金属材料室温拉伸试验标准对比

韩 燕 贾 亮

(中国第一重型机械股份公司铸锻钢事业部，黑龙江161042)

拉伸试验是标准拉伸试样在静态轴向拉伸力不断作用下以规定的拉伸速度拉至试样断裂，在拉伸过程中连续记录力与伸长从而求出其强度判据和塑性判据的力学性能试验，是金属材料力学性能试验中最常见的试验方法，它广泛地应用于金属材料的研制、生产和验收。

目前，我国正在大力发展核电，现在在建的多为二代改进型核电站和AP1000型核电站，基本上分属法国RCCM标准系列和美国ASTM/ASME标准系列。这两个标准体系中，对试验机、引伸计、试验温度、试验速度、结果处理和数据修约方面的规定有所不同。为了方便实际运用，笔者将ISO和我国标准与RCCM、ASTM进行了比较分析，以便运用者对其不同之处有清晰的认识，防止在实际运用中混淆标准。

因拉伸试样多采用圆形标准试样，所以，我们将以圆形标准试样为例探讨不同标准间的差异。

1 试验机和引伸计

拉伸试验设备主要包括试验机和引伸计。试验机是对试样施加变形力并测定所施加力的系统。 引伸计是测定延伸(或位移)的系统，它们的准确度直接影响试验的结果。因此，试验机和引伸计必须经检定合格，且在有效期内才可使用。

不同的标准，对拉伸试验机和引伸计的要求也有所不同，表1中列出了各标准所依据的相应标准。在实际应用中，不同标准要求的试验机校定的标准也不同，而且引伸计的准确度级别的分类也不同，使用者只有按照相应的标准，选择适用的引伸计，才能满足不同技术规范的要求。例如，测定屈服强度时RCCM中要求引伸计应选用1级，精度为±1%；ASTM A370中要求选用B2级，精度为±0.5%，GB中要求至少选用不劣于1级的引伸计；ISO与RCCM中的规定相同，而且引伸计的分类均满足ISO 9513的要求。所以，在测定屈服强度时，ASTM 标准中对引伸计的精度要求较高。

2 试样尺寸(以常用圆形标样为例)

根据不同的采购规范或所引用的标准要求来选择合适的拉伸试验用试样。在用于核电项目的拉伸试验中多采用圆形标样来进行试验，所以，下面仅以常用的圆形标样为例，来说明不同标准中对试样尺寸要求的异同，见表2。

需特别指出：在GB/T228中，一般K取5.65，但在相关产品标准中规定，可以采用11.3的比例系数，此时，L0应为10d(mm)。

表1 试验机和引伸计Table 1 Testing machine and extensometer

表2 圆形拉伸试样相关尺寸Table 2 Related dimensions of round tension test specimen

由表2可知，一些拉伸试样尺寸的名称及对应字母符号有所不同，如标距在ASTM标准中用G表示，而在其它三个标准(RCCM、GB、ISO)中用L0表示。在ASTM标准中用A来表示减缩段长度，也就是在其它三个标准中所指的平行长度(Lc) 。RCCM和ISO 标准中对直径为10 mm的拉伸试样的尺寸规定都相同。ASTM 中圆形标样的直径为12.5 mm±0.25 mm，大于其它三个标准中的圆形试样直径 。除了在尺寸上有所不同外，还有一点需要指出，即在RCCM、ISO及ASTM中，它们都只有一种比例的试样，而在GB中有短比例和长比例两种试样。

3 室温拉伸试验的温度范围

温度是影响材料的性能参数之一，对于某些特殊材料，某些温度区间甚至是敏感参数。一般认为，随着温度升高，金属材料的强度指标下降，塑性指标上升，因此，运用者需要熟知不同标准中所要求的室温拉伸的温度范围。在RCCM标准中试验温度范围一般为10～35℃(除非另有规定)。对于在可控条件下进行的试验，温度范围应为23±5℃(见EN 10002-1)。

在ASTM E8/E8M中指出：除非另有规定，室温范围为10～38℃；ASTM A370中没有另行规定室温的定义，所以应沿用E8/E8M的规定。ISO 标准中规定的室温范围与RCCM中的规定完全相同。GB/T228 中指出：除非另有规定，试验一般在10～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23±5℃，基本与RCCM 相同。由此可见，ASTM标准中对室温的要求范围较其它三个标准的广。

4 试验速度(试验速率)

不同的标准对于试验的速度要求也有所不同，在拉伸试验中拉伸强度的测定非常重要，也是产品技术规范中重要的验收项目，表3归纳了四个标准在测定拉伸强度时对于试验速度的要求。

由表3可知，ASTM与其它三个标准比较，不论是测定屈服强度还是抗拉强度，试验速度都有所不同，而RCCM、GB、ISO三者的要求相同。测定屈服点或屈服强度时，应变速率在ASTM 标准中规定的下限要比其它三个标准的低；测定抗拉强度时，ASTM 规定的应变速率的上限高于其它三个标准。

在具体对于试验速度的选择和应用中，很多试验室因试验设备的约束，应变速率和应力速率很难在实际中控制，所以，在具体的试验过程中，试验人员一般用试验机夹头的分离速度来控制试验速度。为了更深刻地理解标准间对于拉伸试验速度的要求，本文以常用圆形拉伸试样为例，比较几个标准间对于拉伸试验速度的差异。当试样平行长度(减缩段长度)为60 mm时，试验机夹头分离速度见表4。

