国家标准《铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》 编制说明.docx

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国家标准《铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》编制说明

《铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》

编制说明

一、任务来源

根据2013年有色金属行业标准化技术委员会2014年制修订标准项目计划中的第111项（C20132124-T-610），制定《铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》国家标准。

本标准由中铝洛阳铜业有限公司负责起草，若干相关单位参与起草及验证。

二、工作简况

1.立项目的和意义

针对铜及铜合金材料室温拉伸性能检测指标的要求，对试验控制速率以定量化，便于具体实施操作；

对铜及铜合金拉伸试样的种类进行了扩展，以规范检测工作；

规定了拉伸试样的取样方向和部位；

采用本标准规定的试验方法，可在一定程度上提高检测效率，规范拉伸试验，增加试验结果的可比性，减少质量异议的发生。

2.项目编制组成员

包含了国内部分主要铜合金加工企业及有色金属检测机构，具有较强的代表性。

3.主要工作过程

3.12014年3月27日，由全国有色金属标准化技术委员会主持在江苏扬州召开了《铜及铜合金室温拉伸试验方法》标准第一次工作会议，会议上对标准的起草任务进行落实，成立了标准编制组，确定了由中铝洛阳铜业有限公司为负责起草单位，若干相关单位参与起草及验证。

3.22014年4月～10月，编制组根据江苏扬州任务落实会确定的起草原则，对我国目前铜及铜合金室温拉伸试验的情况进行广泛调研，查阅、分析了国内外有关检测金属材料拉伸试验的标准和资料，如标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：

室温试验方法》、GB/T16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》、GB/T2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》、YS/T668-2008《铜及铜合金理化检测取样方法》、YS/T815-2012《铜及铜合金力学性能和工艺性能试样的制备方法》、ASTME8/E8M-08《金属材料拉伸试验方法》、JISZ2201《金属材料拉伸试验用试样》、ISO

4739---1985《加工铜和铜合金——力学试验用试样和试件的选取与制备》等，结合国内铜及铜合金拉伸现状，于2014年10月份起草了本标准的初步讨论稿。

3.32014年11月11日，在有色标准2014年年会期间，由全国有色金属标准化技术委员会主持在江苏宜兴召开了《铜及铜合金室温拉伸试验方法》标准第二次工作会议，会议上对标准的起草进行了说明，会上对标准的框架结构及主要内容进行了初步讨论，对后续标准的完善创造了条件。

在此基础上，于2015年5月完成了标准讨论稿。

3.42015年6月25日，由全国有色金属标准化技术委员会主持，在浙江温州召开了《铜及铜合金室温拉伸试验方法》标准第三次工作会议。

在会上，起草单位对标准讨论稿的框架结构及主要内容进行了说明，与会专家对标准讨论稿进行了认真、热烈的讨论，进一步完善了标准内容，并对验证试验工作进行了分工和布置。

3.52015年8~9月，起草单位根据根据温州会议工作要求，在以上工作的基础上对标准进行了认真的修改，并增加验证试验内容，于2015年9月形成了标准预审稿。

三、标准编制原则

本标准起草单位自接受起草任务后，成立了本标准编制工作组。

负责收集国内铜及铜合金室温拉伸试验方面的信息。

初步确定了《铜及铜合金室温拉伸试验方法》标准起草所遵循的基本原则和编制依据：

1.1查阅相关国内外有关金属材料室温拉伸试验的相关技术要求；

1.2根据国内铜及铜合金室温拉伸试验的具体情况，力求做到标准的合理性与实用性；

1.3根据国内试验机技术发展水平及铜合金材料拉伸试验数据，确定技术指标取值范围；

1.4按照《中华人民共和国标准化法》要求，依据GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：

标准的结构和编写》给出的规则起草。

四、编制内容说明

本标准包括前言、适用范围、规范性引用文件、术语和定义、原理、试样、试验方法、试验结果、试验报告等十项内容。

1.标准名称

《铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》

2.标准的适用范围

适用范围包括铜及铜合金材料室温拉伸试验项目及试样种类，但对于超细丝、金属箔（厚度小于0.05mm）等产品的拉伸试验需经双方协议，这些材料的试样横截面积测定方法，标距的标记方法，试样夹持方法，伸长测定方法等不同，需双方协议。

