GB/T 228.1—2021主要修改內(nèi)容的對(duì)照與理解

徐衛(wèi)星, 徐惟誠(chéng)

(寶山鋼鐵股份有限公司 制造管理部, 上海 200941)

力學(xué)性能測(cè)試的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1—2021 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》(簡(jiǎn)稱2021版)于2022年7月1日生效，用于替代GB/T 228.1—2010(簡(jiǎn)稱2010版)。2021版修改采用了ISO 6892-1: 2019MetallicMaterials-TensileTesting-Part1:MethodofTestatRoomTemperature，與2010版相比，其除對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和文字進(jìn)行編輯性修改外，主要技術(shù)變化如下所述。

(1) 增加了國(guó)內(nèi)關(guān)于拉伸機(jī)、引伸計(jì)的JJG(國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程)計(jì)量檢定規(guī)程文件，使該標(biāo)準(zhǔn)同樣適用于國(guó)內(nèi)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，解決了實(shí)驗(yàn)室的拉伸設(shè)備計(jì)量證書(shū)與國(guó)內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不適應(yīng)的問(wèn)題。

(2) 增加了“彈性模量”、“默認(rèn)值”和“測(cè)定系數(shù)”3個(gè)術(shù)語(yǔ)和定義。

(3) 增加了引伸計(jì)標(biāo)距的選擇。

(4) 增加了關(guān)于試驗(yàn)速率的一般信息。

(5) 在基于應(yīng)變速率的試驗(yàn)速率(方法A)中，將2010版的第一種應(yīng)變速率和第二種應(yīng)變速率修改為方法A1和方法A2。

(6) 增加了計(jì)算機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn)的代表。

(7) 增加了規(guī)范性附錄D。

(8) 更改了縱向弧形試樣的信息(見(jiàn)2021版表H.1和2010版表E.1)。

(9) 對(duì)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)變形情況補(bǔ)償橫梁位移速率的估算進(jìn)行了更改。

(10) 更改了測(cè)量不確定度的評(píng)定。

(11) 與ISO 6892-1:2019的主要差異：在結(jié)構(gòu)上有較多調(diào)整，具體可見(jiàn)2021版資料性附錄A，差異及其原因見(jiàn)2021版附錄B；增加了逐步逼近法測(cè)定規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度和卸力法測(cè)定規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度舉例的兩項(xiàng)資料性附錄。

1 2021版新增內(nèi)容

1.1 術(shù)語(yǔ)和定義

2021版新增的術(shù)語(yǔ)和定義如表1所示。

表1 2021版新增的術(shù)語(yǔ)和定義

1.2 規(guī)范性附錄D

新增規(guī)范性附錄D。對(duì)拉伸機(jī)、引伸計(jì)和試樣進(jìn)行了要求。

1.2.1 引伸計(jì)

由于彈性模量對(duì)應(yīng)非常小的應(yīng)變，因此要求引伸計(jì)滿足GB/T 12160—2019 《金屬材料 單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)系統(tǒng)的標(biāo)定》或JJG 762—2007 《引伸計(jì)》中的0.5級(jí)準(zhǔn)確度，標(biāo)距不小于50 mm，并增加注，內(nèi)容為：如果只在試樣單側(cè)測(cè)量應(yīng)變，則附加彎曲應(yīng)變會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。

1.2.2 拉伸機(jī)

力：在相應(yīng)測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)滿足GB/T 16825.1—2008 《靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn) 第1部分：拉力和(或)壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》或JJG 139—2014 《拉力壓力和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》中1級(jí)準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。

夾持方法和同軸度：夾持和對(duì)準(zhǔn)方法對(duì)于測(cè)定彈性模量非常重要，有關(guān)此方法的要求，2021版建議見(jiàn)該標(biāo)準(zhǔn)的10.2節(jié)，更多的信息見(jiàn)ASTM E1012—2005 《在拉伸和壓縮軸向力作用下驗(yàn)證試驗(yàn)框架和樣品準(zhǔn)直精度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程》。其他有用的信息可見(jiàn)GB/T 34104—2017 《金屬材料 試驗(yàn)機(jī)加載同軸度的檢驗(yàn)》。推薦使用力學(xué)裝置(例如試樣定位塊)來(lái)保證試樣有好的加載同軸度。

