金屬拉伸試樣的類型和尺寸

金屬拉伸試樣的類型和尺寸

1拉伸試樣的標(biāo)準(zhǔn)在材料的伸展試驗(yàn)中，根據(jù)試驗(yàn)的金屬材料的形狀和大小，金屬伸展試驗(yàn)可根據(jù)截面的形狀分為三種類型：圓形、矩形和形狀。由于試樣的橫截面形狀對(duì)拉伸性能的測(cè)定有影響(如同一材料,圓形橫截面試樣的斷后伸長(zhǎng)率比矩形橫截面試樣高),為使試驗(yàn)結(jié)果能夠相互比較,同時(shí)便于試驗(yàn)機(jī)夾具的設(shè)計(jì)制造,各國(guó)拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)拉伸試樣的類型和尺寸進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定,拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)金屬產(chǎn)品的特性、品種、規(guī)格尺寸和試驗(yàn)?zāi)康倪x定不同的試樣類型和尺寸。美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中涉及金屬拉伸試樣的標(biāo)準(zhǔn)有ASTME8-04金屬材料拉伸試驗(yàn)方法(英制)和ASTME8M-04金屬材料拉伸試驗(yàn)方法(公制)。由于美國(guó)是采用英制單位的國(guó)家,1924年首次發(fā)布的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTME8-24采用的就是英制單位。到了1977年,為適應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用的形勢(shì),ASTM將采用公制單位的E8M從E8中獨(dú)立出來,形成一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。這一作法不同于ASTM的大多數(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)往往在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中包含英制和公制兩種單位制,如ASTMA36/A36M碳素結(jié)構(gòu)鋼),這是因?yàn)镋8和E8M兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容上有少許差異:E8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圓形橫截面試樣的標(biāo)距為4倍直徑(4D),而E8M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)距則與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO6892相同,為5倍直徑(5D)。由于E8M是從E8中脫胎而來的,因此,E8M標(biāo)準(zhǔn)中拉伸試樣尺寸的數(shù)值是根據(jù)E8標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值經(jīng)過換算并修約成整數(shù)得到的,兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的試樣尺寸并非完全相同,如E8標(biāo)準(zhǔn)中的0.5in.,2in.和8in.,在E8M中就分別為12.5mm,50mm和200mm。此外,E8和E8M除圓形橫截面試樣的標(biāo)距不同外,其它試樣尺寸基本相同,考慮到ASTM產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中以公制和英制單位表示的數(shù)值都被看作是標(biāo)準(zhǔn)值,故筆者主要介紹E8M標(biāo)準(zhǔn)中的試樣形狀和尺寸,同時(shí)也介紹了E8標(biāo)準(zhǔn)中圓形橫截面試樣的尺寸,并將ASTM拉伸試樣與GB/T228—2002中的拉伸試樣作一簡(jiǎn)單的對(duì)比。2astm拉伸試樣橫截面尺寸的測(cè)量,金屬拉伸試樣加工應(yīng)滿足以下要求。(1)試樣的平行段應(yīng)光滑,無加工硬化,不得有缺口、刀痕、毛刺等缺陷。(2)矩形橫截面試樣的平行段應(yīng)適當(dāng)修棱,以免其實(shí)際橫截面積與計(jì)算值相差過大。(3)脆性材料夾持部分與平行段間應(yīng)有較大半徑的圓弧過渡。(4)為保證斷裂在標(biāo)距內(nèi),應(yīng)通過機(jī)加工使試樣中間橫截面積最小,因此,允許試樣平行段兩端到中間有小的錐度。由于有了這一要求,因此,ASTM拉伸試樣橫截面尺寸僅需在試樣平行段中間處進(jìn)行測(cè)量,同時(shí),ASTME8和E8M標(biāo)準(zhǔn)中均無用移位方法測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率的規(guī)定。試樣平行段兩端到中間有小的錐度是ASTM拉伸試樣與GB/T228-2002拉伸試樣的差異之一。3伸展樣品的類型和尺寸(1)試樣形狀方差金屬板材拉伸試樣,包括薄板拉伸試樣的形狀見圖1,尺寸見表1。板材拉伸試樣的頭部形狀和尺寸可按試驗(yàn)機(jī)夾頭設(shè)計(jì),對(duì)于強(qiáng)度高或用普通楔形夾頭夾持有困難的材料,還可選用頭部帶銷孔的試樣。板材拉伸試樣的尺寸公差和形狀公差要求如下。1)板材、薄板和小試樣兩端寬度差分別應(yīng)≯0.10,0.05和0.02mm,試樣兩端與中間的寬度差應(yīng)≯1%。2)板材、薄板和小試樣頭部與平行段中心線應(yīng)分別在2.5,0.25和0.13mm內(nèi)對(duì)稱,仲裁試驗(yàn)時(shí),薄板試樣的頭部應(yīng)在0.2mm內(nèi)對(duì)稱。