ASTM A370-14與ASTM E8/E8M-13a標準對比

陳 松，王曉穎，路廣平，朱斌燕，王 軍，孔維國

（渤海裝備華油鋼管公司揚州分公司，江蘇 揚州225000）

ASTM A370-14與ASTM E8/E8M-13a標準對比

陳 松，王曉穎，路廣平，朱斌燕，王 軍，孔維國

（渤海裝備華油鋼管公司揚州分公司，江蘇 揚州225000）

拉伸試驗是金屬材料力學性能試驗中最常見的試驗方法。針對ASTM A370－14鋼制品力學性能試驗標準中關于試驗方法和定義與ASTM E8/E8M－13a金屬材料拉伸試驗方法之間存在著一定的技術差異，為此筆者分別從標準的適用范圍、試驗設備、試樣制備、試驗速率、拉伸性能指標測量以及數據修約和換算等方面對其進行了系統的對比分析，以便更好地理解這些標準。

拉伸試驗；ASTM A370－14；ASTM E8/E8M－13a；試驗速率

拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷下測定受試材料特性的試驗方法。利用拉伸試驗得到的數據可確定材料的彈性極限、伸長率、比例極限、拉伸強度及屈服點等拉伸性能指標。拉伸試驗是金屬材料力學性能試驗中最常見的試驗方法，被廣泛應用于金屬材料的研制和生產。目前，力學性能檢測中經常使用的ASTM標準在很多情況下會將試驗總則標準 （ASTM A370－14）和金屬材料拉伸試驗方法 （ASTM E8/E8M－13a）混淆，其實兩者之間存在一定技術差異，應注意區分使用。

1 適用范圍

ASTM A370－14鋼制品力學性能試驗標準的試驗方法和定義主要適用于鍛鋼、鑄鋼、不銹鋼和合金鋼等鋼制品；ASTM E8/E8M－13a金屬材料拉伸試驗方法適用于室溫下任何形狀的金屬材料，其適用范圍比較大，除鋼鐵類材料外，Cu，Al和Mg等有色金屬及其合金也可使用。

ASTM A370－14對室溫沒有明確規定，而ASTM E8/E8M－13a定義室溫范圍為10～38℃。

2 試驗設備

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施加力的系統，引伸計是測定位移的系統，他們的準確度將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。對于ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a而言， 拉伸試驗設備要符合ASTM E4（試驗機的力值檢驗方法）中的規定，引伸計要符合ASTM E83（引伸計的校驗及等級方法）中的規定。對于引伸計精度， ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a中的規定也不相同，具體情況見表1。

表1 ASTM A370－14和ASTM E8/E8M－13a對引伸計的選用對比

3 試樣制備

本研究從試樣取向、試樣位置、試樣類型和尺寸以及尺寸測量等方面將ASTM A370－14和ASTM E8/E8M－13a標準進行了差異對比，結果見表2。

表2 兩個標準對試樣的不同要求對比

圖1 ASTM A370－14板狀拉伸試樣示意圖

表3 ASTM A370－14板狀拉伸試樣尺寸及公差

圖2 ASTM E8/E8M－13a板狀拉伸試樣示意圖

表4 ASTM E8/E8M－13a板狀拉伸試樣尺寸及公差

圖3 ASTM A370－14圓棒拉伸試樣示意圖

表5 ASTM A370－14圓棒拉伸試樣尺寸及公差

圖4 ASTM E8/E8M-13a圓棒拉伸試樣示意圖

表6 ASTM E8/E8M-13a圓棒拉伸試樣尺寸及公差

4 試驗速率

ASTM A370－14規定了4種表示試驗速率的方法：①試驗機空載時夾頭的試驗速率；②試驗期間夾頭的試驗速率；③應力速率；④用變速率。ASTM E8/E8M－13a中除上述4種表示試驗速率的方法，還增加了一種表示試驗速率的方法，即試驗時間—從加載荷開始（或從某規定應力開始）至斷裂瞬間達到最大載荷或達到其他規定應力所經歷的時間。不同的試驗標準對于試驗速率的要求有所不同，不同試驗階段的速率控制方式亦不同。

ASTM A370－14規定：到規定屈服點或屈服強度1/2之前，可以采用任何方便的試驗速率。當達到該點時，橫梁分離空載速率不應超過減縮段長度（或對于沒有縮頸試樣的夾具間距離）的1/16 in/in/min，應保持這一速率直到屈服點或屈服強度；在確定抗拉強度時試驗機頭分離的空載速率不應超過減縮段長度（或對于沒有縮頸試樣的夾具間距離）的1/2 in/in/min；無論如何最低的試驗速率不應小于測定屈服點或屈服強度和抗拉強度時規定的最大速率的1/10。另外還可以選擇一種方法來控制拉伸試驗速率，當試驗機具備有指示加載速率的裝置時，從規定屈服點或屈服強度的1/2到屈服點或屈服強度，載荷速率應在 100 00 ～100 000 psi/min(70～690 MPa/min)。

