ASTME8M09中文版金属材料拉伸试验方法E809.docx
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ASTME8M09中文版金属材料拉伸试验方法E809
金属材料拉伸试验的标准试验方法
1范围
1.1本方法适用于室温下任何形状的金属材料的拉伸试验。
特别是对于屈服强度、屈服点延伸率、抗拉强度、延伸率和断面收缩率的测定。
1.2对于圆形试样，标距长度等于直径的4倍【E8】或5倍【E8M】（对于E8和E8M，试样的标距长度是两个标准的最大区别，其他技术内容是一致的）。
用粉末冶金（P/M）材料制成的试样无此要求，以保持工业要求的材料的压力至规定的设计面积和密度。
1.3除本方法规定外，可对特殊材料制定单独的技术规范及试验方法，例如：
试验方法和定义A370，试验方法B557，B557M。
1.4除非另有规定，室温应定为10—38℃。
1.5国际单位（SI）和英制单位相互独立，两个单位体系的数值并不完全相等，因此，它们应该独立使用。
两个单位体系结合使用得到的数值与标准不符合。
本标准并不涉及所有安全的问题，如果有，也是与它的用途有关。
在使用本标准前制定适当的安全和健康规范，确定使用的规章制度是本标准使用者的责任。
2参考文件
2.1ASTM标准：
A356/A356M铸钢、碳素钢、低合金钢、不锈钢、蒸汽锅炉钢的产品规范
A370钢产品力学性能试验方法及定义
B557锻、铸铝合金和镁合金产品的拉伸试验方法
B557M锻、铸铝合金和镁合金产品的拉伸试验方法（公制）
E4试验机的力学校验方法
E6力学性能试验方法相关术语
E29用标准方法确定性能所得试验数据的有效位数的推荐方法
E83引伸计的的校验及分级方法
E345金属箔拉伸试验的测试方法
E691实验室之间探讨确定试验方法精确度的实施指南
E1012拉伸载荷下试样对中方法的确定
E1856试验机计算机数据分析处理系统的使用指导
3术语
定义——在E6中出现的有关拉伸测试的名词术语均可以用在该拉伸试验方法中。
另外需补充以下术语：
不连续屈服——轴向试验中，由于局部屈服，在塑性变形开始的地方观察到力的停滞或起伏（应力-应变曲线不一定出现不连续）。
断后延伸率——由于断裂，使得施加的力突然降低，在此之前测得的延伸率。
很多材料并不出现力突然降低的情况，这时断后延伸率通过测量力减小到最大力的10%时的应变值获得。
3.1.3下屈服强度（LYS[FL-2]）——轴向试验中，不考虑瞬时效应的情况，不连续屈服过程中记录的最小应力。
均匀延伸率（ELU[%]）——在试样出现缩颈、断裂或者二者都出现之前，所承受最大力时材料的延伸率为均匀延伸率。
.1说明：
均匀伸长率包括弹性延伸率和塑性延伸率。
上屈服强度（LYS[FL-2]）——轴向试验中，伴随不连续屈服首此出现的应力最大值（首次出现零斜率时的应力）；
屈服点延伸率（YPE）——轴向试验中，不连续屈服过程中上屈服点（应力斜率为0时的转换/临界点）所对应得应变与均匀应变硬化转折点之间的应变差（用百分比表示）。
若均匀应变硬化转折点超出应变范围，则YPE的终点是（a）（b）两条直线与横轴的交点：
（a）应力—应变曲线的不连续屈服段，通过最后一个零斜率点的水平正切线；
（b）应力—应变曲线的均匀应变硬化段的正切线。
若在屈服的地方或附近没有出现斜率为零的点，则材料的的屈服点延伸率为0%。
4意义和作用
4.1拉伸试验提供了在单轴拉伸应力条件下材料的强度和延性数据，此数据对材料的比较、合金研究、质量管理以及在某些特定的条件下的设计提供了帮助。
4.2从零件或材料上选取局部样坯加工成的标准试样的拉伸试验的结果，不一定代表最终产品或它在不同环境中工作的强度和延性性能。
