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分析金属材料室温拉伸试验方法标准ISO 2019版中的问题

发布日期:2021-12-22 15:30  作者:admin  来源:未知 浏览量:
为完善GB/T 228.1标准,对金属材料室温拉伸试验方法标准ISO 6892:2019中存在的问题进行了分析,并对GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》提出了几点修订建议。I

2017年5月,测试与评估杂志(Journal of Testing and Evaluation)发表了3篇关于ISO 6892-1:2009 Metallic Materials—Tensile Testing—Part 1: Method of Test At Room Temperature的文章。其中文献[1]根据21个试验室验证试验的结果指出ISO 6892-1:2009推荐方法A的依据条件是不成立的,TENSTAND WP4报告的试验条件是不真实的,标准中附录F的刚度修正公式的推导用了胡克定律。文献[2]作者虽然承认采用正确应力速率的横梁控制方法与应变控制方法的测量结果一致(否定了该文献作者自己在TENSTAND WP4报告的结论),但依然解读方法B是保证弹性段应力速率符合规定应力速率要求的横梁控制方法。同时指出0.00083s-1应力速率的横梁控制方法会造成屈服强度的测量结果偏高。文献[3]指出ISO 6892-1:2009起草人解读的方法B与21个试验室验证的方法5是相同的,是导致ISO 6892-1:2009存在争议的主要原因,并根据已公开的图39的原始数据文件计算证明该标准的起草人不是采用报告的横梁速率1.8 mm·min-1,而是将横梁速率乘以了2.9(刚度修正系数),实际采用的横梁速率为5.2mm·min-1。

为完善GB/T 228.1标准,对金属材料室温拉伸试验方法标准ISO 6892:2019中存在的问题进行了分析,并对GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》提出了几点修订建议。

ISO 6892-1:2019中方法B的标题应是“传统方法”而不是“应力速率控制的试验速率”

ISO 6892-1:2019中的方法B出自于ISO 6892:1998,该拉伸试验方法需要兼顾不同类型的拉伸试验机,包括没有反馈控制功能的液压拉伸机(适用于GB/T 228.1—2010中的10.4.2.1及表3)和有反馈控制功能的各种拉伸试验机(适用于GB/T 228.1—2010中的10.4.2.2~10.4.2.4)。GB/T 228.1—2010中10.4.2.2~10.4.2.4的规定很明显是横梁位移控制方法而不是应力速率控制方法;GB/T 228.1—2010中的10.4.2.1及表3虽然是应力速率控制方法,但显然不是ISO 6892-1:2019主要起草人解读的弹性段应力速率控制方法,也不是GB/T 228.1—2010宣贯时解读的实时应力速率控制方法(ASTM A370:1997在二十多年前就已经注明有反馈控制功能的拉伸试验机不能采用应力速率控制方法),因此应力速率控制方法是参考文献[4]解读的平均应力速率控制方法。目前有反馈控制功能的拉伸试验机是主流,因此方法B的标题应是“传统方法”,而不应是“应力速率控制的试验速率”。

ISO 6892-1:2019的主要起草人把方法B解读为弹性段应力速率控制方法,实际控制方法却是横梁位移控制方法,控制的横梁速率使弹性段的应力速率接近于想要的设定值,参考文献[5]中的图9、参考文献[6]中的图39和图10、参考文献[1]和[7]报告的方法5及参考文献[4]报告的某试验机公司为GB/T 228.1—2010最后一次审定会代表进行演示试验时采用的都是刚度修正方法,具体做法是采用名义应力速率除以试样的弹性模量,得到名义应变速率,用名义应变速率乘以试样平行长度及60s·min-1和拉伸试验机的刚度修正系数(每台拉伸试验机刚度修正系数不同,通常大于2),得到要设定的横梁位移速率。该方法显然是一种横梁位移控制方法而不是应力速率控制方法,因此称方法B为“应力速率控制”是不合理的。采用该刚度修正的方法解读方法B,虽然可以在速率不影响测量结果的弹性段保持应力速率接近名义应力速率,但是在速率影响测量结果的屈服段,应力速率迅速降低到名义应力速率的几十分之一,与拉伸速率应保证要测量的“感兴趣点”(屈服强度)速率准确的原则不符。因为拉伸试验机的实际横梁速率比名义应变速率大若干倍,而且不同的拉伸试验机横梁速率比名义应变速率大的倍数不同,在不影响测量结果的弹性段修正了速率,而在真正影响测量结果的屈服阶段修错了速率,导致采用刚度修正的横梁速率控制方法测量的屈服强度比应变控制方法测量的高,且不同刚度的拉伸试验机测量结果差异大。

