GB/T 16865-2023《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》国家标准解读
来源:有色标准计量质量 | 作者:大镁 | 发布时间: 6天前 | 39 次浏览 | 分享到:

GB/T 16865-2023《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》国家标准解读

西南铝业(集团)有限责任公司 

肖洪

一、标准制定背景

随着国家“一带一路”方针政策的实施,铝及铝合金产品在军工、航空航天、信息技术、船舶、海洋工程、交通运输等领域得到了迅猛发展,进一步推动了铝加工材过剩产能的化解,并呈现出持续向好的态势。铝及铝合金在军工及航空航天领域得到了广泛应用,全球航空用铝在未来仍将保持稳定增长态势,据不完全统计,以飞机交付量以及单机铝消费量计算,2020年~2025年全球航空用铝需求将超过300万吨,年均60余万吨。近些年,我国轨道交通及汽车轻量化领域迅猛发展,其年产量约40万吨,预计近两年将达到150万吨;在航海、海洋工程、医疗、电子等领域的应用快速发展,其年产量大约在30万吨,预计未来两年将达到110万吨。


随着我国国民经济和科技的高速发展,变形铝、镁及其合金材料广泛应用于先进装备、国防科技、航空航天、轨道交通、乘用车辆、船舶及海洋工程、新一代信息技术、建筑装饰、食品包装等领域。拉伸力学性能是材料的基础性能之一,是铝、镁及其合金材料最常用的检测项目。为了提高GB/T 16865的适用性,健全有色金属标准体系,强化有色金属行业质量控制,满足变形铝、镁及其合金产品拉伸力学性能规范检测的需求,修订该标准对铝、镁及其合金产品检测及开发具有重要的指导意义。


原标准为2013年发布,为国内铝及镁合金加工产品拉伸试验方法的标准。拉伸试验方法是对试样施加拉力直至断裂,记录过程中的力与试样变形用于后续分析,试验速率对试验结果有显著影响,原标准对试验速率规定没有详细定义,也没有规定横梁位移速率的估算方法,并且没有根据产品类型规定不同的试验速率档位,不利于标准的使用。原标准规定的试样尺寸及公差范围已不能完全适用于当前产品,也不能测试铝及镁合金产品在高温或低温条件下的力学性能。


本次标准修订,增加横梁位移速率的估算方法、试验速率的可选档位、可选试验尺寸,更改试样尺寸公差要求,增加高、低温试验方法,增加弹性模量试验方法,提高标准适用性,规范铝及镁合金产品拉伸试验过程,满足铝及镁合金材料使用单位检测其拉伸试验性能指标的要求。本标准于2023年8月6日发布,于2024年4月1日实施。


二、标准主要内容

2.1  方法概述

与2013版标准相比,GB/T 16865-2023增加了以下检测项目:弹性模量、屈服点延伸率、最大力总延伸率、最大力塑形延伸率、塑性应变比和应变硬化指数,以及高温拉伸试验、低温拉伸试验下可检测的项目。

弹性模量的测试需求由航空行业客户提出;屈服点延伸率、最大力总延伸率、最大力塑形延伸率、塑性应变比和应变硬化指数的测试需求由汽车行业客户提出。

高温拉伸试验方法ASTM E21-17e1、ISO 6892-2:2018,以及低温拉伸试验方法ISO 6892-3:2015都只规定了屈服强度(铝、镁合金为规定非比例延伸强度)、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率的测定,其他拉伸性能项目在高温、低温条件下一般不测定。


2.2  仪器设备要求

2.2.1  试验机

① 根据标准修订时查询国内校准实验室获CNAS认可情况,增加了试验机测力系统的校准方法JJG 139、JJG 475和JJG 1063。

② 由于铝箔横截面尺寸测量不确定度较大,因此由GB/T 22638.11《铝箔试验方法 第11部分:力学性能的测试》编制组提出,将用于铝箔拉伸的试验机的测力系统准确度要求提高为达到0.5级。

