金屬材料室溫拉伸試驗標準對比

韓 燕 賈 亮

(中國第一重型機械股份公司鑄鍛鋼事業部，黑龍江161042)

拉伸試驗是標準拉伸試樣在靜態軸向拉伸力不斷作用下以規定的拉伸速度拉至試樣斷裂，在拉伸過程中連續記錄力與伸長從而求出其強度判據和塑性判據的力學性能試驗，是金屬材料力學性能試驗中最常見的試驗方法，它廣泛地應用于金屬材料的研制、生產和驗收。

目前，我國正在大力發展核電，現在在建的多為二代改進型核電站和AP1000型核電站，基本上分屬法國RCCM標準系列和美國ASTM/ASME標準系列。這兩個標準體系中，對試驗機、引伸計、試驗溫度、試驗速度、結果處理和數據修約方面的規定有所不同。為了方便實際運用，筆者將ISO和我國標準與RCCM、ASTM進行了比較分析，以便運用者對其不同之處有清晰的認識，防止在實際運用中混淆標準。

因拉伸試樣多采用圓形標準試樣，所以，我們將以圓形標準試樣為例探討不同標準間的差異。

1 試驗機和引伸計

拉伸試驗設備主要包括試驗機和引伸計。試驗機是對試樣施加變形力并測定所施加力的系統。 引伸計是測定延伸(或位移)的系統，它們的準確度直接影響試驗的結果。因此，試驗機和引伸計必須經檢定合格，且在有效期內才可使用。

不同的標準，對拉伸試驗機和引伸計的要求也有所不同，表1中列出了各標準所依據的相應標準。在實際應用中，不同標準要求的試驗機校定的標準也不同，而且引伸計的準確度級別的分類也不同，使用者只有按照相應的標準，選擇適用的引伸計，才能滿足不同技術規范的要求。例如，測定屈服強度時RCCM中要求引伸計應選用1級，精度為±1%；ASTM A370中要求選用B2級，精度為±0.5%，GB中要求至少選用不劣于1級的引伸計；ISO與RCCM中的規定相同，而且引伸計的分類均滿足ISO 9513的要求。所以，在測定屈服強度時，ASTM 標準中對引伸計的精度要求較高。

2 試樣尺寸(以常用圓形標樣為例)

根據不同的采購規范或所引用的標準要求來選擇合適的拉伸試驗用試樣。在用于核電項目的拉伸試驗中多采用圓形標樣來進行試驗，所以，下面僅以常用的圓形標樣為例，來說明不同標準中對試樣尺寸要求的異同，見表2。

需特別指出：在GB/T228中，一般K取5.65，但在相關產品標準中規定，可以采用11.3的比例系數，此時，L0應為10d(mm)。

表1 試驗機和引伸計Table 1 Testing machine and extensometer

表2 圓形拉伸試樣相關尺寸Table 2 Related dimensions of round tension test specimen

由表2可知，一些拉伸試樣尺寸的名稱及對應字母符號有所不同，如標距在ASTM標準中用G表示，而在其它三個標準(RCCM、GB、ISO)中用L0表示。在ASTM標準中用A來表示減縮段長度，也就是在其它三個標準中所指的平行長度(Lc) 。RCCM和ISO 標準中對直徑為10 mm的拉伸試樣的尺寸規定都相同。ASTM 中圓形標樣的直徑為12.5 mm±0.25 mm，大于其它三個標準中的圓形試樣直徑 。除了在尺寸上有所不同外，還有一點需要指出，即在RCCM、ISO及ASTM中，它們都只有一種比例的試樣，而在GB中有短比例和長比例兩種試樣。

3 室溫拉伸試驗的溫度范圍

溫度是影響材料的性能參數之一，對于某些特殊材料，某些溫度區間甚至是敏感參數。一般認為，隨著溫度升高，金屬材料的強度指標下降，塑性指標上升，因此，運用者需要熟知不同標準中所要求的室溫拉伸的溫度范圍。在RCCM標準中試驗溫度范圍一般為10～35℃(除非另有規定)。對于在可控條件下進行的試驗，溫度范圍應為23±5℃(見EN 10002-1)。

在ASTM E8/E8M中指出：除非另有規定，室溫范圍為10～38℃；ASTM A370中沒有另行規定室溫的定義，所以應沿用E8/E8M的規定。ISO 標準中規定的室溫范圍與RCCM中的規定完全相同。GB/T228 中指出：除非另有規定，試驗一般在10～35℃范圍內進行。對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應為23±5℃，基本與RCCM 相同。由此可見，ASTM標準中對室溫的要求范圍較其它三個標準的廣。