4.3本试验方法可满意应与商业验收试验，并已广泛用于贸易。
5设备
试验机——用于拉伸试验的试验机必须符合E4规定要求；用于确定抗拉强度和屈服强度的力应该在E4中规定的试验机的测量范围之内。
5.2夹具
概述——传递试验机对试样施加力的各种类型的夹持装置均可使用。
为了保证试样标距内受到轴向拉伸应力，试样的轴线必须和试验机夹头的中心线重合，任何不符合此要求的装置都可能引入通常应力计算中未考虑的弯曲应力。
注1——这个偏心力的施加效果可以由计算扭矩和由此增加的应力表现出来。
对于一个标准的直径为的试样，每偏心，应力就增加1.5%；对于直径为9mm的试样，应力增加2.5%；对于直径为6mm的试样，应力增加%。
注2——对中方法在E1012中给出。
楔形夹具——试验设备通常装有楔形夹具，这些夹具通常用于夹持塑性金属长试样和如图1所示的扁平试样。
然而，无论什么原因，如果一对夹具与另一对夹具夹持的位置不同轴，那么就会产生不理想的弯曲应力。
尺寸（mm）
标准试样
小尺寸试样
板状类型40mm宽
薄板类型宽
6mm宽
G—标距长度（注1、2）200±±0.1±
W—宽度（注3、4）±2.012.5±±
T—厚度（注5）材料厚度
R—圆角半径、最小（注5）2512.56
L—总长（注2、7、8）450200100
A—缩断部分长度、最小2255732
B—夹持部分长度、最小（注9）755030
C—夹持部分宽度、大约（注4、9）502010
图1长方形拉伸试样
注1——对于宽度为40mm的试样，断裂后测量伸长的冲孔标志应该在试样的扁平面上或者在试样的边部应在缩断长度的范围内。
可以使用一套9个或更多的25mm冲孔标志，或者使用一对或多对200mm的冲孔标志。
注2——当不要求宽度为40mm试样的伸长测量时，75mm的缩断面的最小长度可以使用所有与板材类型样品相类似的其他尺寸。
注3——对于这3个尺寸的试样，缩短面的端部的宽度误差分别不超过，或者。
另外从端部到中心逐渐降低，但每端的宽度与中心的宽度差不超过1%。
注4——对于这3个尺寸的试样，必要时，使用较小的宽度（W和C）。
在这种情况下，缩断面宽度应该与被试验材料允许的宽度一样，除非另有说明，否则当使用这较小试样时，产品规格的伸长要求不适用。
注5——尺寸T是材料规格提供的试样的厚度。
宽度为5mm的试样的最小厚度为40mm。
宽度为19mm和6mm的试样的最大厚度分别为和6mm。
注6——对于宽度为40mm的试样，当使用断面切削器加工缩断面时，在690MPa的拉伸强度下，钢试样允许的缩断面的端部最小半径为13mm。
注7——上表显示尺寸都是最小值，为了确保最小长度，夹具一定不能超过A、B之间的过渡部分，见注9。
注8——6mm宽的试样进行试验时，为了获得轴向力，试样的总长应与材料的长度相同，允许达到200mm。
注9——如果可能，最理想的状态是，夹持断面的长度能够使试样伸入到夹具的2/3处或者更长。
若宽度为的试样的夹持部分的长度为10mm，则需要用于更长夹持部分的夹具来夹持试样，防止在夹持部分发生滑动（或未加紧等错误）。
注10——对于这3个尺寸的试样，试样的端部两侧面关于缩断面的中心线相对称，误差分别在、和之内。
但是，对于仲裁试验和由产品规格要求时，宽度为的试样的端部对称度应该在之内。
注11——对于每种试样类型，所有圆角的半径都应该相等，误差在范围之内。
在某一端面上，两圆角的曲率中心应位于中心线的垂直平分线上，误差在范围之内。
注12——试样需提供以下信息（仲裁试验除外）：
（a）使用上面的偏差；（b）提供足够多的标志以便确定延伸量；（c）使用合适的引伸计以确定屈服强度。
若断裂发生在距夹持装置边沿不足2W处，所确定的拉伸特性不能代表材料的性能。