原因是：

（1）横截面积很小的产品，按照标准中建议的量具分辨力测定横截面积，其准确度可能明显超过±2%的要求。

例如，厚度小于0.05mm的金属箔片，用分辨力0.001mm的量具测量引起的误差超过±2%，这样，其横截面积测量误差超过±2%。

（2）试验标距的标记采用常规的划细线、打小冲点等方法不可行。

（3）常规的引伸计也不太可能直接用于这些产品试样的试验。

试样的夹持方法需要特殊的夹头等等。

试验温度：

本标准规定室温温度范围为10℃～35℃，超过这个范围不属于室温。

对于材料在这一温度范围内，温度敏感而要求更严格的室温范围的试验，采用23℃±5℃的控制温度，此温度应在试验报告中注明。

3.符号

与GB/T228.1-2010、GB/T16865-2013相一致。

4.原理

与GB/T228.1-2010基本一致。

5.试样

5.1试样的分类

根据是否需要加工，分为全截面试样和非全截面试样。

根据标距与横截面积的关系，分为比例试样和非比例试样（定标距试样）。

5.2试样制备的要求

试样的制备是很重要的环节，尤其是对于箔材、带材和脆性材料。

制样要特别注意表面质量和过渡圆弧半径。

加工完的试样其缩减部分不应有裂纹、毛刺、锯齿、横向刀痕、缺口、刀痕、凹槽、粗糙表面等缺陷。

对于箔材、带材试样，最好进行打磨处理。

为了尽可能保证断裂发生在标距内，若具备加工条件的话，经供需双方协商一致，加工试样时试样工作部分的宽度（或直径）可以从缩减部分端部（两平行端）至中心逐渐减小，但每个端部的宽度（或直径）不应大于中心宽度（或直径）的1%。

在此情况下，试样的尺寸形状公差可以超出标准中表3、表5和表7的要求。

对于不经机加工的试样：

如试样为未经机加工的产品或试棒的一段长度，两夹头间的距离应足够，以使原始标距的标记与夹头有合理的距离。

此距离即试样的平行长度（Lc）对于：

板带材：

Lc≥L0+3b；

棒材：

Lc≥L0+3d；

管材：

Lc≥L0+3D；

目的是为了保证试样受到均匀的拉伸应力。

5.3试样的类型及尺寸

列举了试样类型，同时对试样的尺寸公差和形状公差做了规定。

5.3.1在板带材试样类型中，增加了雷管带拉伸试样的要求，以求标准的完整性。

5.3.2对拉伸试样的尺寸公差和形状公差做了规定，由于大部分铜及铜合金材质较软，结合目前国内加工状况，对尺寸公差和形状公差的要求较GB/T228.1低；

5.3.3试样横截面积的计算全部按实测值，不采用名义尺寸。

以三处测量得到的最小横截面积作为试样的原始横截面积；

5.3.4对测定A50mm的板带材试样尺寸做了具体规定，对于厚度不大于12.5mm的板带材，试样工作部分的宽度定为12.5mm；厚度大于12.5mm的板材，采用圆棒试样，根据厚度不同，棒材工作部分的直径为9mm或12.5mm；

5.3.5对测定A50mm的棒材试样尺寸做了具体规定（直径分别为12.5mm和9mm或采用全截面试样），以保证结果的一致性；

5.3.6对测定A50mm的弧形试样尺寸做了具体规定（宽度为12.5mm）；外径小于30mm的管材测定A50mm时，采用管段试样；对于厚壁管材，测定A50mm时，则在标准表8中给予详细规定。

5.3.7平行长度LC的规定：

板带材用带头的矩形横截面试样：

LC≥L0+b0，仲裁试验时，LC=L0+2b0；

板带材用不带头的矩形横截面试样：

LC（夹头间的自由长度）≥L0+3b0；

带头园形试样：

LC≥L0+d0，仲裁试验时，Lc=L0+2d0；

不带头的棒材试样：

LC（夹头间的自由长度）≥L0+3d0；（d0为棒材最大公称尺寸）

弧形试样：

LC≥L0+2b0，仲裁试验时，LC=L0+3b0；

不带头的弧形横截面试样：

LC（夹头间的自由长度）≥L0+3b0；

管段试样：

LC（夹头间的自由长度）≥L0+3D0；（D0为管材外径）；

平行长度必须要大于标距长度，是因为过渡弧与平行长度连接点附近横截面上的应力分布存在不均匀，为了保证标距范围内横截面拉应力均匀分布，标距的端点应离开平行长度端点有一个合理的距离。

