JIS Z 2241-1998 金属材料拉伸试验方法(中文版)

日本工业标准JIS
JIS Z 2241-1998
导言本日本工业标准是基于ISO 6892:1984金属材料――拉伸试验，通过翻译国际标准的相应部分制定而成，对国际标准的技术内容未作修改。

在这次修订中，把应力速率的上限规定为50％/min，为的是和国际标准保持一致。

本标准也规定了应力速率为＞50％/min～80％/min内容，为的是和日本工业标准的材料和产品标准保持一致。

1 适用范围此日本工业标准规定了金属材料拉伸试验方法。

注：以下标准为相应的国际标准：
ISO 6892:1984金属材料――拉伸试验
2 引用标准本标准在条文中适当处引用了下列标准中的条款。

应该引用下列标准的最新版本。

JIS B 7721 拉力试验机应力测量系统的校验
JIS B 7741 单轴试验用引伸计的标定
JIS G 0202 铁和钢术语（试验）
JIS Z 2201 金属材料的拉伸试验试样
JIS Z 8401 数字修约规则
3 定义JIS G 0202中规定相关定义和以下定义适用于本标准：
a)标距【gauge length】测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度。

1)原始标距【original gauge length(L o)】施力前的试样标距。

2)断后标距【final gauge length(L u)】试样断裂后的标距。

b)引伸计标距【extensometer gauge length(L e)】用引伸计测量试样伸长时所用试样的平行长
度部分长度（这个长度不同于L o，应该比b、d或管状试样的外径大，但是要比试样平行长度部分短。

这里，b：板状试样平行部分的宽度，或从管材轴向上截取的试样的平均宽度，或棒状试样的宽度。

d：圆形截面试样的直径。

c)伸长【elongation】试验期间任一时刻原始标距的增量。

d)伸长率(%)【percentage elongation】原始标距的伸长与原始标距(L o)之比的百分率。

1)残余延伸率(%)【percentage permanent elongation】卸载后原始标距的伸长与原始标距
(L o)之比的百分率。

2)断后伸长率(%)【percentage elongation after fracture(A)】断后标距的残余伸长（L u
－L o）与原始标距（L o）之比的百分率。

备注 1 对于比例试样，若比例系数不为5.65，符号A应附以下脚注说明所使用的比例系数。

2 对于非比例试样，符号A应附以下脚注说明所使用的原始标距，以毫米（mm）表示。

3)断裂总伸长率(%)【percentage total elongation at fracture(A t)】断裂时刻原始标距
的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）与原始标距(L o)之比的百分率。

4)最大力伸长率(%)【percentage elongation at maximum force】最大力时原始标距的伸
长与原始标距（L o）之比的百分率。

应区分最大力总伸长率（A gt）和最大力非比例伸长率
（A g）。

5)屈服点延伸率(%)【percentage yield point elongation】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伸长与引伸计标距（L e）之比的百分率。

屈服点延伸率(%)会因材料的时效作用而变化。

e)断面收缩率【percentage reduction of area】断裂后试样横截面面积的最大缩减量与原始横
截面之比的百分率。

f)最大力【maximum force(F m)】试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。

对于无明显屈服（连
续屈服）的金属材料，为试验期间的最大力。

g)应力【stress】试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积（S o）。

1)抗拉强度【tensile strength(R m)】相应最大力(F m)的应力。

2)屈服强度【yield stress】当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而
力不增大的应力点，应区分上屈服强度和下屈服强度。

2.1）上屈服强度【upper yield stress（R eH）】试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。

2.2）下屈服强度【lower yield stress（R eL）】在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。

3)非比例延伸强度【proof stress of non proportional elongation（R p）】非比例延伸率
等于规定的引伸计标距百分率时的应力。

使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率。

4)规定总延伸强度【proof stress，total elongation（R t）】总延伸等于规定的引伸计标距
百分率时的应力。

使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率。

5)规定残余延伸强度【permanent set stress（R r）】卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸
计标距百分率时对应的应力。

使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率。

4 原理试验系用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，测定规定的一项或几项力学性能。

5 试样对拉伸试样的规定如下：
a)除非另有规定，否则拉伸试样应符合JIS Z 2201的规定。

b)试样的取样和制备应该按相关的日本工业标准的规定进行，在试样的取样和制备过程中应避免
变形和温度对试样力学性能的影响，特别是在测量上屈服强度、下屈服强度或延伸强度时注意避免这些因素的影响。

