拉強度：在試驗溫度下拉伸試驗過程中，試樣承受的最大負(fù)荷所對應(yīng)的應(yīng)力。
1．1．11伸長率：試樣拉斷后，在室溫下原始標(biāo)距的增量與原始標(biāo)距的百分比。
1．1．12斷面收縮率：試樣拉斷后，在室溫下原始橫截面最大縮減量與原始橫截面積的百分比。
1．2符號，名稱及單位見表1；

注：可以采用1kgf≈9.81N，1N/mm2=1MPa的換算關(guān)系。
2 試樣
2．1試樣的形狀及尺寸
2．1．1圓形比例試樣：見圖1、表2，試樣原始標(biāo)距按L0=5d0計算，試樣平行長度L0≥L0+d0，試樣頭部根據(jù)試驗機夾具尺寸確定，一般采用螺紋連接。

注：d0=3mm的試樣需雙方協(xié)議后方能使用。
2．1．2板狀比例試樣：本標(biāo)準(zhǔn)試樣寬度為15、20mm兩種，試樣原始標(biāo)距按L0= 計算，標(biāo)距內(nèi)最大寬度與最小寬度之差不大于0.05mm，試樣厚度為產(chǎn)品厚度并保留原表面。
試樣平行長度， ，試樣頭部根據(jù)試驗機夾具確定，一般采用銷孔連接，見圖2、表3。

注：① 扳材厚度大于7mm；在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)無規(guī)定時可加工成Ф5mm圓形試樣。
② 試樣原始標(biāo)距按標(biāo)稱尺寸計算。
2．1．3圓形試樣測定規(guī)定非比例伸長應(yīng)力，也要采用圖3、圖4的試樣。

2．1．4板狀試樣測定規(guī)定非比例伸長應(yīng)力，也可采用圖5、圖6的非比例試樣。

注：b0=6mm的試樣需雙方協(xié)議后方可使用。

注：用于測定非比例伸長應(yīng)力的圓形、板狀試樣的凸臺部分可根據(jù)引伸計結(jié)構(gòu)自行設(shè)計。
2．1．5有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或雙方協(xié)議規(guī)定采用其他類型試樣，可按其規(guī)定執(zhí)行。
2．2樣坯切取及試樣制備
2．2．1樣坯切取的數(shù)量、部位、取向應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或雙方協(xié)議規(guī)定。
2．2．2切取樣坯和機加工試樣時，應(yīng)防止因冷加工或熱影響而改變材料的性能。
2．2．3機加工后的試樣應(yīng)平直、無毛刺、劃傷及其他人為損傷。
2．2．4對伸長率低的材料，可采用平行長度中間處的直徑(寬度)比其兩端稍小，但其差不應(yīng)超過直徑(寬度)的0.5％。試樣表面應(yīng)光滑，無明顯劃痕，并應(yīng)在報告中注明。
3 試驗設(shè)備
3．1試驗機
3．1．1各種類型拉伸試驗機均可使用，其誤差應(yīng)符合下列要求：
a．負(fù)荷示值誤差不應(yīng)超過±1％；
b．負(fù)荷變動度不應(yīng)超過1％；
c．負(fù)荷進(jìn)回程示值相對差不應(yīng)超過2％；
d．試驗機和夾具應(yīng)能使試樣正確地承受軸向負(fù)荷，負(fù)荷同心度不應(yīng)超過15％。
3．1．2試驗機應(yīng)具備調(diào)速指示裝置，其速度能在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)控制和調(diào)節(jié)，并保持加卸荷平穩(wěn)，無沖擊現(xiàn)象。
3．1．3試驗機應(yīng)由國家計量部門定期檢定。
3．2加熱裝置
3．2．1可采用輻射式或其他形式加熱爐對試樣加熱，但加熱爐爐膛均熱帶長度不得小于試樣原始標(biāo)距的2倍。
3．2．2測定爐膛均熱帶長度時，在所測定的范圍內(nèi)溫度偏差及溫度梯度應(yīng)符合表4規(guī)定。