1.2.3 試樣

試樣應(yīng)平直。試樣的表面狀態(tài)不應(yīng)影響試驗(yàn)結(jié)果，如果試樣中存在殘余應(yīng)力，無(wú)論是在先前加工還是試樣制備時(shí)存在的，所測(cè)定的模量可能不代表基材。

2 2021版修改內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)原理章節(jié)

對(duì)2010版內(nèi)容進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，修改后的試驗(yàn)原理如下所述。

試驗(yàn)用拉伸試樣，一般拉至斷裂，測(cè)定第3章定義的一項(xiàng)或幾項(xiàng)力學(xué)性能。

除非另有規(guī)定，試驗(yàn)溫度為10～35 ℃。對(duì)于溫度不滿足上述要求的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)評(píng)估該類環(huán)境條件下運(yùn)行的試驗(yàn)機(jī)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和(或)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的影響。當(dāng)試驗(yàn)或校準(zhǔn)時(shí)的溫度超過(guò)10～35 ℃時(shí)，應(yīng)記錄和報(bào)告溫度。如果在試驗(yàn)和(或)校準(zhǔn)過(guò)程中存在較大溫度梯度，不確定度測(cè)量結(jié)果可能增大和出現(xiàn)超差的情況。

對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，溫度應(yīng)為(23±5) ℃。如果要測(cè)定彈性模量，應(yīng)按附錄D進(jìn)行。

2.2 試樣章節(jié)

2.2.1 新增內(nèi)容

經(jīng)與客戶協(xié)商一致，也可以使用其他試樣，如有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的其他試樣。

2.2.2 修改內(nèi)容

機(jī)加工的試樣：刪除了“此弧的過(guò)渡半徑的尺寸可能很重要”的描述。

不經(jīng)機(jī)加工的試樣：將“或試棒的一段長(zhǎng)度”修改為“一段長(zhǎng)度或試棒”。

鑄造試樣增加了“試樣軸線應(yīng)與作用線重合”的規(guī)定。

2.3 原始橫截面積的測(cè)定章節(jié)

修改內(nèi)容如下所述。

(1) 建議測(cè)量試樣橫截面積時(shí)，在試樣平行長(zhǎng)度區(qū)域最少3個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)量(2010版未建議最少測(cè)量次數(shù)，修改后更具有操作性)。

(2) 原始橫截面積(So)：根據(jù)測(cè)量的實(shí)際尺寸計(jì)算橫截面積的平均值(明確了原始橫截面積是用測(cè)得尺寸計(jì)算得到的橫截面積的平均值，不是測(cè)得尺寸平均后計(jì)算得到的橫截面積)。

(3) 用于測(cè)定原始橫截面積的所有測(cè)量裝置應(yīng)按照適當(dāng)?shù)哪芩菰粗羾?guó)家測(cè)量系統(tǒng)的參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)(對(duì)橫截面尺寸測(cè)量裝置提供校準(zhǔn)溯源依據(jù))。

2.4 標(biāo)距章節(jié)

新增“原始標(biāo)距”和“引伸計(jì)標(biāo)距的選擇”技術(shù)內(nèi)容，與2010版3.4.2和3.5節(jié)的“注”相同。

2.5 試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)確度章節(jié)

新增“注”，內(nèi)容為：“適合的拉伸試驗(yàn)機(jī)根據(jù)試驗(yàn)機(jī)力值校準(zhǔn)范圍和試樣尺寸選取”。

2.5.1 測(cè)力系統(tǒng)

試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力系統(tǒng)應(yīng)滿足GB/T 16825.1—2008的要求，并按照J(rèn)JG 139—2014、JJG 475—2008 《電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》或JJG 1063—2010 《電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》進(jìn)行校準(zhǔn)，并且其準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)為1級(jí)或優(yōu)于1級(jí)。

