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力學性能測試的基礎(chǔ)標準GB/T 228.1—2021《金屬材料拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》(簡稱2021版)于2022年7月1日生效，用于替代GB/T 228.1—2010(簡稱2010版)。2021版修改采用了ISO 6892-1：2019 Metallic Materials-Tensile Testing-Part 1：Method of Test at Room Temperature，與2010版相比，其除對一些結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和文字進行編輯性修改外，主要技術(shù)變化如下所述。

（1） 增加了國內(nèi)關(guān)于拉伸機、引伸計的JJG(國家計量檢定規(guī)程)計量檢定規(guī)程文件，使該標準同樣適用于國內(nèi)計量標準體系，解決了實驗室的拉伸設(shè)備計量證書與國內(nèi)試驗標準不適應(yīng)的問題。

（2）增加了“彈性模量”、“默認值”和“測定系數(shù)”3個術(shù)語和定義。

（3）增加了引伸計標距的選擇。

（4）增加了關(guān)于試驗速率的一般信息。

（5）在基于應(yīng)變速率的試驗速率(方法A)中，將2010版的第一種應(yīng)變速率和第二種應(yīng)變速率修改為方法A1和方法A2。

（6）增加了計算機兼容標準的代表。

（7）增加了規(guī)范性附錄D。

（8）更改了縱向弧形試樣的信息(見2021版表H.1和2010版表E.1)。

（9）對試驗機系統(tǒng)變形情況補償橫梁位移速率的估算進行了更改。

（10）更改了測量不確定度的評定。

（11）與ISO 6892-1：2019的主要差異：在結(jié)構(gòu)上有較多調(diào)整，具體可見2021版資料性附錄A，差異及其原因見2021版附錄B;增加了逐步逼近法測定規(guī)定塑性延伸強度和卸力法測定規(guī)定殘余延伸強度舉例的兩項資料性附錄。

1、2021版新增內(nèi)容

1.1 術(shù)語和定義

2021版新增的術(shù)語和定義如表1所示。

1.2 規(guī)范性附錄D

新增規(guī)范性附錄D。對拉伸機、引伸計和試樣進行了要求。

1.2.1 引伸計

由于彈性模量對應(yīng)非常小的應(yīng)變，因此要求引伸計滿足GB/T 12160—2019 《金屬材料 單軸試驗用引伸計系統(tǒng)的標定》或JJG 762—2007 《引伸計》中的0.5級準確度，標距不小于50mm，并增加注，內(nèi)容為：如果只在試樣單側(cè)測量應(yīng)變，則附加彎曲應(yīng)變會對測試結(jié)果帶來較大的誤差。

1.2.2 拉伸機

力：在相應(yīng)測量范圍內(nèi)，應(yīng)滿足GB/T 16825.1—2008 《靜力單軸試驗機的檢驗 第1 部分：拉力和(或)壓力試驗機測力系統(tǒng)的檢驗與校準》或JJG 139—2014 《拉力壓力和萬能試驗機檢定規(guī)程》中1級準確度等級的要求。

夾持方法和同軸度：夾持和對準方法對于測定彈性模量非常重要，有關(guān)此方法的要求，2021版建議見該標準的10.2節(jié)，更多的信息見ASTME1012—2005 《在拉伸和壓縮軸向力作用下驗證試驗框架和樣品準直精度的標準實施規(guī)程》。其他有用的信息可見GB/T 34104—2017 《金屬材料 試驗機加載同軸度的檢驗》。推薦使用力學裝置(例如試樣定位塊)來保證試樣有好的加載同軸度。

1.2.3 試樣

試樣應(yīng)平直。試樣的表面狀態(tài)不應(yīng)影響試驗結(jié)果，如果試樣中存在殘余應(yīng)力，無論是在先前加工還是試樣制備時存在的，所測定的模量可能不代表基材。

2、2021版修改內(nèi)容

2.1 試驗原理章節(jié)

對2010版內(nèi)容進行了修改和補充，修改后的試驗原理如下所述。

試驗用拉伸試樣，一般拉至斷裂，測定第3章定義的一項或幾項力學性能。

除非另有規(guī)定，試驗溫度為10~35℃。對于溫度不滿足上述要求的實驗室，實驗室應(yīng)評估該類環(huán)境條件下運行的試驗機對試驗結(jié)果和(或)校準數(shù)據(jù)的影響。當試驗或校準時的溫度超過10~35℃時，應(yīng)記錄和報告溫度。如果在試驗和(或)校準過程中存在較大溫度梯度，不確定度測量結(jié)果可能增大和出現(xiàn)超差的情況。