在验收试样中，如果特性满足了规定的最低要求，就不需要更进一步的试验，但如果它们低于最低要求，则放弃本次试样并重新进行试验。
在楔形夹具背面装有衬垫，它们厚度必须相同并且表面平直、平行。
为了达到最佳的效果，楔块最好是通过试验机夹头支撑在衬垫整个长度上，这就需要有几种厚度的衬垫在规定的试样厚度范围内使用。
为了能适当的夹紧，每个夹具的整个锯齿面最好都与试样相接触。
楔形夹具的正确对中和合适的衬里如图2。
图2用于夹持扁平试样带衬垫的楔形夹具
对于短的试样和复杂材质的试样，一般情况下需要使用机械加工的试样和特殊夹具，从而保证试样负载尽可能完全沿拉伸轴向均与分布（见，5.2.4，5.2.5）。
用于夹持有螺纹、台肩的试样及脆性材料的夹具——图3给出了用于带螺纹端部试样夹持装置的示意图，图4是用于夹持带台肩端部试样的夹具。
这些夹持装置应通过适当润滑的球形座支撑固定到试验机的头部，球形支撑之间距离应尽可能大。
薄板材料的夹具——图5所示为自调节夹具，用于夹持那些无法用普通楔形夹具夹持的薄板材料。
线材的夹具——图5、图6所示的楔形或挽勒式夹具、或平面楔形夹具都可以用于线材的夹持。
5.3尺寸测量装置——千分尺和其他用来测量长度的装置必须准确，而且精确度至少到达到要求测量的最小单位的一半。
5.4引伸计——用于拉伸试验的引伸计应该符合E83中有关这个试验方法工序中规定的级别要求。
引伸计用于测量和验证屈服强度对应的的应变值以及断后延伸率（如果需要）。
标距（测量长度）小于等于试样标距长度的引伸计可以用来确定屈服性能。
对于等截面的试样（如具有全截面的丝材、线材、棒材等），用于确定屈服性能的引伸计的标距不应超过夹具间距离的80%。
测量断后延伸率的引伸计，其标距应该等于所测试样的标距长度。
6试验试样
6.1概述
试样尺寸——试验的试样既可以是实际尺寸，也可以是加工后的（如进行试验材料的产品标准中叙述的那样）。
位置——除非另有规定，试样的轴线应在原始材料内按如下方法定位：
.1对于厚度、直径，或板材平面间的距离≤40mm的产品，试样的轴线应该在产品中心处；
.2对于厚度、直径，或板材平面间的距离＞40mm的产品，试样的轴线应该在产品的中心至表面的中间位置处。
试样加工——不正确的试样制备会导致不满意或者错误的结果。
因此，在准备试样时（特别是加工试样时），要保证最大的精确度和最小的偏差。
.1制备试样的缩断部分应避免冷加工、缺口、刀痕、凹槽、毛刺、粗糙表面或边、过热等其他可能影响对性能测量造成有害影响的因素。
注3——对缩断部分的冲压或剪切可能在边缘产生严重的冷加工或剪切毛刺，应予加工去除。
.2对于长方形试样，其缩断部分的棱和角磨削或研磨后，不应导致试样横截面积值与计算面积值产生很大的差异。
.3对于脆性材料，在标距的末端应该使用大半径的圆弧。
.4试样的横截面积在缩断部分的中间位置应该最小，确保断裂在标距长度之内。
鉴于此原因，在每个试样的缩断部分允许有一定的锥度（下面有详细描述）。
样品表面光洁度——当材料以不同于制造状态的表面条件试验时，试样的表面光洁度应该符合产品标准的要求。
注4——对于高强度和低韧性的材料，应该热别注意试样表面光洁度的均匀性和质量，因为这些是影响试验结果的一个因素。
6.2平板试样——图1给出了标准平板类型的试样。
这种试样用来试验标称厚度≥5mm的板材、型材和平板材料。
若产品规范允许，其他类型的试样（6.3、6.4和6.5提供的试样）也可以使用。
6.3薄板试样
图1给出了标准薄板类型的试样，这种试样用于试验标称厚度范围在—19mm之间的薄板、板材、扁平线材、带材、条、环、型材等金属材料。
若产品规范允许，其他类型的试样（6.2、6.4和6.5提供的试样）也可以使用。
注5——试验方法E345可以用于厚度达的材料的拉伸试验。
