金属材料拉伸试验试验速率对试验结果的影响

金属材料拉伸试验试验速率对试验结果的影响
摘要：GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》颁布后，由于标准中对拉伸试验速率提出两种试验速率控制方式：应变速率控制的试验速率（方法A），应力速率控制的试验速率（方法B）。

为研究两种试验速率对金属材料拉伸试验结果的影响，做一比对试验，旨在研究试验速率对试验结果数据是否有影响。

试验结果表明，两种试验速率控制方式对金属材料拉伸中常规力学性能试验结果影响不大。

关键词：应力速率、应变速率、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力下的总延伸率、平行长度、横梁位移速率
Abstract: the GB/T228.1-2010 “metal materials tensile test part 1: room temperature testing method on after promulgated, because in the standard of tensile test rate proposed two test rate control mode: strain rate control test rate (method A), stress rate control test rate (method B). As the research two test rate on the metal materials tensile test of the outcome, do a comparison test, aims to experiment to test results data rate whether have influence. Test results show that the two test rate control way for metal materials by conventional mechanical test results the impact is not big.
Keywords: stress rate, strain rate, yield strength, tensile strength and elongation at break, the most strongly after total elongation, parallel length, beam displacement rate
1.前言
GB/T228即金属材料拉伸试验方法，该标准是金属材料力学性能最基本、应用最广泛的试验方法。

2011年12月1号起，新版标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》实施，新版标准同旧版标准（GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》）有较大改动，其中最为显著一点是增加了试验速率的控制方法：方法A应变速率控制方法。

方法A是为了减小测定应变速率敏感参数（性能）时的试验速率编号和试验结果的测量不确定度。

为了了解方法A应变速率控制方法、方法B应力速率控制方法对力学性能试验结果的影响，特做一比对试验。

本试验采用金属材料检测中最为常见的牌号为HRB335，直径14mm热轧带肋钢筋取10根分两组，分别用方法A、方法B进行试验。

测定钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力下的总延伸率，并做数理统计对比计算组间相对偏差，以其判断方法A、方法B对试验结果的影响。

2.试验概况
2.1试验准备
从同一根牌号HRB335，直径14mm外观符合GB/T1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》规定的热轧带肋钢筋上，按标准规定截取10根长度500mm的钢筋，截取试样时，应去除端头部分，并避免热切割。

将10根样品随机分为两组，并对其编号1-10，贴上标签，避免锈蚀损伤待试验用。

2.2试验设备
本试验使用SH-250试样划线机进行划线，用精度0.02mm游标卡尺测量断后标距，拉伸试验用SHT4106微机控制电液伺服万能试验机进行控制，试验机最大负荷为1000kN，设备精度为1级。

2.3试验过程及注意事项
为减小环境温度变大给试验带来误差，试验过程中，使用空调将环境温度控制在25℃，并记录环境温度。

试验操作过程有同一试验人员完成。

使用划线机对1-10号样品平行长度段划线，划线间距为10mm。

试验加载链装配完成后，试样两端被夹持前，应设定力测量系统的零点。

将1-5号样品用方法A进行试验。

由于试验设备为微机控制电液伺服万能试验机，试验过程控制由PowerTestV3.4-SHT软件自动控制，需编辑试验控制方案。

方法A试验控制方案编辑过程如下，因本试验设备无法直接测量应变控制速率，按标准规定，可以根据平行长度估计的应变速率，即通过控制平行长度与需要的应变速率相乘得到的横梁位移速率来实现，本试验方案采用此方法。

试验过程中平行长度控制为280mm，根据此方法，计算出不同阶段横梁位移速率所需设定值如下：上屈服强度ReH或规定延伸强度Rp、Rt和Rr的测定，采用推荐速率0.00025s-1，计算得横梁位移速率为0.07mm/S；下屈服强度ReL和屈服点延伸率Ae的测定，采用推荐速率0.00025 s-1，计算得横梁位移速率为0.07mm/S；抗拉强度Rm，断后伸长率A，最大力下的总延伸率Agt的测定，采用推荐速率0.0067 s-1，计算得横梁位移速率为1.876mm/S。

按计算出的横梁位移速率设置试验方案，进行试验，测量断后标距，并按序号1-5号记录屈服点应力、最大力、断后标距等原始数据，计算屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力总延伸率。

将6-10号样品用方法B进行试验。

方法B试验控制方案编辑如下，上屈服强度ReH，设定应力速率为18MPa/s；下屈服强度ReL，设定横梁位移速率为0.07mm/S；抗拉强度Rm，断后伸长率A，最大力下的总延伸率Agt的测定，采用横梁位移速率为1.876mm/S。

按以上速率设置试验方案，进行试验，测量断后标距，并按序号6-10号记
录屈服点应力、最大力、断后标距等原始数据，计算屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力总延伸率。

3.试验结果及分析
3.1试验结果数据
为使计算更加精确，将屈服强度及抗拉强度修约至1MPa，断后伸长率仍修约至0.5%。

对于方法A,计算1-5号试样试验结果算术平均值得：
屈服强度：366.2MPa；抗拉强度：550.0MPa；断后伸长率：32.6%。

对于方法B,计算6-10号试样试验结果算术平均值得：
屈服强度：366.8MPa；抗拉强度：551.2MPa；断后伸长率：31.6%。

查询GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》附录L，在合格试验室环境条件且仪器设备精度同标准规定一致的条件下，拉伸试验测量结果不确定度有：下屈服强度的相对扩展不确定度 2.3%，抗拉强度的相对扩展不确定度为1.9%，断后伸长率的相对扩展不确定度为4.1%。

3.2试验结果分析
我们发现，方法A的屈服强度及抗拉强度测试结果对比方法B都偏小一点，同时断后伸长率方法A测试结果相对方法B偏大一点。

结合试验过程，方法A 在弹性段的相对速率要慢于方法B，在强度测试时加荷速率的瞬时效应较小，对材料性能测试结果的反映即为强度测试值会有略微降低，同时由于弹性段速率较慢，使得材料弹性形变更为完全，对材料性能测试结果则反映为断后伸长率测试值略微增大。

不过，将方法A、方法B试验结果相对偏差同测量相对扩展不确定度进行对比，我们发现两种试验方法试验结果相对偏差皆小于相对扩展不确定度。

即虽然两种不同试验方法对试验结果有一定影响，但是在同一试验室、同一环境、相同仪器设备、同一人员操作条件下，方法A和方法B试验结果偏差不会超出测量相对扩展不确定度的范围，即可认为两种试验方法测试结果为一致，对试验结果不会造成偏差。

4.结语
新版拉伸试验方法标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中规定两种试验方法，应变速率控制的试验方法（方法A）和应力速率控制的试验速率（方法B）。

不同试验室可以根据自身条件选择试验方案，
在相同条件下，两种试验方法对试验结果的影响较小，可认为两种试验方法对试验结果不会造成偏差。

参考文献：
[1]GB/T228.1-2010，金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法．北京：中国标准出版社，2011
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。