当试样采用剪切或冲压加工时，会存在冷作硬化对性能的影响，所以必须对试样平行部分进行精加工，以除去此影响区。

c)试样要避免校直、但在必要时，也可用一些不会影响试样机械性能的方法来校直。

d)通常，要用冲头在试样表面打出标记，或划细线作标记。

然而，对于对划痕敏感或极硬的试样
不宜这样操作，而是在试样表面涂一层漆后划线。

备注：如果用引伸计测量伸长，就没有必要做标距标记。

6 拉伸试验机拉伸试验机应该符合以下规定：
a)拉伸试验所用的试验机应选取日本工业标准JIS B 7721中的1级或以上级别。

b)试验机安装在刚性基础上，使其轴线通过夹头中心。

c)试验机经大修、更换主要部件、检修后，必须按日本工业标准JIS B 7721规定检验后才能使用。

d)一般情况下，根据使用情况，要求每隔一段时间，要对机器的准确度进行校验。

7 试验要求试验应该符合以下规定：
7.1 试验载荷试验时，由于试样是用夹头夹住来加载的，因此，所加载荷一定要在轴线上。

7.2 试验速度加载速度要均匀，试验时应指明加载速率、变形速率及加载所需时间，加载速率的
选择应该符合以下规定：
a)对于加载速度对所测性能影响大的材料，在进行拉伸试验时，加载速度应根据该材料标准中的
要求而定。

在没有特别规定的情况下，加载速度按b）和c）的要求来选择，以对载荷及变形进行精确测量。

b)在测量上屈服强度、下屈服强度、屈服强度时，在各自规定的强度1/2以下，可用任一较合适
的加载速度加载。

但当超过规定强度1/2直到达到上屈服点、下屈服点、屈服强度，其平均应力速率，对钢来说应为3N/（mm2・S）～30N/（mm2・S），对于铝及铝合金来说，应不大于30N/（mm2・S）。

c)当不必测量上屈服点、下屈服点或屈服强度时，在测量抗拉强度、断后伸长、断面收缩率过程
中，达到规定的抗拉强值1/2之前，可用任一合适的速度加载；但当超过规定的抗拉强度1/2后，对于钢来说，试样平行部分的平均应变速率应为20％/min～50％/min，对于铝及铝合金，试样平行部分的平均应变速率应不超过50％/min。

若在测量上屈服点、下屈服点或屈服强度之后继续测量抗拉强度，后阶段的应变速率应按以前述规定。

备注 1 应变速率＞50％/min～80％/min下的试验速度应该符合相应的JIS的材料标准规定。

2 应变速率可以使用引伸计测定。

7.3通常试验温度限制在10℃～35℃。

如有特殊要求，可将试验温度限制在23±5℃。

但是，对于某些热敏材料，试验温度按相应的JIS的材料标准规定。

8 测定平行部分原始截面积、标距、屈服强度、延伸强度、抗拉强度、屈服延伸、断后伸长和截面收缩面积。

a)试样平行部分原始截面积的测定应该符合以下规定：
1)除管状试样外，试样平行部分原始截面积应在标距的两端和中心部位测量，然后得出平均
值。

但是，对于有锥度的试样，试样的原始截面积应在试样的细端部测量。

对于管状试样，试样的原始截面积应在试样端部测量。

2)对于圆形或管状试样，测定原始截面积时，测得的直径应该是二个相互垂直方向直径的平
均值。

测量管状试样横截面的厚度时，应在管端圆周上测量不少于三个值，然后取其平均值。

备注：管状试样内外直径差的平均值是测量二个相互垂直方向上，四个地方壁厚所得的平均值）
3)为了测定一原始横截面积，测量相应的直径、宽度及厚度时，测量精度至少达到所测尺寸
的0.5%。