ASTM E8/E8M－13a規定：除非另有規定，任何常規試驗的試驗速率可使用到規定屈服強度的1/2或抗拉強度的1/4（以其中較小者為準），在這一點以上的速率應在規定的范圍內。如果用來確定屈服強度、屈服點伸長、抗拉強度和斷面收縮率時要求不同速率范圍應在產品標準中說明。在沒有規定試驗速率范圍的情況下應使用下述一般規則：

方法A：對于非閉環控制試驗機可采用應力速率控制，應力速率控制在1.15～11.5 MPa/s；

方法B：對閉環控制試驗機可采用應變速率控制，應變速率控制在(0.0015±0.006)mm/mm/min；

方法C：采用負載時的夾頭分離速率測定屈服性能，設定試樣減縮段或無減縮段的夾頭距離的名義應變速率為(0.015±0.003)mm/mm/min；

當只測定抗拉強度或已記錄下屈服現象后，對于斷后伸長率＞5%的材料試驗機速率可設定在試樣減縮段長度（或對于沒有縮頸試樣的夾具間距離）的名義應變速率為0.05～0.5 mm/mm/min；對于斷后伸長率≤5%的材料試驗速率可保持測定屈服性能時的速率不變。

5 拉伸性能指標測量

5.1 屈服點或屈服強度的測定

ASTM A370－14規定了3種方法來測定屈服點，即杠桿降落或指針停止法（drop of the beam or halt of the pointer method）、 自動繪圖法（autographic diagrammethod）和載荷下的總伸長法（total extension under load method）。

ASTM A370－14規定兩種方法測定屈服強度，即偏置法（offset method）與載荷下伸長法（extension under load method），分別相當于GB/T 228中Rp和Rt的圖解法。ASTM E8/E8M－13a中除規定了上述兩種方法外，還給出了自動繪圖法（autographic diagram method）和載荷暫停法（halt of the force method），這兩種方法適用于呈現不連續屈服現象的材料，自動繪圖法主要用于測定上、下屈服強度；載荷暫停法可用于測定上屈服強度。

5.2 抗拉強度的測定

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a均規定：用試驗過程中的最大力除以試樣的原始橫截面積來計算抗拉強度。

5.3 斷后伸長率的測定

ASTM A370－14規定：伸長率就是以原始標距的百分數表示的標距長度的增加。測量斷后伸長率，首先應把拉斷的試樣兩端仔細的拼合在一起測量兩標距間的距離。對于標距≤2 in的試樣測量精確到0.01 in（0.25 mm）；對于標距＞2 in的試樣應精確到標距的0.5%。在報告伸長率時應注明原始標距的長度。

ASTM E8/E8M－13a規定：當規定延伸率＞3%時，把拉斷的試樣兩端仔細的拼合在一起測量斷后伸長，對于標距≤2 in的試樣測量精確到0.01 in（0.25 mm），對于標距大＞2 in的試樣應精確到標距的0.5%；當規定延伸率≤3%時，試驗前測量原始標距，精確到0.002 in（0.05 mm），去掉影響試樣緊密對接的碎片，在將試樣對接并在試樣一端施加軸向載荷使之緊密對接，在測量斷后標距，精確到0.002 in（0.05 mm），報告延伸率時精確到0.2%。

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a均規定：伸長率的測量可能受斷裂位置的影響并與標距標記有關。如果斷裂位置發生在標距以外、距任一標距標記的距離小于標距的1/4或標距標記上，那么所得伸長率就不能代表該材料。如果所測得的伸長率符合規定的最低要求就不需再做試驗，如果伸長率低于最低要求則作廢該試驗，并需重新進行試驗。

5.4 斷裂延伸率的測定

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a關于斷裂延伸率的規定是一致的：斷裂延長包括彈性伸長和塑性伸長，可用圖示法或自動測量法測定。對于延伸率＜5%的材料應使用B2（或以上）級引伸計；延伸率≥5%但＜50%的材料應使用C（或以上）級引伸計；延伸率≥50%的材料應使用D（或以上）級引伸計。斷裂延伸率直接從斷裂瞬間的伸長數據計算得到并代替斷后伸長率報告實驗結果，但這兩個參數不能互換，斷裂延伸率的測量結果具有更好的可重復性。

5.5 斷面收縮率的測定

ASTM A370－14規定：斷面收縮率的測定是把拉斷的試樣兩端拼合在一起，以測量原始尺寸的同樣精度測量最小截面處的平均直徑或寬度和厚度。所測得的橫截面積與原始橫截面積之差，以原始橫截面積的百分率標識，即為該試樣的的斷面收縮率。

