力学性能试验

力学性能试验第二章力学性能试验取样基本知识（P18）第一节试样类型及取样原则（P18）一、取样依据：GB/T 2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》二、取样原则：1、取样对力学性能试验结果的影响；三要素：取样部位：1）加工过程中变形量各处不均匀2）材料内部各种缺陷分布和金属组织不均匀取样方向：材料在加工过程中金属是沿晶粒主加工变形方向流动，晶粒被拉长并排成行，夹杂也沿主加工变形方向排列，因此材料性能各向异性。

例如：纵向试样（试样纵向轴线与主加工方向平行）和横向试样（试样纵向轴线与主加工方向垂直）有较大差异：薄板材纵向试样抗拉强度，下屈服强度都高于横向试样，断面收缩率更是远远大于横向试样。

取样数量：1）某些力学性能指标对试验条件和材料本身的特性十分敏感，单个试样结果不足以为信，应采用最小的取样数量；2）试验结果的分散性及经济因素2、样品的代表性；一般性规定：GB/T 2975-1998专门的规定：产品材料标准和协议：①材料的平均性能；②取样方便；一般取其最危险、最薄弱的部位，因为最薄弱、最危险处的力学性能决定了产品的性能；此外受力状态与零部件的受力状态相一致；三、力学性能试验的试样类型：1、从原材料上直接取样：2、从产品（结构或零部件）的一定部位上取样；3、把实物作为样品。

四、样坯切取方法：无论用什麽方法都应遵循以下原则：（1）应在外观及尺寸合格的材料上取样，试料应有足够的尺寸，以保证机加工出足够的试样进行规定的试验及复验；（2）取样时，应对样坯和试样做出不影响其性能的标记，以保证始终能识别取样的位置和方向；（3）取样的方向应按材料标准规定或双方协议执行；（4）切取样坯时，应防止因过热、过冷、加工硬化而影响其力学性能及工艺性能。

如果过热了怎么办？比如，采用火焰切割法取样时，由于材料是在火焰喷嘴下熔化而使样坯从整体上分离出来，在熔化区域附近，材料承受了一个从熔化到相变点（723℃）以下温度变化区域，这一局部的高温将会引起材料性能的很大变化，所以切割样坯（样坯切割线至试样边缘）必须留有足够的切割余量。

这一余量的规定为：一般应不小于钢材的厚度或直径，但最小不得少于20mm，对厚度或直径大于60mm的钢材，切割余量可根据供需双方协议适当减少。

如果过冷了怎么办？比如，采用冷剪法切取样坯时，冷剪边缘会产生塑性变形，厚度或直径越大，塑性变形的范围也越大，所以切割样坯也应留有足够的剪割余量：表2-1 冷剪样坯所留加工余量五、试料状态，按材料标准规定，取样分为：1、交货状态取样：从产品成型和热处理完成之后取样，但虽然在热处理之前取样，但试料应在与交货产品相同的条件下进行热处理。

此时如需要矫直试料，应在冷状态下进行。

2、标准状态取样：按产品标准或订货单规定的生产阶段取样。

如必须对试料矫直，可在热处理之前进行热加工或冷加工，热加工的温度应低于最终热处理温度。

第二节金属材料试样轴线一、问题的提起：1、各向异性2、材料的在加工过程中的晶粒流向3、标准GB/T20832-2007《金属材料试样轴线相对于产品结构的标识》X——主要变形方向；Y——最小变形方向；Z——为X—Y平面的垂直方向。

二、无缺口试样的标识三、缺口（或预裂纹）试样的标识注意：铸件没有晶粒流动方向，应在零件图上明确标出试样的位置和取向，在试验结果中不做试样的取向标识。

第三节钢材的取样位置要求：W—材料的宽度；r—材料的半径t—材料的厚度(对型钢为腿部的厚度，对钢管、环、筒为壁的厚度)；T—横向试样或切向试样(试样的纵向轴线与主加工方向垂直)；R—材料的半径(对多边形条钢为内切圆半径)；d—材料的直径(对多边形条钢为内切圆直径)；L—纵向试样（试样的纵向轴线与主加工方向平行）或对角线长度或试料的长度；1）应在钢产品表面切取弯曲样坯，弯曲试样应至少保留一个表面，当机加工和试验能力允许时，应制备全截面或全厚度弯曲试样。