對溫度要求嚴格的試驗，溫度應(yīng)為(23±5)℃。如果要測定彈性模量，應(yīng)按附錄D進行。

2.2 試樣章節(jié)

2.2.1 新增內(nèi)容

經(jīng)與客戶協(xié)商一致，也可以使用其他試樣，如有關(guān)產(chǎn)品標準中規(guī)定的其他試樣。

2.2.2 修改內(nèi)容

機加工的試樣：刪除了“此弧的過渡半徑的尺寸可能很重要”的描述。

不經(jīng)機加工的試樣：將“或試棒的一段長度”修改為“一段長度或試棒”。

鑄造試樣增加了“試樣軸線應(yīng)與作用線重合”的規(guī)定。

2.3 原始橫截面積的測定章節(jié)

修改內(nèi)容如下所述。

(1) 建議測量試樣橫截面積時，在試樣平行長度區(qū)域最少3個不同位置進行測量(2010版未建議最少測量次數(shù)，修改后更具有操作性)。

(2) 原始橫截面積(So)：根據(jù)測量的實際尺寸計算橫截面積的平均值(明確了原始橫截面積是用測得尺寸計算得到的橫截面積的平均值，不是測得尺寸平均后計算得到的橫截面積)。

(3) 用于測定原始橫截面積的所有測量裝置應(yīng)按照適當?shù)哪芩菰粗羾覝y量系統(tǒng)的參考標準進行校準(對橫截面尺寸測量裝置提供校準溯源依據(jù))。

2.4 標距章節(jié)

新增“原始標距”和“引伸計標距的選擇”技術(shù)內(nèi)容，與2010版3.4.2和3.5節(jié)的“注”相同。

2.5 試驗設(shè)備的準確度章節(jié)

新增“注”，內(nèi)容為：“適合的拉伸試驗機根據(jù)試驗機力值校準范圍和試樣尺寸選取”。

2.5.1 測力系統(tǒng)

試驗機的測力系統(tǒng)應(yīng)滿足GB/T 16825.1—2008的要求，并按照JJG 139—2014、JJG 475—2008 《電子式萬能試驗機檢定規(guī)程》或JJG 1063—2010 《電液伺服萬能試驗機檢定規(guī)程》進行校準，并且其準確度等級應(yīng)為1級或優(yōu)于1級。

2.5.2 引伸計

新增按照JJG 762—2007進行校準的規(guī)定。測定其他具有較大延伸率，增加延伸率大于5%的描述，將“應(yīng)使用不劣于2級準確度的引伸計”修改為“可使用2級或優(yōu)于2級準確度的引伸計”。修改后更具操作性。

2.6 試驗速率章節(jié)

新增內(nèi)容：在方法B的某個條件下(例如對某些鋼，在彈性范圍的應(yīng)力速率大約為30MPa/s，使用高剛度的夾持系統(tǒng)和附錄E 表E.2中的P6試樣)，方法A 范圍2的應(yīng)變速率可以被觀測到;注2，產(chǎn)品標準和相關(guān)試驗標準(例如航空標準)或協(xié)議可以規(guī)定與文件不同的試驗速率。

文獻依據(jù)ISO 6892-1：2009 中方法B為“Testing rate based on stress rate”的情況，曾提出將方法B描述為“基于應(yīng)力速率的試驗速率(方法B)”。方法A和方法B的定義為：基于應(yīng)變速率的試驗速率(方法A)和基于應(yīng)力速率的試驗速率(方法B)。

由于方法A 包括應(yīng)變速率控制的試驗速率的方法A1和根據(jù)平行長度估計的應(yīng)變速率，實際用橫梁位移速率來實現(xiàn)的方法A2;同樣，方法B未明確規(guī)定采用應(yīng)力速率控制試驗速率，且方法B中還有橫梁位移速率，因此修改后的表述更準確。

測定上屈服強度試驗速率的規(guī)定修改為：試驗機橫梁位移速率應(yīng)盡可能保持恒定，并使相應(yīng)的應(yīng)力速率在表3規(guī)定的范圍內(nèi)。

主要修改了“夾頭分離速率在表3規(guī)定的應(yīng)力速率范圍內(nèi)”的表述，修改后表述更準確。

2.7 規(guī)定塑性延伸強度的測定章節(jié)

2021版的13.1節(jié)將2010版13.1節(jié)的注2和注3調(diào)整為正文，并在注2的內(nèi)容之前增加“宜注意保證”。

2.8 斷面收縮率的測定章節(jié)