如2mm的尺寸、至少达到0.01 mm。

4)对于圆形或矩形截面试样，精加工时，也要严格控制尺寸精度，其尺寸变化（最大值减去
最小值）不能超出表1所给出的误差范围。

测量原始截面积尺寸时，可以只测一个部位，
而不是按1）中所述，测量三个部位，然后取其平均值。

经精加工后的试样平行部分尺寸与公称尺寸之差不超过表1中所规定的偏差，这时，试样原始横截面积可以用公称尺寸来计算。

表1 试样尺寸的允许偏差
单位：mm 圆形截面试样厚度不小于6mm的矩形截面试样厚度小于6mm的矩形截面试样
公称直径偏差公称厚度偏差公称宽度偏差公称厚度偏差公称宽度偏差10～＜12 0.0256～＜12 0.0225～＜400.050.6～＜1.20.002 12.5～＜25 0.02 12～＜16 0.03 12～＜20 0.04≥40 0.10 1.2～＜2.50.004 ≥25 0.04≥16 0.04 ≥20 0.05- - 2.5～＜6 0.01 - -
b)测量试样标距时，要选用合适的测量仪器，其精度至少要达到公称标距的 0.4%。

当使用标距标记器或引伸计时，要按上述规定对其标距进行校正。

如果引伸计的标距不大于公称标距的1.0%，公称标距可以作为原始标距。

c)上屈服强度及下屈服强度的计算应该通过下式计算来求得：
对于上屈服强度
σSU=F SU/A0
对于下屈服强度
σSL=F SL/A0
上式中，σSU ：上屈服强度（N/mm2）；
σSL：下屈服强度（N/mm2）；
F SU： 1）中所述的最大力（N）；
F SL： 2）中所述的最小力（N）；
A0： a）中所述的试样原始截面积；
如果不担心引起混乱，σSU和σSL可以写成σS。

1)为了测定上屈服强度，需要测出试样平行部分开始屈服时的最大载荷F SU（N）（例如，在装
有测力刻度盘的材料试验机上，发现测力刻度盘上指针停止或往回走时，此时的载荷即为
F SU，可以从刻度盘上读出）。

2)为了测定下屈服强度，需要测出试样平行部分开始屈服时的恒定载荷F SL（N）（例如，在装
有测力刻度盘的材料试验机上，发现测力刻度盘上指针停止或往回走时，此时的载荷即为
F SL，可以从刻度盘上读出）。

d)延伸强度的计算应该通过下列方法求得：
1)规定非比例延伸法
σε=Fε/Ao
上式中，σε：用规定非比例延伸法计算得的伸长强度值（N/mm2）；
Fε：使用引伸计绘制载荷—伸长曲线，从表示伸长的轴（横轴）表示规定非比
例延伸(ε%)的点作平行于曲线最初阶段直线部分的直线，此直线与曲线的
交点即可读出Fε（N）（见图1a）；
A0：a）中所述的试样原始截面积（mm2）；
为了记录，应用引伸计记录纸记录伸长数值。

应使用JIS B 7741规定的等级2的引伸计，或更高级别的引伸计。

备注：例如，计算规定非比例延伸ε＝0.2％时的延伸强度：
σ0.2=F0.2/Ao
2)规定残余延伸法
规定残余延伸强度的验证：试样施加相应于规定残余延伸强度的力，保持15秒，卸力后验证残余延伸率未超过规定的百分率（见图1b）。

3)规定总延伸法
在规定残余伸长ε%的力（Fλ）产生的总延伸λ%已知的情况下，可用下述方法求得延伸强度（见图1c）。

σε(λ)=Fλ/Ao
上式中，σε(λ)：用规定总延伸法计算得的延伸强度值（N/mm2）；
Fλ：加载过程中，伸长达到总延伸λ%时的延伸强度（N）；
A0：a）中所述的试样原始截面积（mm2）；
为了记录，应用引伸计记录纸记录延伸数值。

应使用JIS B 7741规定的等级2的引伸计，或更高级别的引伸计，精度可以达到测量长度±2%或±10μm。

图1 测定伸长强度的方法
e) 抗拉强度应该通过下式求得：
σB =Fmax/Ao
上式中，σB ：抗拉强度（N/mm 2）
； Fmax ：最大载荷（N ）；
A 0：a ）中所述的试样原始截面积（mm 2）
； f) 在测量上屈服强度、下屈服强度、延伸强度，抗拉强度时，载荷值读数应精确到测量值的0.5%。