为保险起见，这个距离定在b0/2或d0/2以上，弧形试样定在b0以上。

仲裁试验或用不带头试样的试验，要求要更高一些。

5.3.8过渡圆弧半径r的规定：

带头的试样其头部与平行长度之间必须用过渡半径连接，过渡半径的大小对试验结果有影响，需要对过渡半径做出规定。

板带材及弧形横截面试样：

r≥20mm，园形横截面试样：

r≥0.75d0。

通常，塑性较好的材料，在上述范围的过渡半径不存在明显问题，如延性差，对于应力集中敏感的材料，过渡半径取大于所规定范围下限值为宜，否则，试样在平行长度端点附近容易发生断裂。

5.3.9带头试样和不带头试样

由于不带头试样往往容易断裂在夹头端附近，使试验无效，尤其影响断后伸长率的测定。

考虑这种情况，建议：

凡是从产品切取样坯机加工试样的情况，一般机加工成带头试样，除非材料尺寸不足够或受加工条件的限制。

通过协议可以使用不带头试样。

具有恒定横截面的产品，由相关产品标准可以规定其不进行机加工（不带头试样）进行试验。

如相关产品标准无具体规定，材料尺寸足够时，应采用带头试样进行试验。

试样头部形状应符合试验机夹头，其尺寸应保证断裂或破坏不发生在试样头部。

通常，对于圆形试样，取头部直径D=（1.5～2.0）d0；对于矩形试样，取头部宽度B=（1.5～2.0）b0。

本标准按产品形状及规格规定了试样的类型及尺寸。

5.3.10机加工试样表面粗糙度

试样机加工表面的要求，对于圆形横截面试样其表面粗糙度参数Ra应不大于1.6μm；对于相对两面机加工的矩形和弧形横截面试样，Ra应不大于3.2μm；表面粗糙度对断后伸长率的测定有影响，一般趋向是，粗糙度差的其值偏低。

5.3.11试样尺寸公差

试样尺寸公差包括横截面尺寸公差和形状公差。

尺寸公差指直径公差或宽度公差。

形状公差指平行长度范围内最大横向尺寸与最小横向尺寸之差。

在本标准中由于采用实测尺寸计算试样横截面积，故对尺寸公差作了适当的放松，不会影响试验的准确性。

形状公差大小对性能测定，尤其对断后伸长率影响较明显，形状公差大，断后伸长率偏低，所以规定了较严格的形状公差。

对于易在头部断裂的试样，经供需双方协商一致，加工试样时试样工作部分的宽度（或直径）可以从缩减部分端部（两平行端）至中心逐渐减小，但每个端部的宽度（或直径）不应大于中心宽度的1%。

此时，形状公差可以放宽。

5.3.12试样原始横截面积的测定

原始横截面积的测定误差是影响最终测定结果的重要因素之一。

试样原始横截面积的测定方法与试样类型和尺寸有关。

由于本标准采用以实测原始横截面尺寸计算原始横截面积，所以测量用的量具、测量部位、测量方法等均应按照规定的要求进行。

量具的选择应按规定的要求，特别是对于薄带、箔材等。

对于箔材，若具备条件，可按重量法计算厚度；若供需双方达成一致，也可采用名义厚度。

原始横截面积的测量按实测值计算，并以多处测量的最小横截面积作为试样的原始横截面积。

异形等截面试样原始横截面积的测量按重量法进行，若供需双方达成一致，也可以按理论图纸计算原始截面积。

量具或尺寸测量仪器的选择

量具的分辨力是影响测定准确度的重要因素之一。

量具或尺寸测量装置的选择应满足标准中表9的要求。

分辨力：

指示装置对紧密相邻值有效辨别的能力。

一般认为模拟式指示装置的辨别力为标尺分度值的一半，数字式指示装置的分辨力为末尾数的一个字码。

量具或尺寸测定装置应经校验合格方能使用。

对于厚度大于等于0.05mm且小于0.1mm铜箔厚度的测量：

优先选用重量法测量铜箔试样的厚度及计算原始横截面积，见标准6.3.3.1.1款规定；若供需双方协商一致，也可采用名义厚度或使用分辨力不大于0.001mm的量具或测量装置测量厚度。