在端部可以使用销钉，如图7所示。
为了避免薄的高强度材料在试验时发生卷曲，有必要在夹持端使用使用刚性加强板。
尺寸，mm
G—标距长度
W—宽度（注1）
T—厚度，最大（注2）
R—圆角半径，最小（注3）
L—总长，最小
A—缩断部分长度，最小
B—夹持部分长度，最小
C—夹持部分宽度，大约
D—芯杆孔的直径，最小（注4）
E—芯杆距离端部的距离，大约
F—孔距圆角的距离，最小
±
±
16
13
200
57
50
50
13
40
13
图750mm标距长度的销钉负载拉伸试样
注1——缩断部分的端部宽度误差不超过。
从端部到中间位置允许有一定的锥度，但每个端部的宽度与中间位置的宽度差不能超过1%。
注2——尺寸T是产品标准中所述的试样的厚度。
注3——对于一些材料，圆角的半径R需要﹥13mm。
注4——孔必须在缩断部分的中心线上，误差允许在±范围之内。
注5——不同尺寸的C、D、E、F、L都可以，只要确保断裂在标距长度范围之内即可。
6.4圆形试样
图8给出了直径为的标准圆形试样，广泛应用于金属材料试验，包括锻造和铸造的材料。
图8也给出了与标准圆形试样成比例的小尺寸试样。
当无法制备标准圆形试样或如图1所示的平板试样时，可以使用其他尺寸的小圆形试样。
对于任何小尺寸试样，依据标准E8时，标距长度应是试样直径的4倍，依据标准E8M时，标距长度应是试样直径的5倍。
尺寸，mm标距长度是试样直径的4倍【E8】
标准试样
与标准试样成比例的小尺寸试样
试样1
试样2
试样3
试样4
试样5
G—标距长度
D—直径（注1）
R—圆角半径，最小
A—缩断部分长度，最小（注2）
±
±
10
56
±
±
8
45
±
±0.1
6
30
±
±
4
20
±
±
2
16
尺寸，mm标距长度是试样直径的5倍【E8M】
标准试样
与标准试样成比例的小尺寸试样
试样1
试样2
试样3
试样4
试样5
G—标距长度
D—直径（注1）
R—圆角半径，最小
A—缩断部分长度，最小（注2）
±
±
10
75
±
±
8
54
±
±
6
36
±
±
4
24
±
±
2
20
图8标准圆拉试样及与标准试样成比例的小尺寸试样
注1——缩断部分从端部到中心可以有一定递缩的锥度，但端部与中心的直径差不能超过1%。
注2——如果需要，缩断部分可以增加到能适应一个适宜标距引伸计的长度。
用于测量延伸的参考标志应该在标距长度处隔开。
注3——标距和圆角如图8所示，只要能够保证轴向负载，试样端部可以是适合于试验机夹头的任何形状（如图9所示）。
如果是用楔形夹具夹紧，试样夹持长度至少要确保能够伸入到试验机夹头的2/3位置处，甚至更长。
注4——图8和图9所示的圆形试样，标距长度是标称直径的4倍【E8】或5倍【E8M】。
在一些产品标准中提供的其他试样，在尺寸公差范围内，除非比率为4:
1或者5:
1，否则延伸值不能与从标准试样获得的延伸值相比较。
注5——直径比6mm小的试样只有在下面情况下可以使用：
试样的材料尺寸不够获得较大试样；相关方都同意使用这种试样进行验收试验。
更小尺寸的试样在加工和试验方面要求更合适的设备和更高的技术。
注6——仅限于英尺/磅单位：
通常使用以下5个尺寸的试样：
直径分别大约为、、、、和，因为它们的横截面积分别等于或接近于2、0.100in2、0.0500in2、0.0200in2、和in2，很容易计算负载的应力。
因此，当时实际直径与这些值一致时，别用简单的乘法，分别乘上相应的系数5、10、20、50和100就可以计算出应力或强度（国际单位制不适用）。
标距之外的试样的端部形状要适合材料，并能很好与试验机夹头相配合，以便确保从轴向施加力。
图9给出了几种端部形状的试样。
尺寸，mm标距长度是试样直径的4倍【E8】
标准试样