③ 拉伸时,试验机同轴度表现为试样表面不同位置的应变存在差异,同轴度太差将明显影响试验结果,特别是弹性模量,因此参考ASTM E111、EN 2002-1增加了测定弹性模量或测定航空、航天材料力学性能的试验机的同轴度要求。

④ 从设备测量准确性与使用寿命等方面考虑,增加了试验机使用力值范围为最大力的10%~90%的建议。

2.2.2  引伸计

① 参考国内外拉伸试验方法,针对不同的测定项目提出了引伸计准确度的要求。

国内外拉伸试验方法对引伸计的准确度级别要求分为美标系和国际标准系两大类。国内标准属于国际标准系,其关系为:GB/T 12160-2019等同采用ISO 9513:2012,JJG 762-2007引用GB/T 12160。

美标系和国际标准系对引伸计的分级和计量要求差异较大,概括地讲一般情况下美标在测定变形量较大的力学性能(如最大力总延伸率)时要求较严格,在测定变形量较小的力学性能(如规定非比例延伸强度)时要求较宽松。

美标系和国际标准系对于引伸计计量要求差异较大,以常见的标距50 mm引伸计为例,在2%应变范围内,GB/T 12160的1级要求的准确度实际上高于ASTM E83的B2级要求的准确度,在2%应变范围内必定可测定铝、镁及其合金的规定非比例延伸强度,但在测定高延性材料的塑性性能的应变范围(如20%~30%),ASTM E83的C级要求高于GB/T 12160的2级要求,见图1。

图片

 ② 由于拉伸试验机同轴度原因,试样弹性变形阶段在表面不同位置测得的变形差异较大,需要在至少相对两侧测量应变取平均值,以保证弹性模量结果的准确性,增加了测定弹性模量的引伸计的测量点数要求。

③ 测定塑性应变比的现行国际标准ISO 10113-2020规定采用引伸计测量横向变形时,应在标距两端及中间共3处测量变形取平均值。但由于国内仅少数单位能满足该要求(采用视频引伸计等设备),大部分单位采用可测量2处位置宽度变化的全自动引伸计或只能测量1处位置宽度变化的手动夹持引伸计,因此建议测定塑性应变比时引伸计具备测量3处横向变形的能力。

④ 增加了引伸计的校准方法JJG 762,国内获CNAS认可的校准实验室,JJG 762有241家,GB/T 12160仅2家。

 ⑤ 对于高温拉伸或低温拉伸用引伸计,国内常见的有陶瓷杆式引伸计、视频引伸计等,直接接触试样的陶瓷杆式引伸计普遍设计有挡板以遮蔽炉膛的开口处,为防止气流干扰,增加了高温拉伸或低温拉伸用引伸计的附加要求。

⑥铝箔产品太薄,无法安装直接接触型引伸计,因此增加了对铝箔试验的引伸计的建议。


2.2.3 夹具

标准增加了套环夹具、销钉夹具,并给出了6种夹具的示意图。

套环夹具与台肩夹具的区别在于套环夹具套在试样的过渡圆弧,台肩夹具夹持在试样头部直径更大的台肩处。使用套环夹具的优点是试样头部可以很短。

销钉夹具普遍用于矩形试样的高温拉伸试验、低温拉伸试验,也可用于矩形试样的室温拉伸试验。销钉夹具的优点是夹持简单可靠,不会在高温下打滑,并且夹持时可以良好地确保试样与夹具对中。

铝箔拉伸试验只能使用楔形夹具和平推夹具,通常还需要采用平滑橡胶面以避免试样断裂在夹持处,因此规定楔形夹具和平推夹具的夹持面可选用锯齿面、平滑橡胶面等。

2.2.4  数据采集系统

此条为新增要求。本标准采用线性回归方法计算弹性模量并确定结果的有效性,需要至少50点数据,传统的自动绘图仪无法满足要求,只能通过计算机采集试验数据。为能够确定具体的最低采集频率,根据计算弹性模量时的应力区间给出了计算最低采集频率的公式。