4 試驗速度(試驗速率)

不同的標準對于試驗的速度要求也有所不同，在拉伸試驗中拉伸強度的測定非常重要，也是產品技術規范中重要的驗收項目，表3歸納了四個標準在測定拉伸強度時對于試驗速度的要求。

由表3可知，ASTM與其它三個標準比較，不論是測定屈服強度還是抗拉強度，試驗速度都有所不同，而RCCM、GB、ISO三者的要求相同。測定屈服點或屈服強度時，應變速率在ASTM 標準中規定的下限要比其它三個標準的低；測定抗拉強度時，ASTM 規定的應變速率的上限高于其它三個標準。

在具體對于試驗速度的選擇和應用中，很多試驗室因試驗設備的約束，應變速率和應力速率很難在實際中控制，所以，在具體的試驗過程中，試驗人員一般用試驗機夾頭的分離速度來控制試驗速度。為了更深刻地理解標準間對于拉伸試驗速度的要求，本文以常用圓形拉伸試樣為例，比較幾個標準間對于拉伸試驗速度的差異。當試樣平行長度(減縮段長度)為60 mm時，試驗機夾頭分離速度見表4。

表3 各標準對試驗速度的規定Table 3 Speed of testing required in RCCM, ASTM, ISO and GB standard

表4 不同標準中的拉伸速度比較(單位：mm/min)Table 4 Comparison of speed of testing in accordance with different standards mm/min

由表4可見，當試樣平行長度(減縮段長度)為60 mm時，按照RCCM 、ISO和GB 的規定，拉伸速度的要求相同，但與ASTM A370中的要求有所不同。在測定屈服強度時，ASTM中所規定的最小試驗速度小于其它三個標準中所規定的最小值，但在測定抗拉強度時，最大試驗速度又大于其它三個標準中所要求的最大值。所以，在具體應用中應特別注意產品技術規范中所引用的標準，以免混淆用錯。

5 試驗結果處理

關于延伸率(伸長率)結果的處理，不同標準的規定也不盡相同，見表5。

表5 不同標準對斷后伸長率結果的處理Table 5 Determining of percentage elongation after fracture in different standards

由表5可以看出，對于斷后伸長率結果的處理，RCCM、 GB和ISO 標準處理方法均相同，但與ASTM 標準規定有所不同。

6 數據修約

6.1 ASTM/ASME 標準體系

在ASTM 標準體系中拉伸強度的試驗數據是需要進行修約的。ASTM標準在世界材料和試驗領域，包括機械制造領域被廣泛地采用，尤其在AP1000型核電站鍛件的制造過程中被廣泛采用。下面就三個與拉伸試驗有關的數據修約的標準進行歸納。

(1)ASTM E29

E29是用試驗數據中的有效數字來確定技術條件的符合性的規范，即將觀察到的數據或計算出來的試驗結果與標準規定的技術條件極限相比較，以確定對技術條件的符合性。

當適用的其它ASTM技術條件或標準直接引用該標準時，也是判斷其對技術條件的符合性 。

該標準同時提供了絕對法和修約法兩種方法，且僅在所選方法已經確定時才能引用該標準。

對于絕對法，該標準給出了何處適用 、如何適用以及如何表達的描述。

對于修約法，該標準討論得非常詳盡，對于各種情況下如何表達都進行了討論和規定。

對于修約程序，E29規定：當修約一個規定了有效位數的數字，選用最為接近的那個；假如有兩個可能的選擇，如當數字正好為“5”或在“5”后面只有0，就選擇可成為偶數的那個；修約后的值應該一次性地從可得到的最精確的值中直接獲得，而不能用兩次或多次后續的修約。

(2) ASTM A370

ASTM A370 中的附件A8《試驗數據的修約》中的規定如下：測定值或計算值應根據所用產品技術標準進行修約。當沒有規定的修約方法時，應采用實用規程E29的修約方法進行修約。當按照E29的規則確定時，數值可向上修約或向下修約。

在修約數字為“5”的特殊情況下，當在“5”后面除了0外沒有另外數字時，若遵照E29會導致材料拒收的情況下，修約就應該朝著技術標準的限值方向進行。

最后對于試驗數據的報告值進行修約的推薦用級別已在標準中給出。

(3)ASTM E8/E8M

使用該標準首先對屈服強度和抗拉強度的報告試驗數據進行修約，試驗數據應按E29及產品技術條件規定的程序進行修約。若沒有數據修約的規定程序時，如試驗值≤500 MPa，修約到最為接近的1 MPa；如試驗值為500～1 000 MPa，修約到最為接近的5 MPa；如試驗值≥1 000 MPa時，修約到最為接近的10 MPa。