2）在型钢、条钢、钢板及钢管上切取冲击样坯时，应在一侧保留一个表面，冲击试样缺口轴线应垂直于该表面层，如图1所示；3）当要求取一个以上试样时，可在规定的相邻位置取样。

一、型钢取样位置1)对型钢（L型钢、槽钢、T型钢、工字钢、乙字钢等），应在腿长1/3处切取拉伸、弯曲和冲击样坯，但对于腿部有斜度的型钢（如工字钢、槽钢），应在腰部1/4处取样（经协商也可在腿部取样），如图2；图2在型钢腿部宽度方向切取样坯的位置2)型钢中切取拉伸样坯，应尽可能取腿部全厚度样坯，如试验机能力不够时，则在其样坯中心线厚度1/4或距底部12.5mm处取样，取两者数字较大者。

见图3；（a）t≤50mm (b)t≤50mm（c）t>50mm图3在型钢腿部厚度方向切取拉伸样坯的位置；型钢中冲击样坯的方向见图4。

图4 在型钢腿部厚度方向切取冲击样坯的位置二、条钢条钢包括圆钢、六角钢和矩形截面钢。

条钢取拉伸样坯时，如试验机能力允许时，应尽可能取全截面做拉伸试验，如试验机能力不够时，圆钢按图5和图6取样；六角钢按图7和图8；矩形截面钢按图9和图10取样；三、钢板对于钢板，应在宽度的1/4处切取拉伸、冲击和弯曲样坯，见图11和图12；图11在钢板上切取拉伸样坯的位置图12 在钢板上切取冲击样坯的位置四、钢管对于圆钢管，其拉伸和弯曲的取样位置见图13，其中对于焊管，当取横向试样检验焊接性能时，焊缝应在试样中部。

如试验机能力允许时，应尽可能取全尺寸试样做试验。

（如钢管尺寸不能满足要求，可将取样位置向中部位移。

）图13 在钢管上切取拉伸和弯曲样坯的位置圆钢管上切取冲击样坯的位置见图14；如果钢管尺寸允许，应切取10—5mm 最大厚度的横向试样，切取横向试样的钢管最小外径D min （mm ）按下式计算：D min =（t-5）+525.756 t如果圆钢管不能取横向冲击试样，则应切取10—5mm 最大厚度的纵向试样。

第四节焊接接头的取样力学性能用试样样坯一般都是从专门焊接的试板或管接头中切取，也可从结构件上切取。

一般有三种形式的取样：对冲击试样：1、缺口在焊缝的中心线上；2、缺口在熔合线上；3、缺口在开在热影响区第三章金属材料的拉伸试验（P32）GB/T228金属材料拉伸试验分为四个部分：————第1部分：室温试验方法；————第2部分：高温试验方法；————第3部分：低温试验方法；————第4部分：液氦试验方法。

第1部分的修改采用国际标准ISO6982-1：2009《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》(英文版)本标准对国际标准以下方面进行了修改和补充：（一）、在规范性引用文件中，本部分直接引用与国际标准相对应的我国国家标准；（二）、增加了规范性引用文件GB/T8170《数值修约规则与极限数值的表示和判定》，GB/T10623《金属材料力学性能试验术语》和GB/T22066《静力单轴试验机用计算机数据采集系统的评定》；（三）、将第7章中原始横截面积三次测量的最小值改为平均值；（四）、在第12章中增加了对于上、下屈服强度位置判定的基本原则；（五）、增加了第22章“试验结果数值的修约”；（六）、增加了规范性附录J逐步逼近方法测定规定塑性延伸强度（Rp）;（七）、增加了资料性附录K卸力方法测定规定残余延伸强度（Rr0.2）举例；（八）、对于附录B、附录C、附录D和附录E中比例试样和非比例试样的细节描述进行了相应修改；（九）、修改了测量不确定度的评定方法，形成附录L拉伸试验测量结果不确定度的评定。