2.2.5 控温系统

此条为新增要求,参考ASTM E21、ISO 6892-2、ISO 6892-3,在调研中铝合金的最高试验温度为500 ℃,最低试验温度为-196 ℃。


2.3 试样

2.3.1  试样的分类

① 增加了比例试样与定标距试样的命名,便于在产品标准中进行具体规定。

② 穷举本标准可能的矩形试样尺寸(圆形、弧形面积计算涉及无理数π),由于不存在需要四舍五入的情况,将标距修约规则由“四舍五入”改为“按GB/T 8170的规定修约”。

2.3.2  试样的型号及尺寸

2.3.2.1  圆形比例试样

① 增加了螺纹头部试样示意图、对螺纹头部尺寸的规定以及使用螺纹头部试样的建议。螺纹规格参考GB/T 228.2-2015,对于原始直径2.5 mm和3 mm的两种试样,则推荐采用规格为M6×1,长度不小于5mm的螺纹头部。

② 增加了4个k=4.515的试样,其原始直径分别为9 mm、6 mm、4 mm、2.5 mm。

③ 由于使用楔形夹具时,有些试样总长度有限(如厚板的高向试样),只能使用较短的头部长度,但也能正常完成试验,因此将试样夹持部分长度的强制要求改为推荐要求。

④ 基于检测项的特性,增加了用于测定弹性模量的试样的过渡圆弧半径、平行长度、试样平行部分的原始直径的最大值与最小值允许差值的特殊要求。由于测定弹性模量时需测量标距范围内的应变,而本标准采用最小横截面积计算应力,因此规定试样各处直径应在规定精度下相等。

⑤ 编辑性修改了建议加工为试样中间直径最小的要求,增加了试样直径差异对断后伸长率影响的注。进行了φ12.5 mm试样的对比试验,所有试样均加工为中间最小,均断裂在标距中间附近;而中间直径比两头小0.10mm左右(接近ASTM E8要求的偏差上限,超出本标准的要求)的试样的断后伸长率显著低于只小了0.03 mm左右的试样的断后伸长率。

⑥ 将圆形试样尺寸及尺寸允许偏差数值改为2位小数或3位小数,以与尺寸测量精确度匹配。

2.3.2.2  矩形比例试样

① 增加了带销孔头部试样示意图、带销孔头部尺寸的规定以及使用带销孔头部试样的建议。

根据计算,ASTM标准中各尺寸不能自洽。按照表中除销孔到过渡圆弧距离F以外的尺寸可计算得F约为10.5 mm,为满足F的要求,可将头部长度C增大至56 mm,此时试样总长度需加长12 mm;或将过渡圆弧半径r增大至26 mm,此时试样总长度需加长24 mm。按ISO 6892-2:2018的尺寸计算得到F约为23.4 mm,所以选择ISO 6892-2:2018中规定的销孔头部尺寸。

② 将使用楔形夹具时试样夹持部分长度的强制要求改为推荐要求。

③ 基于检测项的特性,增加了用于测定弹性模量、应变硬化指数、塑性应变比的试样的过渡圆弧半径、平行长度、试样平行部分的原始宽度的最大值与最小值允许差值的特殊要求。由于测定弹性模量或应变硬化指数时需测量标距范围内的应变,而本标准采用最小横截面积计算应力,因此规定试样各处直径应在规定精度下相等;测定塑性应变比时,试样不同位置宽度的差异过大会导致结果的明显偏离,因此要求宽度相对差异不大于0.1%。