6.2 RCCM標準

RCCM 中規定室溫拉伸應按照NF EN 10002-1來執行，在這個標準中沒有試驗數據修約的規定。雖然在RCCM中也有引用ASTM A 370為參考文件，但只引用了A370中關于沖擊試驗中的纖維斷面率和側膨脹量方面的內容，與拉伸試驗無關。所以，以目前RCCM 標準中的規定來看，拉伸強度數據是不進行修約的。但在NF EN 10002-1中規定：對于斷后伸長率可以修約到最為接近的0.5%。

6.3 ISO標準

ISO制定的關于數字修約的標準是ISO 80000-1《量和單位-第1部分：總則 附錄B 數字修約》。

主要內容有：

(1)首先對修約給出了定義；

(2)如果只有一個整數倍最接近給定數，那么就用它作為修約數；

(3)如果有兩個連續的整數倍數同樣接近于給定的這個數，那么就有兩個不同的規則可用，即：選擇偶數整數倍數作為修約數(通常優先使用)；選較大的整數倍數作為修約數(廣泛用于計算機中)。

(4)只進行一次修約；

(5)修約間隔應予給定。

6.4 GB標準

GB/T8170 《數值修約規則與極限數值的表示和判斷》中規定的進舍規則是：

(1)擬舍棄數字的最左一位數字小于5，則舍去，保留其余各位數字不變；

(2)擬舍棄數字的最左一位數字大于5，則進一，即保留數字的末位數字加1；

(3)擬舍棄數字的最左一位數字是5，且其后有非0數字時進一，即保留數字的末位數字加1；

(4)擬舍棄數字的最左一位數字為5，且其后無數字或皆為0時，若所保留的末位數字為奇數則進一，若為偶數，則舍去；

(5)不允許連續修約。

第(1)、(2)和(3)條是通則，第(4)條與ISO 80000-1 的兩條規定之一(見上述6.3)相符，也與E29 的規定相符，但與A370的相關規定不完全一致。

在產品的常溫拉伸試驗中，拉伸強度很重要，所以，試驗人員對于拉伸強度數據能否修約的問題就必須嚴格按照不同標準的要求來判定，尤其對于臨近產品采購規范規定的極限值時，該判定結果非常關鍵。總的來說，RCCM 中拉伸強度不能進行修約，其它的幾個標準都可以進行修約，但運用者須注意不同標準對于修約的特殊規定。

7 結束語

分別從試驗機、引伸計、試驗溫度、試驗速度、結果處理和數據修約方面分析比較了RCCM、ASTM、ISO與國家標準之間的不同要求。為了方便實際運用，以核電項目常用拉伸試樣，即圓形標樣為例進行比較，得出在不同標準間上述規定是有所不同的，尤其在ASTM和RCCM標準間差異比較明顯。測定屈服強度時，ASTM標準對引伸計的精度要求較高；ASTM標準中圓形標樣的直徑大于其它三個標準中的試樣直徑；對于室溫的范圍，ASTM標準較其它三個標準的范圍廣；測定屈服強度和抗拉強度的拉伸速度及對斷后伸長率的結果處理方面，ASTM 與RCCM、GB、ISO規定不同；在數據修約方面，RCCM 不對拉伸強度值進行修約，其它三類標準都可以進行修約，但規定不盡相同。通過對不同標準間的比較，為在實際生產中準確的理解和運用標準起到了很好的指導作用。

[1] RCCM—2000, MC1000 Mechanical, Physical, Physico-chemical and Chemical tests [S].

[2] ASTM A 370-03 Standard Test Methods and Definition for Mechanical Testing of Steel Products [S].

[3] ISO ISO6892—98 Metallic material-Tensile testing at ambient temperature [S].

[4] GB/T 228—2002金屬材料室溫拉伸試驗方法[S].

[5] 王濱.ASTM標準與我國金屬拉伸試驗標準中力學性能名稱和定義對照[J].理化檢驗-物理分冊，2004，40(8)：430.

[6] 闞玉琦，趙家鎮，等.力學性能試驗中的數據修約[J].理化檢驗-物理分冊，2009，45(11)：693-695.

[7] 聶月生.對金屬材料室溫拉伸試驗影響因素的分析與探討[J].檢測與分析，2008，93(9)，83.