4 試樣尺寸的測量
4．1圓形試樣直徑，應(yīng)在試樣標(biāo)距兩端及中間處，兩個相互垂直方向，用精度不低于0.01mm的量具測量。
4．2板狀試樣寬度、厚度應(yīng)在試樣標(biāo)距兩端及中間處，用精度不低于0.02mm的量具測量。
4．3試樣的原始橫截面面積應(yīng)取三處測定的橫截面積中最小值。
4．4試樣原始標(biāo)距應(yīng)修約到5mm的倍數(shù)，小于2.5mm的數(shù)值舍去，等于或大于2.5mm的修約為5mm。
4．5對于測定伸長率試樣，應(yīng)在平行部分表面上選用小沖點、細(xì)劃線或其他相應(yīng)標(biāo)記做出兩個或一系列等分的標(biāo)記以表明標(biāo)距，但不得影響性能測定。
4．6原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確，一般偏差不應(yīng)大于±0.2mm，但對于伸長率低的材料則不應(yīng)大于±0.1mm。
5 試驗條件
5．1試樣加熱與溫度測量
5．1．1當(dāng)試樣原始標(biāo)距小于或等于50mm時，兩端各綁一支熱電偶。當(dāng)試樣原始標(biāo)距大于5mm時，在兩端及中間各綁一支熱電偶。
5．1．2試樣裝入爐后，一般應(yīng)在1h內(nèi)加熱至規(guī)定的試驗溫度，待溫度穩(wěn)定后保溫不少于15min時，在保溫時間內(nèi)直至試樣斷裂前試驗溫度應(yīng)符合表4規(guī)定。
5．1．3熱電偶的測量端與試樣表面應(yīng)緊密接觸，并應(yīng)防止熾熱爐壁直接輻射。
5．2拉伸速度：除有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或雙方協(xié)議另有規(guī)定外。
5．2．1測定規(guī)定非比例伸長應(yīng)力和屈服點時，屈服期間，試樣標(biāo)距內(nèi)應(yīng)變速率應(yīng)在0.003～0.007/min范圍內(nèi)盡量保持某個恒定值。在不能夠控制應(yīng)變速率情況下，可以采用試驗機夾頭空載移動速度為0.02Lemm/min。仲裁試驗的應(yīng)變速率為0.005/min。
5．2．2屈服后或不測定規(guī)定非比例伸長應(yīng)力和屈服點時，試驗機夾頭空載移動速度為0.1Lemm/min。
6 性能測定
6．1規(guī)定非比例伸長應(yīng)力的測定
6．1．1規(guī)定非比例伸長應(yīng)力用負(fù)荷伸長作圖法測定。在負(fù)荷伸長曲線上自彈性直線段與橫坐標(biāo)軸的交點O起，截取一相當(dāng)于規(guī)定非比例伸長的距離OC(OC等于n•Le•ε％)，過C點作平行于彈性直線段的CA線交于負(fù)荷-伸長曲線于A點。A點對應(yīng)的負(fù)荷即為規(guī)定非比例伸長負(fù)荷，見圖7口。規(guī)定非比例伸長應(yīng)力按式(1)計算：

(1)
繪制負(fù)荷伸長曲線時，負(fù)荷坐標(biāo)軸每毫米所代表的負(fù)荷應(yīng)使力不大于10N/mm2(1kgf/mm2)；負(fù)荷伸長曲線的高度使R處于負(fù)荷軸的1/2以上，伸長軸放大倍數(shù)的選擇應(yīng)使圖中OC段的長度不小于5mm。
注：①引伸計在爐外部分，不應(yīng)受環(huán)境溫度變化影響。
②當(dāng)引伸計標(biāo)距不等于試樣原始標(biāo)距時，以引伸計實際標(biāo)距計算非比例伸長，原始標(biāo)距按2．1．1，2．1．2規(guī)定。
6．1．2如果負(fù)荷伸長曲線無明顯直線段，以致采用一般方法不易確定規(guī)定非比例伸長負(fù)荷時，可采用以下方法確定。
6．1．2．1兩點法：在負(fù)荷伸長曲線上取得B、D兩點，其對應(yīng)負(fù)荷分別為0.1P0.2，0.5P0.2以BD連線為基準(zhǔn)，按6.1.1作平行線法確定非比例伸長負(fù)荷，見圖7b。
注：首先從負(fù)荷伸長曲線直觀估計P0.2的值．確定B、D兩點連線，而作平行線法求出第一次逼近的P0.2值，以此值作第二次逼近，一般作兩次逼近已足夠，以最后一次確定B、D兩點連線的斜率為基準(zhǔn)，確家規(guī)定非比例伸長負(fù)荷。
6．1．2．2滯后環(huán)法：對試樣連續(xù)加荷至超過預(yù)期規(guī)定非比例伸長應(yīng)力對應(yīng)的負(fù)荷后，立即將負(fù)荷卸至約所加負(fù)荷的10％，接著再連續(xù)加荷，同時繪出加荷-卸荷-再加荷的負(fù)荷伸長曲線，利用卸荷與再加荷線所構(gòu)成的滯后環(huán)。過滯后環(huán)兩端點作一直線，按照6．1．1作平行線法確定規(guī)定非比例伸長負(fù)荷，見圖7c。