拉伸试验

参考文献[8]中第六章第三节中将方法B解读为另一种横梁位移控制方法,其横梁位移速率按照该文献中的公式(6-26)计算,具体做法是采用名义应力速率除以试样的弹性模量,得到名义应变速率,用名义应变速率乘以试样平行长度和60s·min-1得到要设定的横梁位移速率。该方法也是一种横梁位移控制方法而不是“应力速率控制”方法,所以不应该给方法B贴上“应力速率控制的试验速率”标签。这样解读方法B导致在整个拉伸过程中没有任何阶段的应力速率接近名义应力速率,弹性段应力速率只有名义应力速率的几分之一甚至更低,屈服段应力速率至多只有名义应力速率的几十分之一,且该解读在标准中找不到任何条款作为依据。

ISO 6982-1:2019应推荐横梁位移控制方法而不是应变控制方法

2009版、2016版和2019版ISO 6892-1都推荐采用应变控制方法,但是根据文献[1,6,9-10]可以判断,这样推荐的理由是不真实的。参考文献[5]和参考文献[6]都报告采用横梁位移控制方法的测量结果与采用应变控制方法的不一致,横梁位移控制方法的测量结果偏高,且横梁位移控制方法的测量结果可比性差,刚度差的拉伸试验机测量屈服强度的结果比刚度好的拉伸试验机测量的高。参考文献[9]和参考文献[1]证实了参考文献[5]和参考文献[6]报告的横梁位移控制方法的缺点是不真实的。另外,参考文献[9]和[1]通过重现试验和模拟试验,不仅发现了参考文献[6]提到的横梁位移控制方法的缺点是错误的,而且查明了导致该错误结论的原因是参考文献[6]报告的试验条件不真实,报告横梁位移速率为名义应变速率乘以试样平行长度,而实际上采用的横梁位移速率是名义应变速率乘以试样平行长度后再乘以拉伸试验机的刚度修正系数(刚度好的拉伸试验机刚度修正系数为2.9,刚度差的拉伸试验机刚度修正系数达到14),导致实际的横梁位移速率比报告的位移速率大几倍到十几倍。

参考文献[5]和参考文献[6]的作者在参考文献[2]中也承认采用正确的横梁位移速率测量的拉伸试验与应变控制方法测量的一致,可以认为该几位作者间接承认了参考文献[5]和参考文献[6]报告的横梁位移控制方法和应变控制方法测量结果不一致是因为采用的位移速率不正确。

因此推荐的控制方法应是横梁位移控制方法而不是应变控制方法,因为横梁位移控制方法既适用于连续屈服材料也适用于不连续屈服材料,应变控制方法仅适用于连续屈服材料不适用于不连续屈服材料,而待测试样是连续屈服还是不连续屈服并不是测量前能确定的。

2016版和2019版ISO 6892-1都在2009版方法A基础上增加了方法A2,增加A2是希望克服方法A缺乏可操作性的缺点,但是增加A2却显示出推荐方法A的应变控制方法是不合理的,因为方法A2是不进行刚度修正的横梁位移控制方法,在弹性段的应变速率不足方法A的一半,在测量屈服段时的实际应变速率不够名义速率的80%,方法A2显然不符合2009版ISO 6892-1对方法A的要求,而且方法A2是传统方法的下限速率,测量结果明显偏低(根据参考文献[1]和参考文献[9]中21个试验室平行试验数据及参考文献[5]的图9可以看出测量结果偏低)。增加方法A2实际上是对推荐应变控制方法的否定,且在增加方法A2的同时强调推荐应变控制方法也显示出逻辑混乱。

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