④ 将矩形试样尺寸及尺寸允许偏差数值改为2位小数或3位小数,以与尺寸测量精确度匹配。

⑤ 修改了矩形试样夹持部分的中心线与平行部分的中心线的偏差的描述,因为2013版中采用的“同心度”用于圆形试样,可能造成误解。

2.3.2.3  弧形比例试样

针对航天行业惯例,基于原有的两种定标距弧形试样,增加了两种k=11.3的除标距外其他要求均一致的比例试样,其他变化与矩形比例试样的相似(弧形试样不用于测定弹性模量、应变硬化指数、塑性应变比,也不采用带销孔头部)。


2.3.3  试样类别与型号的选取

2.3.3.1  试样的选取原则

① 参考ASTM B557、ASTM B557M、ASTM E8/E8M,增加了优先选取全截面试样的建议。

② 由于截面形状与比例系数k都相同的比例试样测得的断后伸长率通常在统计学上没有显著差异,具备可比性,且在本标准规定下,一件具体的产品所选取的试样是固定的,不会使用不同型号的试样,因此删除了“各种型号试样所测得的伸长率不能相互比较”。

③ 由于圆形或矩形以外的其他形状的试样由于对称性原因难以确保试样的轴线与夹持系统中心线重合,不利于弹性模量的测定,因此限制测定弹性模量时的试样形状为圆形或矩形。

④ 高温试验与低温试验通常在环境箱内进行,一般采用很长的延长杆,延长杆的端头一般采用螺纹或销钉加载,因此增加高温试验与低温试验的试样头部类型的建议。

2.3.3.2  轧制板、带、箔材

① 箔材试样型号选取的要求在GB/T 22638.11中规定。

② 参考ASTM B557M-15,将选用圆形试样的产品厚度下限由“大于12.5 mm”修改为“不小于12.5 mm”。

③ 根据航空行业客户与汽车行业客户对拉伸试样的相关规定,增加了航空材料与汽车材料可选的试样。

2.3.3.3  挤压(或拉轧制)棒、线、管材或挤压型材、挤压板材

① 根据GB/T 8005.1中详细规定的挤压棒材等产品的具体形状,细化了试样类别和型号选取的要求。

② 为统一试样选取要求,将选用圆形试样的产品直径/内切圆直径/壁厚下限由“大于12.5 mm”修改为“不小于12.5 mm”。第一,对于产品的取样,ASTM B557-15和ASTM B557M-15的要求不同,ASTM B557-15是各类产品统一规定厚度不小于0.5 in.时取圆形试样,而ASTM B557M-15是轧制板材、挤压型材厚度不小于12.5 mm时取圆形试样,模锻件、挤压棒材等则是厚度大于12.5 mm时取圆形试样。第二,国内12.5 mm厚的产品较少,0.5 in.厚的产品反而相对较多。第三,12.5 mm厚的矩形试样横截面积太大,可能超过常见的100 kN试验机能力。因此进行了统一。

③ 根据航空行业客户对拉伸试样的相关规定,增加了航空材料可选的试样。

2.3.3.4  锻件产品

① 参考ASTM B557M-15,将可选用圆形试样的产品厚度下限由“大于8 mm”修改为“不小于8 mm”。

② 根据航空行业客户对拉伸试样的相关规定,增加了航空材料可选的试样。


2.3.4  试样的切取

2.3.4.1  一般规定

铝、镁合金行业惯例,拉伸试验一般测三个垂直方向:纵向、横向和高向,分别用字母L、T、S表示,2013版仅在锻件试样切取章条中进行规定,实际上很多薄板需测试纵向和横向两个方向,厚板还需要测试高向,因此在一般规定中进行说明。