3)三種試樣過渡半徑公差應(yīng)在1.25mm以內(nèi),端部?jī)蓤A弧曲率中心應(yīng)相互垂直,公差在2.5mm以內(nèi)。與GB/T228-2002中的板材試樣相比,ASTM板材拉伸試樣的最大特點(diǎn)是只有定標(biāo)距試樣而無比例試樣,且試樣的種類只有3種,其中寬度為40mm的試樣適用于厚度≥5mm的板材,寬度為12.5mm和6mm的試樣分別適用于厚度≤19mm和6mm的板材。(2)圓形拉伸試樣的尺寸和強(qiáng)度ASTME8和E8M標(biāo)準(zhǔn)中圓形拉伸試樣的形狀相同,見圖2。由于標(biāo)距不同,兩者的尺寸有差異,見表2。除表2所列的尺寸外,如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范有要求,也可使用其它直徑的樣品,但其標(biāo)距應(yīng)分別為4D(英制單位)和5D(公制單位)。只有當(dāng)材料不足或雙方同意作為驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí),方可使用表2中直徑<6mm的試樣。圓形拉伸試樣的頭部可分別為單肩、雙肩和螺紋形狀,頭部的形狀和尺寸可根據(jù)試驗(yàn)機(jī)夾具和試樣材料的特性進(jìn)行選用。該試樣平行段允許從兩端到中間逐漸減少,但兩端部的直徑與中間相比,應(yīng)≯1%。當(dāng)用英制量具進(jìn)行尺寸測(cè)量時(shí),ASTME8也允許以上試樣的直徑分別加工成0.505,0.357,0.252,0.160和0.113in.,其原因是這些直徑的試樣橫截面積分別為0.200,0.100,0.0500,0.0200和0.0100in.2,這樣,計(jì)算試樣強(qiáng)度時(shí),只須將起載荷值分別直接乘5,10,20,50和100即可。與GB/T228-2002相比,ASTME8M僅在具體尺寸上有差異,由于都是5倍直徑的標(biāo)距,故兩者的斷后伸長(zhǎng)率可以相互比較。而ASTME8標(biāo)準(zhǔn)中的試樣標(biāo)距為4倍直徑,這種試樣的斷后伸長(zhǎng)率數(shù)值不能和GB/T228-2002相比較。此外,不管是ASTME8還是E8M,它們都是只有一種比例系數(shù)的試樣,而不像GB/T228-2002,有短比例和長(zhǎng)比例兩種試樣。(3)astm試驗(yàn)和縱向形貌結(jié)構(gòu)試驗(yàn),主要適用于各種尺寸和尺寸管材試樣可以為全壁厚縱向弧形試樣(見圖3),全截面管的拉伸試樣,全壁厚橫向試樣,或機(jī)加工圓形試樣(見圖2)。對(duì)于管材,如果試驗(yàn)機(jī)的噸位足夠,采用全尺寸管截面的拉伸試樣是標(biāo)準(zhǔn)的方法。如果試驗(yàn)機(jī)噸位限制,對(duì)于標(biāo)稱外徑<25mm的小規(guī)格管材也應(yīng)采用全截面管拉伸試樣。此時(shí),ASTME8選用的標(biāo)距為4倍管材外徑(4D),ASTME8M選用的標(biāo)距為5倍管材外徑(5D)。值得注意的是,這里的4D和5D并不是說明ASTM全截面管拉伸試樣是比例試樣,GB/T228-2002全截面管拉伸比例試樣的標(biāo)距分別為L(zhǎng)0=5.65S0??√L0=5.65S0(短比例標(biāo)距試樣)和L0=11.3S0??√L0=11.3S0(長(zhǎng)比例標(biāo)距試樣),全截面管試樣的S0不僅與外徑D有關(guān),還與壁厚有關(guān),因此,ASTM相同外徑、不同壁厚管材的斷后伸長(zhǎng)率仍不能直接比較。對(duì)于大直徑管材,壁厚較薄時(shí)選用全壁厚縱向弧形試樣,其尺寸見表3。ASTM縱向弧形試樣也是只有定標(biāo)距試樣而無比例試樣?？v向弧形拉伸試樣的尺寸公差和形狀公差要求如下。1)七種試樣兩端寬度差分別應(yīng)≯0.10mm,試樣平行段允許從兩端到中間逐漸減少,但兩端部的寬度與中間相比,應(yīng)≯1%。2)試樣頭部應(yīng)與平行段中心線對(duì)稱,對(duì)于1號(hào),4號(hào)和5號(hào)試樣偏差不大于1.0mm,對(duì)于2號(hào),3號(hào),6號(hào)和7號(hào)試樣偏差≯2.5mm。3)七種試樣過渡半徑公差應(yīng)在1.25mm以內(nèi),端部?jī)蓤A弧曲率中心應(yīng)相互垂直,公差在2.5mm以內(nèi)。縱向弧形試樣在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用曲面夾頭,或者采用冷加工方式將試樣兩頭部壓扁。(4)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣做鑄鐵拉伸試驗(yàn)時(shí),應(yīng)使用圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)圓形拉伸試樣或圖4所示的鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣(試樣尺寸見表4)。做可鍛鑄鐵拉伸試驗(yàn)時(shí),應(yīng)用圖5所示的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。做模鑄件拉伸試驗(yàn)時(shí),應(yīng)用圖6所示的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。(5)機(jī)加工拉伸試樣粉末冶金制品拉伸試樣分為無機(jī)加工(壓制)扁形拉伸試樣(見圖7,壓制面積為645mm2)和圓形機(jī)加工拉伸試樣(見圖8,壓制面積為752mm2)。值得一提的是粉末冶金制品圓形機(jī)加工拉伸試樣也是定標(biāo)距試樣。(6)截面縮減和直徑和兩平面間距離對(duì)于絲材、條材和棒材等長(zhǎng)度方向截面積均勻的材料,可選用全截面拉伸試樣。為保證斷裂產(chǎn)生在標(biāo)距以內(nèi),允許采用砂紙研磨或機(jī)加工等方式,在不