屈服强度，延伸强度、抗拉强度值应符合JIS Z 8401的规定四舍五入成整数。

g) 屈服延伸应该通过下式求得：
λr=λSL -λSU
上式中，λr ：屈服延伸（％）；
λSU ：通过引伸计测得的载荷—应变曲线上的上屈服强度处的总延伸值(%)；
λSL ：引伸计测得的载荷—应变曲线上，屈服应力开始持续上升并超过上屈服强度
处的总延伸值(%)。

应使用JIS B 7741规定的等级2或更高级别的引伸计，引伸计标距应该等于试样的标距。

应按JIS Z 8401的规定对屈服延伸进行修约，修约到小数点后1位小数。

h) 断后伸长率应该通过下式求得：
δ=（L-Lo ）/Lo ×100
上式中，δ：断后伸长率（％）；
L ：试样断裂后，小心地将其接在一起，中心线在一条直线上，然后测得标记点
间距离值（mm ）；
Lo ：原始标距（mm ）。

当用引伸计测量断后伸长率时，如果没有特别规定，断裂时的总的伸长可以等于上述的L
值。

所用引伸计的标距等于试样标距，且测量误差为标距的±0.5%。

应按JIS Z 8401的规定对断后伸长率进行修约，修约为整数。

如果标距超过100mm ，应该
保留到更精确的数位。

备注：如果出现如图2所示的断裂，断裂的部分能很好的配合在一起，以标距二标点间的距离(包
括裂口CP 的长度) 计算断后伸长率。

伸长
伸长伸长规定非比例伸长ε%
a) 规定非比例伸长法 规定残余伸长规定总伸长λ% b) 规定残余伸长法c) 规定总伸长法
图2 断后伸长率的测定
i) 按以下规定测定断面收缩率
1) 断面收缩率应该通过下式求得：
φ=（Ao-A ）/Ao ×100
上式中，φ：断面收缩率（％）；
A ：试样断裂后，小心地将其接在一起，中心线在一条直线上，然后按a ）中的
规定测得最小截面积（mm 2）
； Ao ：按a ）中的规定测得原始截面积（mm 2）。

2) 为了测量断面收缩率，应该应用圆形截面试样。

3) 断面收缩率数值按JISZ8401标准，四舍五入成整数。

j) 为了说明试样断裂部位，必要时，用下列符号对拉伸试验结果作附录补充。

A ：表示断裂部位在二标距标记之间，离中心1/4标距之内。

(图3中的A 部位)
B ：表示断裂部位在二标距标记之间，距中心不在1/4标距之内，(如图3中的B 部位)
C ：表示断裂部位在二标距标记点之外(如图3中的C 部位)。

图3 断裂部位的分类
A 、
B 、
C 的具体位置可以在断裂后参照标距的长度标定。

资料性参考：
关于断后伸长率的估算：在断裂发生在试样二标距标记之间的正常断裂情况下，可应用下列方法进行断裂试样的断裂伸长估算。

此处是断裂部位j ）中所述的B 位置(见资料性参考图1)。

资料性参考图1 断后伸长率的估算
a) 首先把试样标距分成若干合适的等分，并将这些记号划在同一条直线上。

b) 试样断裂后，将断裂部分合起来，求出以断裂处(P)点为对称中心的标距标记（O 1）
的对称点(A)，然后测量O 1A 的长度。

c) 观察较长断裂段上标距标记点O 2和A 间的划痕号数(n)，找出O 2和A 的中心点B 。

若n 为偶数，
则此中点B 为从A 到O 2的第n/2个划痕；若n 为奇数，则以第(n —1)/2和第(n+1)/2号划痕的中心点为B 点，测出AB 长度。

裂口
标距
d)用下式估算断后伸长率。

断后伸长率估算值(%)=（O1A+2AB-标距）/标距×100 上式中，O1A：O1和A点的距离（mm）；
AB：A和B点的距离（mm）；
标距：原始标距长度（mm）。

9 试验报告当要求试验报告时，相关双方协商同意，应该选择以下内容。

a)本标准的引用标准；
b)试样数目；
c)试样类型；
d)试样的取样位置；
e)试样的取样方向；
f)试验结果；
g)材料类型。