2.5.2 引伸計(jì)

新增按照J(rèn)JG 762—2007進(jìn)行校準(zhǔn)的規(guī)定。測(cè)定其他具有較大延伸率，增加延伸率大于5%的描述，將“應(yīng)使用不劣于2級(jí)準(zhǔn)確度的引伸計(jì)”修改為“可使用2級(jí)或優(yōu)于2級(jí)準(zhǔn)確度的引伸計(jì)”。修改后更具操作性。

2.6 試驗(yàn)速率章節(jié)

新增內(nèi)容：在方法B的某個(gè)條件下(例如對(duì)某些鋼，在彈性范圍的應(yīng)力速率大約為30 MPa/s，使用高剛度的夾持系統(tǒng)和附錄E表E.2中的P6試樣)，方法A范圍2的應(yīng)變速率可以被觀測(cè)到；注2，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(例如航空標(biāo)準(zhǔn))或協(xié)議可以規(guī)定與文件不同的試驗(yàn)速率。

文獻(xiàn)[1]依據(jù)ISO 6892-1: 2009中方法B為“Testing rate based on stress rate”的情況，曾提出將方法B描述為“基于應(yīng)力速率的試驗(yàn)速率(方法B)”。方法A和方法B的定義為：基于應(yīng)變速率的試驗(yàn)速率(方法A)和基于應(yīng)力速率的試驗(yàn)速率(方法B)。

由于方法A包括應(yīng)變速率控制的試驗(yàn)速率的方法A1和根據(jù)平行長(zhǎng)度估計(jì)的應(yīng)變速率，實(shí)際用橫梁位移速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的方法A2；同樣，方法B未明確規(guī)定采用應(yīng)力速率控制試驗(yàn)速率，且方法B中還有橫梁位移速率，因此修改后的表述更準(zhǔn)確。

測(cè)定上屈服強(qiáng)度試驗(yàn)速率的規(guī)定修改為：試驗(yàn)機(jī)橫梁位移速率應(yīng)盡可能保持恒定，并使相應(yīng)的應(yīng)力速率在表3規(guī)定的范圍內(nèi)。

主要修改了“夾頭分離速率在表3規(guī)定的應(yīng)力速率范圍內(nèi)”的表述，修改后表述更準(zhǔn)確。

2.7 規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的測(cè)定章節(jié)

2021版的13.1節(jié)將2010版13.1節(jié)的注2和注3調(diào)整為正文，并在注2的內(nèi)容之前增加“宜注意保證”。

2.8 斷面收縮率的測(cè)定章節(jié)

增加內(nèi)容如下所述。

(1) 對(duì)于圓形試樣，測(cè)量相互垂直兩個(gè)方向的直徑，取其平均值，計(jì)算最小橫截面積(Su)。

(2) 進(jìn)行讀數(shù)時(shí)，應(yīng)注意確保斷裂面沒(méi)有位移。

將2010版的“注：對(duì)于小直徑的圓試樣或其他橫截面形狀的試樣，斷后橫截面積的測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到±2%很困難。”調(diào)整為正文。

2.9 圖9的修改

圖9增加了測(cè)定規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)速率。

2.10 資料性附錄A和B

附錄A和B的表A.1和B.1分別給出了2021版與ISO 6892-1:2019結(jié)構(gòu)變化對(duì)照情況以及技術(shù)差異及其原因。表A.1和B.1的內(nèi)容，參見(jiàn)2021版。

2.11 規(guī)范性附錄E

規(guī)定0.1～3 mm(不包括3 mm)厚度薄板和薄帶試樣類型的規(guī)范性附錄E與2010版的規(guī)范性附錄B相對(duì)應(yīng)，主要修改內(nèi)容如下所述。

(1) 表E.2增加了試樣寬度尺寸公差和平行長(zhǎng)度最小值。該表給出了原始寬度分別為12.5，20，25 mm的3種試樣，寬度公差均為±1 mm，平行長(zhǎng)度最小值分別為57，90，60 mm。試樣編號(hào)P7修改為P17。