拉伸试验生产检测一般测2个平行试样,若执行附录A的预备试验需要使用1个额外的试样。

2.3.4.2  轧制板、带、箔材

① 参考ASTM B557M-15,给出“产品宽度太窄”的量化指标“小于230 mm”。

② 增加了需切取高向试样时的要求。

③ 参考ISO 10113-2020,增加了测定塑性应变比时以试样纵轴与轧制方向的夹角表示试样方向的方法及取样方向要求。

④ 根据航空行业客户对拉伸试样的相关规定,增加了航空材料可选的试样切取部位要求。

2.3.4.3  挤压(或拉轧制)棒、线、管材或挤压型材、挤压板材

① 根据GB/T 8005.1中详细规定的挤压棒材等产品的具体形状,细化了试样切取部位要求。

② 根据航空行业客户对拉伸试样的相关规定,增加了航空材料可选的试样切取部位要求。

2.3.4.4  锻件产品

① GB/T 8545-2024《铝合金锻件》的编制组提供了具备圆形截面的锻饼、锻环、锻棒、锻管产品的轴向、切向、径向与拉伸试样的纵向、横向和高向的对应关系,因此试样方向统一规定为纵向、横向和高向,并通过图、表给出了各类锻件产品的具体试样切取部位和方向要求。

② 由于锻饼、锻棒不能在最厚部位中心处(即圆心处,此位置无法切取切向试样)取样,因此修改为在1/2半径处取样。

③ 锻件产品一般带有专用的取样区,对于产品无法带取样区(如锻环等)或者认证试验等情况,则是同一批产品多生产几个锻件,并随机解剖一件产品取样,因此按照实际情况规定了锻件取样模式。


2.3.5  试样的标识与制备

① GB/T 22638.11中详细规定了铝箔试样的加工要求,故进行引用。

② 本标准修订前,经表面处理产品的去除膜层要求在相关的具体产品标准中规定,本标准修订时决定进行统一规定。部分产品不去膜层是因为膜层均匀且非常薄,对试验影响很小,或者去除膜层需要使用硫酸等腐蚀介质,去除膜层时必定会对基体造成一定损伤,而基体又太薄。

③ “全截面管材试样夹持部分压扁示意图”中增加了侧视图以便于理解。

④ 增加“全截面管材试样夹持示意图”,以便于理解塞头长度与夹持位置。

2.4  测试步骤

2.4.1  试样原始尺寸的测量

由于仅测定塑性应变比时无需确定试样的原始横截面积,因此将尺寸测量从2013版6.3.3“试样原始横截面积(S0)的计算”中分离出来。相比2013版主要变化如下:

① GB/T 22638.11中详细规定了铝箔试样的尺寸测量要求。

② 将测量精确度0.01 mm和0.02 mm的尺寸分界点由5 mm修改为6 mm(薄板与厚板定义的分界点)。

③ 根据游标卡尺的分辨力,将测量精确度0.010 mm改为0.01 mm,将0.025 mm改为0.02 mm。

④ 根据挤压类产品生产单位现有测量能力,增加了断面扫描仪自动测量全截面试样横截面尺寸的方法。

⑤ 参考ISO 10113-2020,增加了测定塑性应变比时试样原始尺寸的测量要求。

2.4.2  试样原始横截面积(S0)的计算

① 由于a<0.1 mm的铝箔试样采用质量法测定厚度,相对误差0.35%,试样宽度误差不大于±0.05 mm,相对误差不大于±0.4%,因此横截面积的测定相对误差也可达到不大于±2%,将试样横截面积测定误差不大于±2%的厚度范围由0.1 mm≤a<0.3 mm改为a<0.3 mm。

② 将量具或测量装置分辨力要求改为横截面尺寸测量精确度要求。因为量具分辨力要求应在仪器设备章条规定,而此要求实际上是对横截面尺寸测量的精确度的要求。

③ 全截面整拉管试样改为圆环形试样。因为2013版中整拉管试样实际上是圆管的全截面试样,试样横截面形状为圆环形,而管材产品还包括扁管、椭圆管以及三角管、方管等正多边形管等。

