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DIN EN ISO 6892-1、ASTM E8 – 在室温下进行金属拉伸试验

适用于金属材料拉伸试验的DIN EN ISO 6892-1试验标准于2017年2月发布。该标准对室温下的拉伸试验进行了标准化,并规定了机械性能。

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试验任务/试验方法描述

拉伸试验是世界上最重要也最常用的一项机械试验,它用于测定在设计和构造部件、商品、机器、汽车和建筑中至关重要的金属强度和应变特性值。 

试验任务是以可靠、可再现的方式测定特性值并实现国际可比性。 

单轴拉伸试验是用于测定屈服点或规定塑性延伸强度拉伸强度和断裂应变的特性值的方法。此外,还可测定下屈服点、屈服点伸长量和最大试验力处的伸长量。 

金属拉伸试验,ISO 6892和ASTM E8 - 基于温度范围加以区分

金属拉伸试验中,该标准区分了进行拉伸试验的四个温度范围:室温、高温、低温和液氦温度。不同的温度范围和液氦介质对试验系统和试验方法(包括要制备的试样)提出了各不相同的要求。因此,国际ISO标准分为四个不同的部分,每个部分涉及上述温度范围之一:

  • ISO 6892-1室温试验方法
  • ISO 6892-2高温试验方法
  • ISO 6892-3低温试验方法
  • ISO 6892-4液氦试验方法

除这些国际公认的ISO标准外,国际上还采用美国ASTM标准、欧洲EN标准、日本JIS标准和中国GB/T标准等国家标准。对于特殊应用领域,如航空航天领域,其他特定标准可能也很重要或者必不可少。

DIN EN ISO 6892-1、ASTM E8金属室温拉伸试验

金属拉伸试验或金属材料拉伸试验主要依据DIN EN ISO 6892-1ASTM E8。这两个标准都规定了试样形状及其试验方法。试验标准的目标是规定和建立试验方法,确保即使在使用其他试验系统的情况下,待测定的特性值仍可再现且正确。这也意味着,试验标准要求涵盖的是重要影响因素,通常以这样一种方式来制定:有足够的余地用于技术实现和创新。

金属拉伸试验的重要特性包括:

  • 屈服点;更准确地说,是指上屈服点和下屈服点(ReH和ReL)
  • 规定塑性延伸强度;在塑性伸长量为0.2%(Rp0.2)的情况下通常被测定为替代屈服点。
  • 屈服点伸长;更准确地说,是指屈服点引伸计伸长,因为它只能使用引伸计来测定(Ae)
  • 拉伸强度(Rm)
  • 均匀伸长(Ag)
  • 断裂应变(A),借助规范化的标距长度至关重要

材料硬化处于不同水平时的拉伸强度

对于有明示屈服点https://www.zwickroell.com/de-de/materialpruefung-werkstoffpruefung/zugversuch/streckgrenze的金属材料,将最大拉力定义为上屈服点https://www.zwickroell.com/de-de/materialpruefung-werkstoffpruefung/zugversuch/streckgrenze之后达到的最大试验力。对于加工硬化现象较弱的材料,超过屈服点后的最大拉伸力也可能位于屈服点之下,因此这种情况下的拉伸强度低于上屈服点的值。

应力-应变曲线图像显示了一条屈服点后加工硬化处于较高水平(1)和加工硬化处于极低水平(2)的曲线。

另一方面,对于具有屈服点和后续应力的塑料,拉伸强度对应于屈服点处的应力。

屈服点(ReH和ReL)、规定塑性延伸强度(Rp和Rt)和拉伸强度(Rm)

对于屈服点拉伸强度的测定,只需进行一次精确的力测量;而对于所有其他特性,则需要在测试期间使用引伸计进行(自动)应变测量,或在移除试样/试样残留物后进行手动应变测量。

力测量和伸长测量要求

最重要且可清晰描述的要求还涉及力测量,以及在受力情况下试样伸长的测量。

  • 对于力测量ISO 6892系列是指ISO 7500-1拉伸和压缩试验机力测量系统的校准和检验,要求的级别至少为1级。
  • 对于伸长测量ISO 6892系列是指ISO 9513单轴试验中使用的引伸计系统的校准,如果要测定规定塑性延伸强度,则要求的级别至少为1级;对于其他特性值(伸长量大于5%)的测量,可采用2级。

校准过程,尤其是分类的结果和定义,在力测量和伸长测量试验标准中加以描述。后者对于测试实践中的应用至关重要。最大允许偏差和分辨率可通过校准后的测量系统的类从属关系得出,要确定测量系统的测量不确定度,必须要用到它们。

  • 对于力测量,ASTM E8是指ASTM E74
  • 而对于伸长测量,则是指ASTM E83
  • 国际上应用的试验标准有时在内容结构上有所不同,但在定义和要求上是一致的,因此从拉伸试验得出的相关特性值之间不会有明显的偏差。

需要注意的一个例外是评估,以及引伸计的分类。ISO 9513参考的是与要达到的设置值的偏差,而ASTM E83还额外考虑了与初始标距长度的比率。与用于较大初始标距长度的引伸计相比,用于较小初始标距长度的引伸计必须满足更高的测量要求。 

需要至少使用符合ISO 9513标准的1类引伸计进行金属拉伸试验才能获得的特性值为: 

  • 应力-应变曲线的初始梯度mE
  • 规定塑性延伸强度Rp 和Rt

需要至少使用符合ISO 9513标准的2类引伸计进行金属拉伸试验才能获得的特性值为: 