ASTM E8/E8M－13a規定：斷面收縮率的測定，對于圓棒試樣來說，在拉伸過程中由于各向異性的影響，試樣斷后不能夠保持圓形，會呈現近似橢圓形，因此斷后截面積可用S=πd1d2/4計算。對于矩形試樣來講，試樣在拉伸過程中由于四角處的變形受到約束，每個邊中間處的變形比角處附近大，因此加深每個邊均為拋物線，但左右不對稱，上下對稱。因此斷后橫截面積S=tewe， 其中： te=(t1+4t2+t3)/6， we=(w1+4w2+w3)/6。 同時，ASTM E8/E8M－13a還規定如果斷裂位置距任一標距標記的距離小于標距的1/4或斷裂位置在標距標記上，那么所得伸長率就不能代表該材料。如果所測得的伸長率符合規定的最低要求就不需再做試驗，如果伸長率低于最低要求則作廢該試驗，并需重新進行試驗。

6 數值修約及換算

6.1 數值修約

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a關于數值修約的方法均以ASTM E29為依據，但具體要求又有所不同。ASTM A370－14中規定數值修約見表7。

表7 試驗數據修約

ASTM E8/E8M－13a規定：斷后伸長率≤3%時修約至0.2%；斷后伸長率＞3%時標準沒有規定，應按照ASTM E29或相關標準的規定進行修約。斷面收縮率的修約與ASTM A370－14中的規定相一致，即＜10%修約至0.5%；≥10%時修約至1%。對于強度指標的修約，標準中給出了3種修約規則：①對于鋼制品，修約要求參照ASTM A370－14中相關規定。②對于鋁合金和鎂合金制品，不區分范圍所有強度指標都修約至1 MPa。③不區分范圍所有強度指標都修約至51 MPa（適用于所有金屬材料）。

6.2 數值換算

ASTM A370－14規定以英制單位作為標準單位。但是既可以將英制單位換算成公制，也可以將公制換算成英制。需要注意的是在制定工藝文件或進行拉伸試驗時兩種單位制只能選定一種，不可混用。ASTM E8/E8M－13a中E8部分以英制單位為標準單位，E8M部分則以公制單位作為標準單位。

英制單位和公制單位應予區別，采用不同單位制的換算結果互有差異，究其原因是英制和公制單位換算表述上的不同，切不可混用。

7 結語

ASTM A370－14鋼制品力學性能試驗的標準試驗方法和定義與ASTM E8/E8M－13a金屬材料拉伸試驗方法之間在適用范圍、試驗機的檢定、引伸計的精度、試樣制備、試驗速率、性能指標測量、數據修約及換算等方面都存在著一定的技術差異。本研究對標準間存在的技術差異進行了系統的對比歸納，實際使用中應注意區分。

［1］ ASTM A370－14， Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products[S].

［2］ ASTM E8/E8M－13a， Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials1[S].

［3］ ASTM E4－14， Practices for Force Verification of Testing Machines[S].

［4］ ASTM E6－09， Terminology Relating to Methods of Mechanical Testing[S].

［5］ ASTM E29－14， Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance with Specifications[S].

［6］ ASTM E83－10a， Practice for Verification and Classification of Extensometer Systems[S].

［7］王濱.ASTM金屬材料拉伸試樣介紹[J].理化檢驗(物理分冊)， 2004(09)： 477－480.

［8］王濱.ASTM金屬材料拉伸試驗方法介紹[J].理化檢驗(物理分冊)， 2004(10)：528－532.

［9］黃旭東，奚建法.ASTM力學性能試驗總則標準與分項試驗方法標準的技術比較[J].理化檢驗(物理分冊)，2011（06）： 348－352， 370.

［10］馬俊華，陳麗霞.美國ASTM力學性能試驗標準對泵用金屬材料和零部件的試驗方法及應用[J].水泵技術， 2013（06）： 34－40.

Standards Comparison Between ASTM A370－14 and ASTM E8/E8M-13a

CHEN Song,WANG Xiaoying,LU Guangping,ZHU Binyan,WANG Jun,KONG Weiguo
(North China Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.Yangzhou Subsidiary Company,Yangzhou 225000,Jiangsu,China)

The tensile test is the most common test method in metallic materials mechanical properties tests.Some technical differences exist between test method and definition in ASTM A370－14 and ASTM E8/E8M－13a,which were systematically compared and analyzed from some aspects,such as application scope,test equipment,specimen preparation,test speed,tensile performance measurement and data rounding and conversion,in order to better understand these standards.

tensile test;ASTM A370－14；ASTM E8/E8M－13a；test rate

TG115.52

B

1001－3938（2015）05－0066－07

陳松（1985—），男，本科，助理工程師，現從事石油天然氣輸送管道試驗技術工作。

2014－09－09

李紅麗