④ 全截面非整拉管试样改为其他试样,删除质量法,增加断面扫描仪自动计算方法。理由:断面扫描仪自动测量计算的效率高,被广泛采用,质量法目前已除铝箔外基本不再使用。

2.4.3  试样原始标距(L0)的标记

① 增加铝箔试样原始标距的标记要求。

② 因为使用全自动引伸计等大量程引伸计可自动测得断后伸长率,一般仅需要在试样断裂在引伸计标距以外时复核,此时标记原始标距不是必须的操作,因此增加使用引伸计测定断后伸长率时标记的要求。

2.4.4  夹具选择

增加了针对试样形状、试验温度的具体夹具选择建议。

2.4.5  试样夹持

① 采用楔形夹具或平推夹具夹持矩形试样或弧形试样时,由于试样头部在夹具内的位置不受限制,人工夹持试样时试样的轴线与夹持系统中心线之间往往存在偏移或倾斜,或两者都存在。采用定位装置,例如定位挡板,可有效降低人工夹持试样时的偏移或倾斜,因此增加了提高矩形试样或弧形试样试样与夹头对中程度的建议。

② 参考ASTM E111-17的规定,增加测定弹性模量时,检查试样是否承受轴向力的建议方法及指标。由于检查方法需要使用至少2个单侧引伸计,而均值式引伸计一般直接输出试样两侧变形的平均值,无法执行此项检查,且ISO 6892-1:2019等标准也未要求进行此检查,因此将该检查作为可选项。

③ GB/T 22638.11中详细规定了铝箔试样的夹持要求。

2.4.6  温度传感器安装

参考国内外相关标准,增加高温、低温拉伸试验时,温度传感器的安装数量及位置要求。各标准对温度传感器的安装数量及位置要求相近,主要差别在于ASTM E21规定平行长度不小于50 mm时需安装3支热电偶,ISO 6892与GB/T 228规定的是试样标距不小于50 mm时需安装3支热电偶,ASTM E21更严格,因此采用了ASTM E21的要求。

2.4.7  试验温度与保温时间设定

参考国内外相关标准,增加高温、低温拉伸试验时,温度范围、试样的允许温度差异以及保温时间要求。在铝、镁合金高温、低温试验温度范围内,各方法要求的试样温度一致,差异在于ASTM E21规定的保温时间为20 min,NADCAP规定的航空材料高温试验保温时间为30 min。

对高温拉伸试验的保温时间进行了验证试验,试验结果表明铝合金在250℃下,保温10min、20min、30min,规定非比例延伸强度与抗拉强度依次略有下降;在100℃下,不同保温时间下强度变化不大,原因是该温度低于铝合金时效温度,因此对强度影响很小。

因此高温拉伸保温时间选择ASTM E21要求的20 min,但航空产品选择NADCAP要求的30 min。低温拉伸保温时间选择10 min,但建议试样横截面尺寸大于100 mm2时保温20 min。

2.4.8  引伸计装夹及标距修正

参考国内外相关标准,增加高温、低温拉伸试验时引伸计装夹时间及标距修正要求。结合ISO 6892-2与ISO 6892-3规定的实际意义,标距设定是设置用于计算应变的引伸计标距时是否考虑试样的热延伸,即是否修正标距。国内铝合金高温、低温拉伸试验主要是在试样保温结束后加载前装夹引伸计,此方法的引伸计标距准确度最好,其他方式都很少使用。因此采用ISO 6892-2标准规定的引伸计装夹时间及标距设置要求。


2.4.9  试验速率设定

2.4.9.1  应变速率

① 增加了航空产品测定规定非比例延伸强度时的应变速率0.000 083 s-1(相对误差±40%),数学上等于0.005 min-1,该速率为国际上航空产品试验的惯例。

② 测定规定非比例延伸强度后的应变速率改为不超过0.006s-1。大多数铝、镁合金对室温拉伸速率不太敏感,在某7×××铝合金验证试验中,在0.003 min-1~0.021 min-1的应变速率范围内测定的规定非比例延伸强度无显著差异,在0.05 min-1~0.40 min-1的应变速率范围内测定的抗拉强度、断后伸长率无显著差异。