测量部位与方法

本标准中要求测定试样平行长度范围内的最小原始横截面积，并以测得的最小横截面积作为试样原始横截面积，详见标准中的规定。

5.3.13重量法测量试样的原始横截面积

这是一种间接方法，测定的是试样的平均原始横截面积，仅适用于具有恒定横截面的试样，而其截面可以是各种形状。

试样应平直，两端面应垂直于试样纵轴线。

5.3.14原始横截面积计算值的处理

试样原始横截面积S0不是试验结果的最终结果数值，而是计算性能过程的中间结果数值，由于国内电子万能材料试验机已普及，建议直接输入试样尺寸进行计算。

对于必须要把原始横截面积结果计算出的，需要至少保留4位有效数字。

进行面积计算时，常数π至少取4位有效数字。

5.3.15原始标距（L0）的标记

应采用不损伤试样或不影响试验结果的方法标记试样标距，例如采用小冲点、细划线、细墨线等标记。

标记应清晰，在试样拉断后仍能辨别。

原始标距的标记误差应不超过±1%。

对于20mm及以下的标距或预知断后伸长率小的试样，标距的误差应再小些。

5.3.16试样平行长度（Lc）的测量

试样平行长度一般不是必测尺寸，但当采用力——夹头位移方法测定规定塑性延伸强度（εp≥0.2%）时，必须测量试样原始平行长度Lc。

测量时应仔细，测量两过渡弧与平行长度相切点之间的长度。

测量的误差应与试样标距允许误差相同，即±1%。

5.4试样的选取

5.4.1产品标准或协议中应指明试样类型、尺寸或试样编号。

当未指明时，按本标准执行，以减少异议。

5.4.2板、带、箔材产品试样类型的选取

根据产品厚度，明确比例试样和非比例试样的尺寸；指明为雷管带时，应满足雷管带拉伸试样的尺寸

要求。

规定了采用圆形试样时的厚板尺寸。

5.4.3棒材产品试样类型的选取

规定了采用全截面试样时的棒材尺寸。

5.4.4管材产品试样类型的选取

类型较为复杂，分为管段试样、纵向弧形试样和管壁上机加工的圆形横截面试样，见标准中表8。

管材的非比例试样（定标距试样）根据管材尺寸分为管段试样、弧形试样（宽度12.5mm）和圆棒试样（工作部分的直径分别为9mm和12.5mm）。

5.5样坯的截取方向和部位

由于产品的金属组织存在不均匀，使得同一产品的不同部位其力学性能出现差异。

一般说来，中心区域的抗拉强度低于其他部位的抗拉强度，随着产品尺寸的增加，这一趋势将更加明显。

由此可见，取样的部位是试验结果的影响因素之一。

冶金产品在生产制造过程中一般通过压力加工使产品具有一定形状的横截面。

在制造时，材料的金属晶粒沿主变形方向流动，晶粒被变形拉长并排成行，而且夹杂也沿变形方向排列。

这就形成所谓的金属纤维。

由此造成性能的各向异性。

此外，冷加工成形的制品，会形成织构和残余应力，这也是造成性能各向异性的原因之一。

5.5.1带、箔材样坯的纵轴线应平行于轧制方向；

板材样坯的纵轴线应垂直于轧制方向；

当不同于以上方向进行取样时，应在试验报告中注明取样方向。

对于不同方向，可能带来性能指标的不同。

5.5.2取样的部位

根据产品尺寸，规定了截取拉伸试样样坯轴线的位置。

一般而言，靠近加工面取样，材料的强度指标

高，塑性指标低。

5.6取样数量

为了得到有用、可靠的试验结果，对于具体试验，应规定最小试验数。

一般首次检测取样数量为2个。

若复验，取样数量为4个。

产品标准有特殊要求的除外。

5.7试样的标识

试样的标识是重要的一环，用于鉴别试样，避免混样。

标示试样时不应影响随后的试验。

6.试验方法

6.1试验设备

拉伸试验的设备主要包括试验机和引伸计。

试验机是对试样施加变形力并测定所施加力的系统；引伸计是测定延伸的测量系统。

它们的准确性直接影响试验的结果。

6.1.1试验机

1）试验机的测力系统应按照GB/T16825.1进行校准,并且其准确度应为1级或优于1级；用于拉伸试验的试验机应尽在拉伸方式下进行检验。

用于测定抗拉强度和规定塑性延伸强度的力，应在标准GB/T16825.1规定的试验机力值使用范围内（校准合格范围内）。

对于电子万能试验机，一般可采用的力值下限为最大容量的1%，最好在10%~90%范围内使用。

2）试验的加载同轴度

加载同轴度对试验的影响：

主要表现在影响拉伸曲线弹性直线段的线性，使本应是弹性直线变为非线性弯曲；会使具有明显屈服状态的材料变得不明显，进而影响规定塑性延伸强度的测定。

6.1.2引伸计

引伸计是拉伸试验的最重要辅助性仪器。

引伸计种类繁多，只要能满足测应变的准确度要求，任何类型的引伸计均可使用。

引伸计的准确度等级应符合GB/T12160的要求。

使用引伸计测定RP时，引伸计的准确度等级应不劣于1级。

引伸计应在其标定范围内使用。

使用引伸计测定规定塑性延伸强度时，应选择标距合适的引伸计。

一般要求引伸计的标距Le满足:

0.5Lc≤Le≤0.9Lc

注：

Lc——为机加工试样的平行部分长度。

对于全截面的试样（例如具有全截面的线材和棒材等试样），测定规定塑性延伸强度时使用的引伸计其标距Le应满足：

0.5Lc≤Le≤0.8Lc。

注：

Lc——为全截面拉伸试样两夹具之间的距离。

6.1.3夹具

试验用夹具可选用楔形、螺纹、套环或平推等夹具。

弧形试样可考虑采用专用夹具或组合夹具。

不管采用何种夹具，均应能保证在试验过程中夹持牢靠。

6.2试验温度

试验一般在室温10℃～35℃范围内进行。

有特殊要求的，应在试验报告中注明试验温度。

6.3试样原始标距（L0）的标记

6.3.1制作标记时应确保试样不会引起过早的断裂。

6.3.2原始标距的标记至少应准确到±1%。

对于伸长率小的材料，要使原始标距的标记误差更小。

6.3.3对于表面质量不好的厚板（如热轧板等），可以在机加工的两侧面绘制标距，以免试验后不能辨别断后标距。

6.4试验力零点的设定

一旦设定了力值零点，在试验期间力测量系统不能再发生变化（例如，夹持完试样后，不应再清零）。

6.5试样的夹持

6.5.1应确保试样夹持牢固（包括夹持的长度和选用的夹具要合适）；

6.5.2应尽可能确保夹持的试样受轴向拉力的作用，尽量减少弯曲；

6.5.3为了得到直的试样，可以施加不超过规定塑性延伸强度的5%相应的预拉应力。

6.6试验速率

6.6.1若产品标准有明确的规定，则应严格按规定执行；

6.6.2根据试验机控制能力,可选用应变速率或横梁位移速率控制，但需在试验报告中注明。

试验控制

方式

设定参数

备注

测定RP及Rm

仅测定Rm

测定RP时

测出RP之后

试验全过程

应变速率

0.00025s-1

（相对误差±20%）

0.0067s-1

（相对误差±20%）

0.0067s-1

（相对误差±20%）

或等效的横梁位移速率

测定RP之后或仅测定Rm时，GB/T228.1-2010中方法A规定：

1）0.002s-1（相对误差±20%）

2）0.0067s-1（相对误差±20%）

在进行应变速率或控制模式转换时，不应在应力—延伸率曲线上引入不连续性，而歪曲抗拉强度值。

这种不连续效应可以通过降低转换速率得以减轻。

若在试验速率转换过程中，产生了试验期间的最大峰值应力，则测出规定塑性延伸强度后，试验速率为0.002s-1

（相对误差±20%）。

横梁位移速率

测定RP及Rm

仅测定Rm

测定RP时

测出RP之后

试验全过程

2mm/min

10mm/min

10mm/min

测出RP之后,横梁

位移速率

最大不超过

0.40LC/min

注：

仲裁试验——按应变速率控制。

6.6.3应变速率控制

6.6.3.1若需测定规定塑性延伸强度RP，则

从试验开始，直至规定塑性延伸强度测出的范围内，应变速率（

）为0.00025s-1（相对误差±20%）并保持恒定。

如果试验机不能直接进行应变速率控制，应采用通过平行长度估计的应变速率