一、概述：金属力学性能试验方法是检测和评定冶金产品质量的重要手段。

1、拉伸试验的三个基本变形阶段：弹性变形、塑性变形和断裂。

2、拉伸试验的条件：单轴（应力状态恒定）、温度恒定、静载（应变速率在0.0001~0.01S1-）3、拉伸试验还和其他力学性能指标有关：4、拉伸试验的依据：GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》5、试验温度：在室温10℃— 35℃范围内进行，对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。

第一节拉伸过程中的物理现象及有关术语一、物理意义：1、弹性变形阶段：1）弹性变形（oa）；特点：伸长与载荷的变化遵从虎克定律，正比例线性关系。

2）滞弹性变形（ab）；特点：正比例关系已破坏，是非线性阶段，即滞弹性变形，此时试样的变形仍然是弹性。

2、塑性变形阶段：1）屈服前微塑性变形（bc）；特点：试样开始出现连续均匀的微小塑性变形，卸除力后，试样变形不完全消失，不容易与滞弹性变形区分。

2）屈服阶段（cde）；特点：试样在受拉伸外力的作用产生了较大的塑性变形。

cd急剧下降, de载荷在微小范围内波动c点是上屈服，FeH，e点是下屈服，FeL，这就是金属材料从弹性变形过度到塑性变形的一个明显标志。

3）均匀塑性变形阶段（ef）；特点：随着变形量的增加材料不断被强化，这种现象称为应变硬化。

ef不断上升。

4）局部塑性变形阶段(fg)；特点：某个截面上产生了局部塑性变形，截面积快速减小，产生缩颈；3、断裂阶段：1）断裂；特点：外力继续增加就断裂；f点就是局部缩颈开始点，其所对应的力Fm为试样在拉伸过程中所能承受的最大外力。

二、术语：（一）与标距有关的术语：1、平行长度：试样平行缩减部分的长度。

2、试样标距：原始标距Lo ：试验前，测量试样伸长所标记的标距长度。

引伸计标距Le ：测量试样延伸所使用的引伸计标距的长度。

断后标距Lu ：试样拉断后，将断口紧密地配接在一起时，试样原始标距部分的长度。

（二）与应力有关的术语1、屈服强度；本标准不采用，用上、下屈服强度①上屈服强度：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。

R eH =So eH F ,N/mm 2（MPa ） ②下屈服强度：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力。

R eL =So eLF ,N/mm 2（MPa ） 2、规定延伸强度：1）规定塑性延伸强度Rp ：试样引伸计标距部分的塑性延伸达到规定的引伸计标距百分率时的应力。

Rp0.2=So F 0.2p N/mm 2（MPa ） 2）规定总延伸强度Rt ：试样引伸计标距部分的总延伸达到规定的引伸计标距百分率时的应力。

3）规定残余延伸强度Rr ：试样卸除外力后，引伸计标距部分的残余延伸达到规定的引伸计标距百分率时的应力。

3、抗拉强度：试样受外力（屈服阶段之前不计）拉断过程中所承受的最大名义应力。

Rm=S0Fm N/mm 2（MPa ）；（三）与伸长或延伸有关的术语：1、伸长率：（只与试样原始标距L0有关）1）断后伸长率A ：原始标距部分的伸长与原始标距的百分率。

A=Lo Lo Lu ×100%; %2）断裂总伸长率At ：3）最大力的下非比例伸长率Ag ；4）最大力下的总伸长率Agt ；2、延伸率：（与引伸计标距Le 有关）1）非比例延伸率；2）残余延伸率；3）总延伸率；4）屈服点延伸率Ae ；（四）其他术语;1、断面收缩率Z ：试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分率。