与标准试样成比例的小尺寸试样
试样1
试样2
试样3
试样4
试样5
G—标距长度
D—直径（注1）
R—圆角半径，最小
A—缩断部分长度，最小（注2）
L—总长，大约
B—端部长度（注3）
C—端部直径
E—肩长和圆角部分，大约
F—肩直径
50±
±
10
56，最小
145
35，大约
20
50±
±0.2
10
56，最小
155
25，大约
20
15
15
50±
±0.2
2
100，大约
155
20，大约
20
50±
±0.2
10
56，最小
140
15，大约
22
20
15
50±
1±0.2
10
56，最小
255
75．最小
20
15
15
尺寸，mm标距长度是试样直径的5倍【E8M】
标准试样
与标准试样成比例的小尺寸试样
试样1
试样2
试样3
试样4
试样5
G—标距长度
D—直径（注1）
R—圆角半径，最小
A—缩断部分长度，最小（注2）
L—总长，大约
B—端部长度（注3）
C—端部直径
E—肩长和圆角部分，大约
F—肩直径
±
±
10
75，最小
145
35，大约
20
±
±
10
75，最小
155
25，大约
20
15
15
±
±
2
75，大约
155
20，大约
20
±
±
10
75，最小
140
15，大约
22
20
15
±
±
10
75，最小
255
75，最小
20
15
15
图9标准圆拉试样端部的各种类型
注1——缩断部分从端部到中心可以有一定递缩的锥度，但端部与中心的直径差不能超过1%。
注2——在试样1和试样2上，允许任何标准的螺纹以提供适当的对中和辅助，从而确保断裂发生在缩断部分处。
注3——在试样5上，如果可能，使夹持部分长到足以伸到夹具的2/3处，甚至更长。
注4——图9中所住的国际单位制（SI）与英尺/磅单位相互区别，每个单位体系内的值没有绝对的等同，因此，每个单位体系与另外的相互独立。
6.5薄板、带钢、扁线材和平板的试样——在试验薄板、带钢、扁线材和平板材料时，使用的试样类型适合材料的标称厚度，具体描述如下：
对于公称厚度为—5mm的材料，使用6.3中描述的薄板类型试样。
对于公称厚度为5mm—的材料，使用6.3中描述的薄板类型试样或者6.2中描述的板状试样。
对于公称厚度为—19mm标准圆形试样。
对于公称厚度≥19mm。
.1如果产品规范允许，对于厚度≥19mm的材料，可以使用改型的薄板类型试样，以适应图1中所示形状。
这种改型的试样厚度必须加工成10±，同时在整个缩断部分误差必须在范围内。
若有异议，应使用圆形试样作为仲裁试样。
6.6线材、棒材、型材的试样
对于圆形的线材、棒材和型材，应该使用全横截面积的试样。
对于直径＜4mm的线材，用于测量延伸率的标距长度应该在产品标准中说明。
在试验直径≥4mm的线材、棒材和型材时，除非另有规定，否则应该使标距长度等于4倍直径【E8】，或者标距长度等于5倍直径【E8M】。
试样总长度至少应等于标距长度加上用于夹具全部夹持的材料长度。
对于横截面为八边形、六边形或者四边形的线材，圆形横截面的棒材或型材的试样是不适用的。
对于八边形、六边形和四边形横截面的棒材和型材，可以使用下面试样类型中的一种：
.1全横截面试样（注6）——允许用砂纸轻轻打磨试样的试验部分，或者对试验部分进行加工，以确保断裂在标距范围内。
对于直径或者扁平面之间的距离≤5mm的材料，在不改变横截面形状的情况下，横截面积可以减小到不小于（≥）原始面积的90%。
对于直径或者扁平面之间的距离＞5mm的材料，在不改变横截面形状的情况下，直径或平面间的距离可以适当减少，减小量≤。
对于相对平面之间的距离（OL）≤5mm的四边形、六边形和八边形横截面的线材和棒材，可以在其横截面上作一个面积≥四边形（六边形、八边形）内接圆面积的90%的圆，将其圆作为试样的横截面。