即恒定的横梁位移速率进行控制，该速率通过式

（1）进行计算。

…………………………………………

（1）

式中：

——横梁位移速率，单位为mm/s；

——平行长度估计的应变速率，单位为s-1；

Lc——为机加工试样的平行部分长度或全截面拉伸试样两夹具之间的距离，单位为mm。

测定规定塑性延伸强度后，试验速率为0.0067s-1（相对误差±20%）。

此试验速率可以是根据平行长度估计的应变速率。

说明：

试验速率转换过程中不应产生试验期间的最大峰值应力。

否则，测定规定塑性延伸强度后，试验速率为0.002s-1

（相对误差±20%）。

6.6.3.2仅测定抗拉强度

如果拉伸试验仅仅是为了测定抗拉强度，在整个试验过程中应采用0.0067s-1（相对误差±20%）的单一试验速率。

此试验速率是根据平行长度估计的应变速率。

6.6.4横梁位移速率控制

6.6.4.1若需测定规定塑性延伸强度RP，则

试验开始直至规定塑性延伸强度测出，横梁位移速率为2mm/min，并保持恒定；之后直至试验结束，横梁位移速率为10mm/min。

根据材料特性，在规定塑性延伸强度测出后可适当提高横梁位移速率，但最大不应超过0.40Lc/min。

说明：

Lc——为机加工试样的平行部分长度或全截面拉伸试样两夹具之间的距离，单位为mm。

6.6.4.2仅测定抗拉强度

如果拉伸试验仅仅是为了测定抗拉强度，在整个试验过程中，横梁位移速率为10mm/min的单一试验速率。

根据材料特性可适当提高横梁位移速率，但最大不应超过0.40Lc/min。

6.6.4.3测定规定塑性延伸强度RP时，不再对此过程中弹性阶段和塑性阶段进行区分，规定使用横梁位移速率（2mm/min），主要是基于以下考虑：

1）通过大量的铜合金材料的试验，证明以下两种控制模式得出的RP一致性良好：

弹性阶段按应力速率（10Mpa·s-1）控制，之后按照横梁位移速率（2mm/min）控制。

试验开始直至规定塑性延伸强度RP测出，按照横梁位移速率（2mm/min）控制。

2）国内外试验机拉伸测试软件的设置方法不同，有的未必能在弹性阶段进行应力控制，而所有的电子拉伸试验机均具备横梁位移速率控制功能。

测定RP0.2时，采用弹性阶段应力速率控制与横梁位移速率控制的比较，见附录1。

横梁位移速率选取的试验依据，见附录2及附录3。

横梁位移速率选取的验证统计数据，见附录4。

6.6.5试验速率控制方式的选择

为提高检测效率兼顾目前国内试验机状况，日常生产检测可按横梁位移速率控制进行试验；

仲裁试验应按应变速率控制。

6.7力学性能指标的测定

6.7.1规定塑性延伸强度（RP）的测定

6.7.1.1根据应力——延伸率曲线图测定规定塑性延伸强度RP。

在曲线图上，自动绘制出一条与曲线的弹性直线段部分平行，且在延伸轴上与此直线段的距离等于规定塑性延伸率εp，例如0.2%的直线。

此平行线与曲线的交截点给出相应于所求规定塑性延伸强度的应力。

此应力即为规定塑性延伸强度RP。

注：

绘制此曲线时，引伸计的等级应不劣于1级。

6.7.