注：①在生產(chǎn)檢驗中圓形試樣可以使用負(fù)荷夾頭位移作圖法測定規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σ0.2，確定規(guī)定非比例伸長負(fù)荷P0.2，按6．1．1，6．1．2規(guī)定，仲裁試驗則采用負(fù)荷-伸長作岡法。
②采用兩點法或滯后環(huán)法，由雙方商定。
6．2屈服點的測定
6．2．1除有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或雙方協(xié)議另有規(guī)定時，一般對具有上下屈服點的材料，應(yīng)測定其下屈服點，并以屈服點的符號σs表示。無明顯屈服現(xiàn)象的材料，一般應(yīng)測定其規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σ0.2。
6．2．2負(fù)荷伸長作圖法：在自動裝置繪出的負(fù)荷-伸長曲線上，找出屈服平臺的恒定負(fù)荷或屈服階段的最低負(fù)荷，當(dāng)出現(xiàn)多個負(fù)荷下降的凹谷時，應(yīng)取第一個凹谷之后的最低負(fù)荷作為屈服負(fù)荷，見圖8。屈服點按式(2)計算：

(2)
繪制負(fù)荷-伸長曲線時，負(fù)荷軸的選擇與6．1．1相同。伸長軸放大倍數(shù)一般不應(yīng)小于50倍。

6．2．3負(fù)荷—夾頭位移作圖法，在自動記錄裝置繪制的負(fù)荷—夾頭位移曲線上確定屈服負(fù)荷。屈服負(fù)荷的確定、屈服點的計算、負(fù)荷軸和伸長軸放大倍數(shù)的選擇均與6．2．2相同。
6．2．4指針法：在生產(chǎn)檢驗中允許使用此方法測定屈服負(fù)荷，即在試驗溫度下，對試樣連續(xù)加荷，讀取當(dāng)測力表盤指針停止轉(zhuǎn)動時指示的恒定負(fù)荷或指針回轉(zhuǎn)期間指示的最低負(fù)荷。當(dāng)指針出現(xiàn)多次回轉(zhuǎn)時，應(yīng)讀取第兩次回轉(zhuǎn)之后指示的最低負(fù)荷。仲裁試驗則采用負(fù)荷-伸長作圖法。
6．3抗拉強度的測定
在試驗溫度下，對試樣連續(xù)加荷，從測力表盤或負(fù)荷—申長曲線、負(fù)荷—夾頭位移曲線上讀取最大負(fù)荷，見圖9。抗拉強度按式(3)計算：

6．4．1斷后標(biāo)距L1的測量：在室溫下，將拉斷后試樣的兩段在拉斷處緊密對接在一起，使其軸線同處于一直線上，此時拉斷處的縫隙應(yīng)計人試樣斷后的標(biāo)距L1內(nèi)，L1用下述方法之一測量。
6．4．1．1如果拉斷處到最鄰近的標(biāo)距端點的距離大于L0/3時，可直接測量標(biāo)距兩端點距離即為L1。
6．4．1．2如果拉斷處到最鄰近的標(biāo)距端點的距離小于或等于L0/3時，直接測量標(biāo)距兩端點距離．所測定的伸長率不完全代表材料性能，應(yīng)在報告中注明。
6．4．2測量斷后標(biāo)距L1，用精度不低于0.02mm的量具測量。
6．4．3伸長率按式(4)計算；

(4)
注：如果直接測量所求得的伸長率達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值，則無論拉斷處位于標(biāo)距何處，試驗結(jié)果仍為有效。
6．5斷面收縮率的測定
6．5．1在室溫下將斷后圓形試樣的兩段在拉斷處緊密對接在一起，使其軸線同處于一直線上。在其直徑最小處的兩個相互垂直方向上測量其直徑，用二者的算術(shù)平均值計算斷后最小直徑橫截面積F1。
6．5．2測量斷后最小直徑，用精度不低于0.02mm的量具測量。
6．5．3斷面收縮率按式(5)計算：