在缩断部分的端部倒圆角，圆角的半径最好为10mm，至少不能小于3mm。
对于相对平面之间的距离（OL）＞5mm的四边形、六边形和八边形横截面的棒材，所选的试样的圆形横截面的直径与OL的差值≤。
注6——对于铜和合金铜试样，其端部需在一个类似图10所示的夹具上压平到原来尺寸的10—50%，确保断裂在标距范围内。
压平的四个平面必须平行，同侧的两个平面必须位于位于同一平面上。
图10用于全尺寸拉伸试样端部压平的挤压夹具
.2对于棒材和型材，6.4中所述的标准圆形试样可以用来代替全横截面试样。
除非在产品标准中另有规定，试样应平行于轧制或挤压方向。
长方形型材的试样——在试验长方形型材时，应使用下面试样类型中的一种：
全横截面试样——允许用砂纸轻轻打磨试样的试验部分，或者对试验部分进行加工，以确保断裂在标距范围内，但是减小后的试样宽度不能小于原始宽度的90%。
对于缩断部分长度≥20mm的试样，缩断部分的两边应相互平行，并保证试样纵向轴线的偏差在范围内。
在缩断部分的端部倒圆角，圆角的半径最好为10mm，至少不能小于3mm。
对于厚度能够适合试验机的夹具，但是宽度比较大的长方形型材，可以在宽度方向切割以适合夹具，切割表面要进行机加工或者打磨，以确保断裂在标距范围内。
切割后试样的宽度﹥型材的原始厚度。
另外，6.2、6.3和6.4中所述的试验类型也可以使用。
6.8型钢、结构钢和其他钢种——其他类型的型钢试验时（除前面提到过的型钢），可以使用6.2、6.3和6.4所述的任一种试样类型。
6.9管材试样
除了受试验设备限制的较大尺寸的管材外，对于所有小管材（注7），特别是公称外径≤25mm的管材，使用全尺寸管材横截面的拉伸试样是标准惯例。
把配合良好的金属塞头插到管材试样端部，以保证试验机的夹具能够准确的夹紧试样，金属塞头不能延伸到试样用于测量延伸率的部分。
除非产品标准中另有说明，否则标距长度应是直径的4倍【E8】或5倍【E8M】。
图11给出了合适的金属塞头形状、其在试样中的位置以及试样在试验机夹具中的位置。
注7——“管材”一词用于指示管状产品，包括管子，管道和管形材料。
对于不能以全横截面试验的大直径管材，纵向拉伸试样如图12所示切割。
焊接管子的试样应该位于距焊缝大约90°位置处。
若管壁的厚度﹤20mm，应该使用图13所示形状和尺寸的试样，或者6.4.2所述和图8所示的与标准试样成比例的一种小尺寸试样。
图13所示的试样类型可以用表面形状和管材弯曲相同的夹具进行试验。
若无曲面夹具，可将试样的夹持端进行冷压平。
若管壁的厚度≥20mm，应使用图8所示的标准试样。
注8——在夹紧试样（或在加工过程中）或压平试样端部时，一定要小心，确保缩断部分不会有任何变形和冷却，因为这些会改变机械性能。
注——从限制夹具的那条线到圆弧部分，金属塞头的直径应该有一个微小的锥度（如图11）。
注——从管材上切割下来用于加工试样的毛坯，它的棱应该互相平行（如图12）。
尺寸（mm）
试样1
试样2
试样3
试样4
试样5
试样6
试样7
G—标距长度
W—宽度（注1）
T—厚度
R—圆角半径，最小
A—缩短部分长度，最小
B—夹持部分长度，最小
C—夹持部分宽度，大约
±
±
60
75
20
±
±
25
60
75
50
200.0±
±
25
230
75
50
±
±
测量厚度
25
60
75
25
±
±
25
120
75
25
±
±
25
60
75
40
±
±
25
120
75
40
图13大直径管材产品的拉伸试样
注1——每种试样的缩断部分的端部在宽度上允许有一定的差值，但误差不能
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