③ GB/T 22638.11中详细规定了铝箔试样的试验速率要求。

④ 参考EN 2002-1:2005,增加了测定弹性模量时的速率要求。

⑤ 参考ASTM E21-17e1,规定了高温拉伸试验速率要求。铝合金在高温时试验速率对结果有显著影响,在0.40 min-1的应变速率下测得的抗拉强度比0.05 min-1的应变速率下测得的抗拉强度高10%左右,因此规定测定抗拉强度时的速率为0.00083s-1(数学上等于0.05 min-1)。

⑥ 低温拉伸试验测定规定非比例延伸强度时应变速率选用较低的0.000 083 s-1,与高温拉伸保持一致;由于低温试验对试验速率不敏感,测定规定非比例延伸强度后应变速率与室温拉伸保持一致。

2.4.9.2  应力速率

① 增加了建议“宜通过横梁位移控制应力速率”。对于金属材料,如果存在不连续屈服现象,若采用力反馈控制拉伸试验,则在屈服阶段试验机将可能加速至最高速度以保持负荷的增加速率。调研发现包括国际知名品牌试验机在内,国内电子式拉伸试验机的软件设置应力速率时,基本上都是采用力反馈控制。铝、镁合金一般是连续屈服,即使采用力反馈控制直到测定Rp0.2也不会失控,但采用力反馈控制时在规定塑性变形点的瞬时应变速率往往明显高于弹性段的应变速率。

② 将原规定“夹头的分离速率”更改为“横梁位移速率”,两者略有差异,一是因为加载时加载系统也会发生变形,因此横梁位移会略大于夹头的分离;二是位移测量的模式不同,目前常用的电子式试验机普遍采用电机的旋转角度计算横梁位移,而不再安装夹具的位移传感器。

③ 增加要求“力反馈控制应力速率时应及时转换控制方式”,说明力反馈控制的风险,并要求及时切换控制方式。

2.4.9.3  横梁位移速率

参考了ASTM E8/E8M-22的规定,直接采用应变速率乘以平行长度计算所需的横梁位移速率。

2.4.10  力学性能的测定

2.4.10.1  试样加载

规定了拉伸试验加载及数据采集操作。国内外各拉伸试验方法均无此条目,但从试验方法标准角度来看,加载与数据采集是拉伸试验最重要的操作,此条目不应缺失。

2.4.10.2  弹性模量(E)的测定

规定了弹性模量的计算和结果有效性要求。验证计算:ASTM E111-17中,变异系数ν1=[(1/γ2-1)/(k-2)]1/2,其中k为选择区域内数据点数,按ISO 6892-1:2019要求的下限R2=0.999 5,k=50计算ν1=0.32%,小于ASTM E111-17要求的2%。调研发现各试验机厂家均采用拟合法计算弹性模量。因此弹性模量的计算方法选择拟合法,有效性要求为数据点数不小于50,确定系数γ2≥0.999 5,应变大于0.25%时,建议采用真应力与真应变计算弹性模量。

2.4.10.3  断后伸长率(A)的测定

① 由于原测量精度0.1 mm是基于矩形试样的定标距最短20 mm确定的,但圆形试样的标距可能小于20 mm,断后标距测量至0.1 mm时,测量的相对精确度已超过0.5%,因此修改了断后标距测量精确度要求。

② 对结果的修约作了要求。

2.4.10.4  屈服点延伸率(Ae)的测定

根据GB/T 33227-2016附录A新增的条目。对于汽车板,屈服点延伸率是一个有害的力学性能指标。铝合金没有屈服现象,通常只有5×××系铝合金薄板的拉伸应力-应变曲线上可能出现一个非常小的屈服平台,此屈服平台需要人工检查应力-应变曲线并读取Ae值。由于铝合金Ae值大多数情况下为0,极少数情况下有Ae时一般也不超过1%,因此修约至0.01%。