增加內(nèi)容如下所述。

(1) 對于圓形試樣,測量相互垂直兩個方向的直徑，取其平均值，計算最小橫截面積(Su)。

(2) 進行讀數(shù)時，應(yīng)注意確保斷裂面沒有位移。

將2010版的“注：對于小直徑的圓試樣或其他橫截面形狀的試樣，斷后橫截面積的測量準確度達到±2%很困難?！闭{(diào)整為正文。

2.9 圖9的修改

圖9增加了測定規(guī)定殘余延伸強度對應(yīng)的試驗速率。

2.10 資料性附錄A和B

附錄A和B的表A.1和B.1分別給出了2021版與ISO 6892-1：2019結(jié)構(gòu)變化對照情況以及技術(shù)差異及其原因。表A.1和B.1的內(nèi)容，參見2021版。

2.11 規(guī)范性附錄E

規(guī)定0.1~3mm(不包括3mm)厚度薄板和薄帶試樣類型的規(guī)范性附錄E與2010版的規(guī)范性附錄B相對應(yīng)，主要修改內(nèi)容如下所述。

（1）表E.2增加了試樣寬度尺寸公差和平行長度最小值。該表給出了原始寬度分別為12.5，20，25mm的3種試樣，寬度公差均為±1mm,平行長度最小值分別為57，90，60mm。試樣編號P7修改為P17。

（2）表E.3增加名義寬度分別為10mm和15mm的兩種試樣。由于試樣原始橫截面積計算涉及試樣寬度和厚度，為此對表注a進行修改，將“原始橫截面積可以用名義值”修改為“原始橫截面積可以用試樣寬度的名義值計算得到”。該問題源自ISO 6892-1：2009。

（3）表E.4將2010版的“注”修改為正式條款。

2.12 規(guī)范性附錄G

規(guī)定厚度不小于3mm板材和扁材等試樣類型的規(guī)范性附錄G與2010版的規(guī)范性附錄D相對應(yīng)，主要修改內(nèi)容如下所述。

（1）G.2.1增加內(nèi)容：c)Lo+(bo/2)對于非比例試樣(見表G.3)(Lo為原始標距，bo為矩形橫截面試樣平行長度的原始寬度)。

（2）表G.3增加試樣寬度公差：名義寬度為12.5mm和20mm的試樣，寬度公差為±0.5mm;名義寬度為25，38，40mm的試樣，寬度公差為±0.7mm。P14(名義寬度為25mm)和P15(名義寬度為38mm)原始標距Lo 由50mm修改為200mm。

（3）表G.4注a與表E.3有類似的修改，將“原始橫截面積可以用名義值”修改為“原始橫截面積可以用試樣的橫向尺寸名義值”。

2.13 規(guī)范性附錄H

附錄H“管材使用的試樣類型”，主要修改內(nèi)容如下所述。

表H.1將2010版試樣編號為S4，S5和S6的試樣，由比例試樣修改為非比例試樣，試樣名義寬度不變。管原始外徑大于70mm的比例試樣，試樣名義寬度不再分檔，統(tǒng)一為20mm。

2.14 資料性附錄I

2010版標準提出：采用方法A測定上屈服強度或規(guī)定延伸強度時，如考慮試驗機系統(tǒng)的柔度，參見附錄F。資料性附錄F提供了考慮試驗機剛度(或柔度)后估算的橫梁位移速率的方法。該方法提出后，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)較大的爭議，如文獻提出剛度修正存在“把應(yīng)力-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線屈服段的高度修錯了，導致了測試結(jié)果出現(xiàn)偏高”的問題。

對照2010版標準，2021版標準的資料性附錄I有較大變化。首先，附錄名改為“考慮試驗機系統(tǒng)變形情況補償橫梁位移速率的估算”;其次，修改了補償橫梁位移速率的估算式并引入預(yù)備試驗，以及試驗在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上感興趣點處的速率參數(shù)。更多變化內(nèi)容見2021版標準。

2.15 其他

資料性附錄O“測量不確定度的評定”內(nèi)容也有修改，詳見2021版標準。

3、結(jié)語

(1) 2021版增加了彈性模量的測量方法及其相關(guān)術(shù)語和定義，以及采用JJG規(guī)程校準測力系統(tǒng)和引伸計，其他技術(shù)內(nèi)容無重大變化。

(2) 2021版修改了2010版中可能產(chǎn)生歧義的一些內(nèi)容，如：將方法A 修改為基于應(yīng)變速率的試驗速率，方法B修改為基于應(yīng)力速率的試驗速率，建議至少測量3次試樣原始橫截面積，試樣原始橫截面積為橫截面積的平均值，附錄E和G修改了計算原始橫截面積的相關(guān)規(guī)定以及對附錄I進行了較全面的修改。修改后的表述較為準確，便于實驗室正確理解和執(zhí)行。