(2) 表E.3增加名義寬度分別為10 mm和15 mm的兩種試樣。由于試樣原始橫截面積計(jì)算涉及試樣寬度和厚度，為此對(duì)表注a進(jìn)行修改，將“原始橫截面積可以用名義值”修改為“原始橫截面積可以用試樣寬度的名義值計(jì)算得到”。該問(wèn)題源自ISO 6892-1: 2009。

(3) 表E.4將2010版的“注”修改為正式條款。

2.12 規(guī)范性附錄G

規(guī)定厚度不小于3 mm板材和扁材等試樣類型的規(guī)范性附錄G與2010版的規(guī)范性附錄D相對(duì)應(yīng)，主要修改內(nèi)容如下所述。

(1) G.2.1增加內(nèi)容：c)Lo+(bo/2)對(duì)于非比例試樣(見(jiàn)表G.3)(Lo為原始標(biāo)距，bo為矩形橫截面試樣平行長(zhǎng)度的原始寬度)。

(2) 表G.3增加試樣寬度公差：名義寬度為12.5 mm和20 mm的試樣，寬度公差為±0.5 mm；名義寬度為25，38，40 mm的試樣，寬度公差為±0.7 mm。P14(名義寬度為25 mm)和P15(名義寬度為38 mm)原始標(biāo)距Lo由50 mm修改為200 mm。

(3) 表G.4注a與表E.3有類似的修改，將“原始橫截面積可以用名義值”修改為“原始橫截面積可以用試樣的橫向尺寸名義值”。

2.13 規(guī)范性附錄H

附錄H“管材使用的試樣類型”，主要修改內(nèi)容如下所述。

表H.1將2010版試樣編號(hào)為S4，S5和S6的試樣，由比例試樣修改為非比例試樣，試樣名義寬度不變。管原始外徑大于70 mm的比例試樣，試樣名義寬度不再分檔，統(tǒng)一為20 mm。

2.14 資料性附錄I

2010版標(biāo)準(zhǔn)提出：采用方法A測(cè)定上屈服強(qiáng)度或規(guī)定延伸強(qiáng)度時(shí)，如考慮試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)的柔度，參見(jiàn)附錄F。資料性附錄F提供了考慮試驗(yàn)機(jī)剛度(或柔度)后估算的橫梁位移速率的方法。該方法提出后，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)較大的爭(zhēng)議，如文獻(xiàn)[2]提出剛度修正存在“把應(yīng)力-時(shí)間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線屈服段的高度修錯(cuò)了，導(dǎo)致了測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)偏高”的問(wèn)題。

對(duì)照2010版標(biāo)準(zhǔn)，2021版標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄I有較大變化。首先，附錄名改為“考慮試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)變形情況補(bǔ)償橫梁位移速率的估算”；其次，修改了補(bǔ)償橫梁位移速率的估算式并引入預(yù)備試驗(yàn)，以及試驗(yàn)在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上感興趣點(diǎn)處的速率參數(shù)。更多變化內(nèi)容見(jiàn)2021版標(biāo)準(zhǔn)。

2.15 其他

資料性附錄O“測(cè)量不確定度的評(píng)定”內(nèi)容也有修改，詳見(jiàn)2021版標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 2021版增加了彈性模量的測(cè)量方法及其相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義，以及采用JJG規(guī)程校準(zhǔn)測(cè)力系統(tǒng)和引伸計(jì)，其他技術(shù)內(nèi)容無(wú)重大變化。

(2) 2021版修改了2010版中可能產(chǎn)生歧義的一些內(nèi)容，如：將方法A修改為基于應(yīng)變速率的試驗(yàn)速率，方法B修改為基于應(yīng)力速率的試驗(yàn)速率，建議至少測(cè)量3次試樣原始橫截面積，試樣原始橫截面積為橫截面積的平均值，附錄E和G修改了計(jì)算原始橫截面積的相關(guān)規(guī)定以及對(duì)附錄I進(jìn)行了較全面的修改。修改后的表述較為準(zhǔn)確，便于實(shí)驗(yàn)室正確理解和執(zhí)行。