(5)
注：除技術(shù)條件另有規(guī)定時，板狀試樣不測定斷面收縮率。
7 試驗結(jié)果處理
7．1測得性能數(shù)值的修約
按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定位數(shù)修約，在所需位數(shù)后一位均按 GB1.1-81《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則編寫標(biāo)準(zhǔn)的一般規(guī)定》附錄C數(shù)字修約規(guī)則執(zhí)行。
7．2試驗出現(xiàn)下列情況之一者，試驗結(jié)果無效，此時應(yīng)補做同樣數(shù)量的試驗。
a．試樣斷在標(biāo)記上或斷在標(biāo)距外，而且造成其中一項或多項性能不符合規(guī)定要求者；
b．試驗中操用不當(dāng)；
c．試驗期間儀器發(fā)生故障；
d．試樣拉斷后出現(xiàn)兩個或兩個以上縮頸。
8 試驗記錄及試驗報告
8．1試驗原始記錄應(yīng)包括以下內(nèi)容：
a．委括單位、材料牌號、規(guī)格及爐號；
b．試樣編號及尺寸；
c．試驗溫度及保溫時間；
d．試驗機型號及拉伸速度和引伸計類型；
e．試驗員及試驗日期。
8．2根據(jù)要求試驗報告包括以下內(nèi)容：
a．屈服點；
b．規(guī)定非比例伸長應(yīng)力；
c．抗拉強度；
d．伸長率；
e．?dāng)嗝媸湛s率；
f．校對和審核者。
附 錄 A
引伸計的標(biāo)定與分級方法
(補充件)
本方法適用于標(biāo)定自動記錄長度變化的引伸計。
A．1 定義
A．1．1引伸計：測定試樣伸長裝置，它包括變形傳感器和記錄或指示裝置。
A．1．2引伸計原始標(biāo)距：引伸計測量試樣伸長的原始長度。
A．1．3伸長示值：引伸計標(biāo)距相對原始標(biāo)距變化的指示值。
A．1．4應(yīng)變：標(biāo)距內(nèi)單位長度的伸長。
A．1．5標(biāo)定：測定引伸計伸長示值與標(biāo)定器給定位移的關(guān)系。
A．1．6伸長放大倍數(shù)：引伸計伸長示值與標(biāo)定器給定位移量關(guān)系曲線的斜率。
A．1．7標(biāo)定系數(shù)：標(biāo)定器的位移量與引伸計標(biāo)距和引伸計伸長示值乘積之比。標(biāo)定系數(shù)乘以引伸計伸長示值即可得相應(yīng)的應(yīng)變，用式(A1)表示：
式中，f-標(biāo)定系數(shù)；
Le-引伸計原始標(biāo)距；
△l-標(biāo)定器給定位移理；
△le-引伸計伸長示值。
A．1．8應(yīng)變示值誤差：引伸計的應(yīng)變示值減去標(biāo)定器給定的應(yīng)變值。
A．1．9引伸計等級：規(guī)定的應(yīng)變示值誤差級別。
A．2標(biāo)定器
A．2．1標(biāo)定器是用以對被標(biāo)定的引伸計施加精確位移量的儀器。它由剛性支架、兩個嚴(yán)格同軸的心軸或裝卡引伸計的夾具、精確測量沿心軸軸向位移變化的測微計(或千分表，下同)組成。引伸計裝卡于上下心軸上，一個心軸固定，另一個心軸與測微計結(jié)合，并可南測微計上下帶動而變化與固定心軸的相對距離。
A．2．2標(biāo)定器的精度可以用干涉儀或塊規(guī)標(biāo)定，標(biāo)定器允許誤差不大于引伸計允許誤差的1/3。
A．2．3標(biāo)定器測微計的最小分度不大于0.001mm。
A．2．4標(biāo)定器應(yīng)具有標(biāo)定不同結(jié)構(gòu)型式引伸計的能力。
A．3標(biāo)定
A．3．1標(biāo)定是在室溫下進(jìn)行的，室溫應(yīng)盡可能恒定標(biāo)定前，引伸計與標(biāo)定器應(yīng)置于標(biāo)定地點足夠長的時間，確信與周圍環(huán)境溫度達(dá)到平衡后才能開始標(biāo)定。
A．3．2標(biāo)定時引伸計的工作狀態(tài)盡可能與使用時正常的工作狀態(tài)(例如標(biāo)距、放大倍數(shù)、增應(yīng)變或減應(yīng)變、裝卡方法、室溫等)相一致。
A．3．3標(biāo)定時引伸計標(biāo)距的誤差應(yīng)符合表A1規(guī)定。