2.4.10.5  最大力总延伸率(Agt)的测定

根据汽车板产品需求新增的条目。最大力总延伸率是抗拉强度对应的应变。ISO 6892-1:2019和ASTM E8/E8M-22都规定了应力-应变曲线最大力处呈平台状时取平台中点,ASTM E8/E8M-22还明确规定了确定平台范围的算法,参考ASTM E8/E8M-22的规定给出了确定平台范围的算法的建议。

2.4.10.6  最大力塑性延伸率(Ag)的测定

根据汽车板产品需求新增的条目。最大力塑性延伸率就是最大力总延伸率减去弹性应变部分。

2.4.10.7  应变硬化指数(n值)的测定

根据汽车板产品需求,参考国内外试验方法新增的条目。由于各试验方法都优先规定扣除弹性应变的算法,但试验机软件多数又未扣除弹性应变,因此在标准正文中规定了两种算法,并参考ASTM E646-16规定,要求使用第二种算法(不扣除弹性应变)时,必须满足弹性应变占总应变的比例不大于10%。规定采用脚标的方式表示确定n值的塑性应变区间,以便于使用。

2.4.10.8  塑性应变比(r值)的测定

根据汽车板产品需求,参考国内外试验方法新增的条目。根据实际情况,选用人工法与自动法。由于各试验方法都优先规定扣除弹性应变的算法,但试验机软件多数又未扣除弹性应变,因此标准正文中对人工法和自动法都规定了两种算法,并参考测定n值时的规定,要求使用第二种算法(不扣除弹性应变)时,必须满足弹性应变占总应变的比例不大于10%。


2.5 结果判定

① 2013版对断裂位置有效性要求的要求不合理,难以执行,需要在试验前标记原始标距的1/4位置,因此参考ASTM E8/E8M-22,修改了断裂位置有效性要求。

② 给出相对标距与夹持区的各断裂区域的名称,易于声明断裂位置。

③ 在根据测定弹性模量时的数据线性回归拟合质量要求,增加了测定弹性模量时的无效判定条件。

④ 增加了测定应变硬化指数、塑性应变比时的无效判定。这是因为计算区间的塑性应变上限超过最大力塑性延伸率时,试样已经缩颈,用于计算n值、r值的公式已不再适用,另外测定r值时试样横向弯曲会导致测得r值的异常偏大。

⑤ 由于在极少数情况下某些试验软件自动计算的规定非比例延伸强度不合适,需要人工处理,因此增加了怀疑试验软件给出结果有异常时人工检查的提示。


2.6 附录A (资料性) 横梁位移速率的估算方法

参考国内外试验方法新增的附录,用于对横梁位移速率进行补偿,以获得在屈服点附近时更接近预期的应变速率。

给出的两个公式分别来源于GB/T 228.1-2021与ISO 6892-1:2019。考虑到实际操作过程中最初试验机刚度及Rp0.2周围应力-延伸率曲线的斜率是未知的,因此将GB/T 228.1-2021中的预备试验方法作为首选估算方法。在积累了足够多数据后,检测单位可以直接通过试验机刚度及相关产品Rp0.2周围应力-延伸率曲线的斜率直接估算修正后的横梁位移速率,因此将ISO 6892-1:2019中的计算方法作为第二种估算方法。


三、小结

本标准相比2013版,细化了对试样尺寸的要求,增加了铝、镁合金制品高温、低温试验方法,增加了试验速率类型及要求,增加了测定屈服点延伸率、最大力总延伸率、弹性模量的方法,促进了行业的进步和发展,保证标准指标的先进性。


本标准的修订,在铝、镁合金制品拉伸试验的适用性、前瞻性、可操作性上都有了很大的扩充。新标准全面反映了我国目前铝、镁合金制品拉伸检测技术水平,能够满足中国铝、镁工业的实际使用和未来发展的需求,为中国铝、镁工业的发展提供了基础性的技术支撑。