  • 屈服点伸长Ae
  • 均匀伸长Ag和Agt
  • 拉伸强度Rm或最大拉伸力Fm周围的坪范围e:
  • 断裂A和At后的伸长

试验速度对屈服点(ReH和ReL)和规定塑性延伸强度(Rp和Rt)的影响

为了正确测定屈服点(ReH和ReL以及规定塑性延伸强度(Rp和Rt),除了精确的力和应变测量外,试验速度也很重要:

  • 当进行试验时的应变速率发生变化时,金属材料的特性值也会发生变化。
  • 一般来说,应变速率越高,强度值越大。
  • 根据金属材料的合金和产品质量,强度对应变速率的依赖非常明显,并且超出了相应质量的规范限制。
  • 鉴于这一事实,在国际试验标准中引入了一种附加方法,用于调整正确的试验速度,在此速度下,要求保持公差更加严格的特定应变速率。

自2009年以来,ISO和ASTM在其金属拉伸试验标准中同样采用了所谓的应变速率控制,以提高测定屈服点和规定塑性延伸强度时的结果可靠性。

这两个标准以及与之相关的其他国家标准(如JIS Z2241和GB/T 228)都提出了两种应变速率控制的实施方式:

  • 首先,通过使用引伸计信号进行自动控制(闭环)。
  • 其次,通过预选横梁速度进行手动调整,在该速度下可达到测定特性值所需的正确应变速率(开环)。

第一种方法使用驱动控制器提供的现代技术方案,自动将横梁速度保持在标准规定的应变速率公差范围内。该方法需要一个配备控制技术的试验系统,但极大简化了试验操作,并消除了在横梁速度设置方面的误差。因此,建议采用这种控制方法。

ISO 6892-1和EN 10002-1:2001标准规定的不同测试阶段下的试验速度范围

断裂应变A和At

断裂应变A或At用于衡量材料的延展性和流动性能。

断裂应变At只能用引伸计来测定,引伸计保留在试样上直至到达断裂点,然后测量试样的伸长量。 

断裂应变A通常以手动方式测量,如今也可以用引伸计测量。因此,对于自动测量,正确测定试样断裂的点(断裂点)至关重要。

现代算法自动分析应力-应变曲线,可确保可靠地指定断裂点并准确测定断裂应变。沿试样的断裂位置(更具体地说,是沿试样平行长度的断裂位置)对于可靠、准确地测定断裂应变也很重要。如果断裂或失效点不在接触式引伸计的标距长度内,则无法正确测定缩颈期间发生的塑性变形以及失效点。现代评估算法相对于引伸计的测量点来评估失效点或断裂点,并指出不可靠的断裂应变值。

光学非接触式引伸计能够记录试样的整个平行长度,可用于测定断裂点或失效点。如果断裂点在初始标距长度之外,根据ISO 6892-1:2017附录I,当在试验过程中考虑并测量了适当数量的标距标记时,仍然可以测定断裂应变。laserXtens Array激光引伸计和videoXtens Array视频引伸计为该任务提供了一套可选解决方案。使用这两款引伸计,可自动在整个试样上可靠、准确地测定断裂应变。

JIS Z2241提供断裂点的分类。断裂点通常是通过视觉测试或单独的非接触测量手动分类的。这两种方法既耗费人力,又浪费时间。借助现代光学非接触式引伸计,可以为拉伸试验自动处理此任务:在测定的可记录结果中指出具体分类(取决于断裂点A、B或C)。

视频:根据ISO 6892-1/ASTM E8标准进行金属拉伸试验

根据ISO 6892-1方法A1和A2进行金属拉伸试验

testXpert III:根据ISO 6892-1标准进行金属拉伸试验

可以在标准测试程序中选择ISO 6892和ASTM E8中的各种方法,然后由testXpert III负责剩余部分。所有相关设置均可在testXpert III中方便地进行预设。您可以自己去看一看!

根据ISO 6892和ASTM E8标准进行金属拉伸试验

符合ISO 6892和ASTM E8标准的金属拉伸试验已更新为包括闭环应变控制。testXpert III还为该试验方法提供预置的标准测试程序。

TENSTAND软件验证

根据ISO 6892-1/TENSTAND进行验证,获得100%可靠的测试数据。 

使用软件根据ISO 6892-1测定的测试结果可通过国际协调的数据集和国际协调的测试结果进行确认和验证。欧洲的一个研究项目(首字母缩写为TENSTAND)生成并限定了金属试验中的原始数据。这些数据用于测定和限定测试结果和结果范围。使用TENSTAND数据集和结果集,可通过比较结果来快速、可靠地验证测试软件。位于伦敦的国家物理实验室(NPL)可提供这些数据集和结果集。

  • 国家物理实验室(NPL)是德国国家计量学会Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)的英国对口机构。它规定了适用于物理和技术领域的国家标准。 
  • 该机构的职责包括确定基本和自然常数,表示、保留和转换国际单位制(SI)的法定单位,并可为法律监管部门提供服务,如UKAS(英国认证服务)校准服务。

使用TENSTAND和testXpert III可靠地重现测试结果

使用TENSTAND软件验证来确认测试结果。

  • 将TENSTAND ASCII原始数据集从NPL加载到testXpert III中
  • 使用testXpert III从这些原始数据集确定测试结果
  • 将结果与TENSTAND结果相对比

DIN EN ISO 6892-1:2017中的重大更改

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