A．3．4應(yīng)小心地把引伸計的變形傳感器裝卡于標(biāo)定器上。建議在正式開始標(biāo)定前，旋動標(biāo)定器使從零點進(jìn)程到滿量程10％左右，然后退回零點，重復(fù)兩次。最后一次退過零點然后進(jìn)到零點，此時作為引伸計的零點。將標(biāo)定的全量程的位移量分成8～10級(建議分成10級)，旋動測微計逐級施加位移量，引伸計自動記錄相應(yīng)的長度變化，直到滿量程為止。然后將標(biāo)定器退回到零點，卸下引伸計的變形傳感器并重新裝卡，按上述程序重復(fù)進(jìn)行標(biāo)定。重復(fù)裝卡和標(biāo)定兩次，共得三組完整的引伸計自動記錄數(shù)據(jù)。
A．4引伸計應(yīng)變示值誤差及分級
A．4．1在每級位移量下計算引伸計的應(yīng)變示值誤差(計算時取零點到每級的位移量)。
A．4．2從三組完整的標(biāo)定數(shù)據(jù)中計算出引伸計應(yīng)變示值誤差，其最大值即為引伸計的最大應(yīng)變示值誤差。
A．4．3引伸計以其最大應(yīng)變示值誤差分級，規(guī)定如表A2。

A．5引伸計伸長進(jìn)回程示值相對誤差

引伸計伸長進(jìn)回程示值相對誤差就符合表A3規(guī)定。

注：示引伸計全量程內(nèi)分8～10級，作一次進(jìn)程和回程標(biāo)定，算出各級進(jìn)回程差與進(jìn)程的百分比，取最大值為引伸計的伸長進(jìn)回程示值相對誤差。
A．6引伸計標(biāo)定系數(shù)和應(yīng)變示值誤差的計算
A．6．1標(biāo)定數(shù)據(jù)
設(shè)引伸計全量程內(nèi)分成m級(m規(guī)定為8～10)，從第1級起依次各級由標(biāo)定器給定的位移量為△l1，△l2，△l3，……，△lj．……，△lm
對于標(biāo)定器所給定的位移量，引伸計對應(yīng)的三組伸長示值為：
△le11，△le12，△le13……△le1j，……，△le1m
△le21，△le22，△le23……△le2j，……，△le2m
△le31，△le32，△le33……△le3j，……，△le3m
注：如引伸計的伸長示值是經(jīng)記錄圖表方式給出．應(yīng)用精度不低于0.02mm的量具測量其每級伸長。
A．6．2標(biāo)定系數(shù)的計算
將引伸計的三組伸長示值取其平均值。
即：

從而得到一組引伸計伸長示值的平均值與標(biāo)定器給定位移量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
即：△l1，△l2，△l3，……，△lj．……，△lm
用最小二乘法建立引伸計伸長示值平均值與標(biāo)定器給定位移量之間的線性關(guān)系。而所求得的線性方程的斜率n為引伸計的伸長放大倍數(shù)，按式(A2)計算：

(A2)
式中：m-全量程內(nèi)所分的級數(shù)。
標(biāo)定系數(shù)按式(A3)計算：

(A3)
式中：f-標(biāo)定系數(shù)；
Le-引伸計原始標(biāo)距；
n-伸長放大倍數(shù)。
標(biāo)定系數(shù)所取的位數(shù)，一般比規(guī)定最大應(yīng)變示值誤差(見表A2)的位數(shù)多保留一位。
A．6．3引伸計應(yīng)變示值誤差的計算
引伸計應(yīng)變示值誤差按式(A4)計算：

i=1，2，3。
j=1，2，3，……m。
式中：△eij-第i組第j級伸長示值對應(yīng)的應(yīng)變示值誤差；
f-標(biāo)定系數(shù)；
△leij-第i組第i級伸長示值；
ej-標(biāo)定器給定的第j級位移量對應(yīng)的應(yīng)變值(等于△lj/Le)。
A．7標(biāo)定報告
標(biāo)定報告應(yīng)包括下列內(nèi)容；
a．引伸計名稱、型號；
b．引伸計匣始標(biāo)距；
c．標(biāo)定器和引伸計的標(biāo)定數(shù)據(jù)；
d．伸長放大倍數(shù)；
e．標(biāo)定系數(shù)；
f．引伸計最大應(yīng)變示值誤差；
g．引伸計伸長進(jìn)回程示值相對誤差；
h．引伸計等級；
i．標(biāo)定時的室溫；
j．標(biāo)定者及標(biāo)定日期。