表3 各标准对试验速度的规定Table 3 Speed of testing required in RCCM, ASTM, ISO and GB standard

表4 不同标准中的拉伸速度比较(单位：mm/min)Table 4 Comparison of speed of testing in accordance with different standards mm/min

由表4可见，当试样平行长度(减缩段长度)为60 mm时，按照RCCM 、ISO和GB 的规定，拉伸速度的要求相同，但与ASTM A370中的要求有所不同。在测定屈服强度时，ASTM中所规定的最小试验速度小于其它三个标准中所规定的最小值，但在测定抗拉强度时，最大试验速度又大于其它三个标准中所要求的最大值。所以，在具体应用中应特别注意产品技术规范中所引用的标准，以免混淆用错。

5 试验结果处理

关于延伸率(伸长率)结果的处理，不同标准的规定也不尽相同，见表5。

表5 不同标准对断后伸长率结果的处理Table 5 Determining of percentage elongation after fracture in different standards

由表5可以看出，对于断后伸长率结果的处理，RCCM、 GB和ISO 标准处理方法均相同，但与ASTM 标准规定有所不同。

6 数据修约

6.1 ASTM/ASME 标准体系

在ASTM 标准体系中拉伸强度的试验数据是需要进行修约的。ASTM标准在世界材料和试验领域，包括机械制造领域被广泛地采用，尤其在AP1000型核电站锻件的制造过程中被广泛采用。下面就三个与拉伸试验有关的数据修约的标准进行归纳。

(1)ASTM E29

E29是用试验数据中的有效数字来确定技术条件的符合性的规范，即将观察到的数据或计算出来的试验结果与标准规定的技术条件极限相比较，以确定对技术条件的符合性。

当适用的其它ASTM技术条件或标准直接引用该标准时，也是判断其对技术条件的符合性 。

该标准同时提供了绝对法和修约法两种方法，且仅在所选方法已经确定时才能引用该标准。

对于绝对法，该标准给出了何处适用 、如何适用以及如何表达的描述。

对于修约法，该标准讨论得非常详尽，对于各种情况下如何表达都进行了讨论和规定。

对于修约程序，E29规定：当修约一个规定了有效位数的数字，选用最为接近的那个；假如有两个可能的选择，如当数字正好为“5”或在“5”后面只有0，就选择可成为偶数的那个；修约后的值应该一次性地从可得到的最精确的值中直接获得，而不能用两次或多次后续的修约。

(2) ASTM A370

ASTM A370 中的附件A8《试验数据的修约》中的规定如下：测定值或计算值应根据所用产品技术标准进行修约。当没有规定的修约方法时，应采用实用规程E29的修约方法进行修约。当按照E29的规则确定时，数值可向上修约或向下修约。

在修约数字为“5”的特殊情况下，当在“5”后面除了0外没有另外数字时，若遵照E29会导致材料拒收的情况下，修约就应该朝着技术标准的限值方向进行。

最后对于试验数据的报告值进行修约的推荐用级别已在标准中给出。

(3)ASTM E8/E8M

使用该标准首先对屈服强度和抗拉强度的报告试验数据进行修约，试验数据应按E29及产品技术条件规定的程序进行修约。若没有数据修约的规定程序时，如试验值≤500 MPa，修约到最为接近的1 MPa；如试验值为500～1 000 MPa，修约到最为接近的5 MPa；如试验值≥1 000 MPa时，修约到最为接近的10 MPa。

6.2 RCCM标准

RCCM 中规定室温拉伸应按照NF EN 10002-1来执行，在这个标准中没有试验数据修约的规定。虽然在RCCM中也有引用ASTM A 370为参考文件，但只引用了A370中关于冲击试验中的纤维断面率和侧膨胀量方面的内容，与拉伸试验无关。所以，以目前RCCM 标准中的规定来看，拉伸强度数据是不进行修约的。但在NF EN 10002-1中规定：对于断后伸长率可以修约到最为接近的0.5%。

6.3 ISO标准

ISO制定的关于数字修约的标准是ISO 80000-1《量和单位-第1部分：总则 附录B 数字修约》。

主要内容有：

(1)首先对修约给出了定义；

(2)如果只有一个整数倍最接近给定数，那么就用它作为修约数；

(3)如果有两个连续的整数倍数同样接近于给定的这个数，那么就有两个不同的规则可用，即：选择偶数整数倍数作为修约数(通常优先使用)；选较大的整数倍数作为修约数(广泛用于计算机中)。

(4)只进行一次修约；

(5)修约间隔应予给定。

6.4 GB标准

GB/T8170 《数值修约规则与极限数值的表示和判断》中规定的进舍规则是：

(1)拟舍弃数字的最左一位数字小于5，则舍去，保留其余各位数字不变；

(2)拟舍弃数字的最左一位数字大于5，则进一，即保留数字的末位数字加1；

(3)拟舍弃数字的最左一位数字是5，且其后有非0数字时进一，即保留数字的末位数字加1；

(4)拟舍弃数字的最左一位数字为5，且其后无数字或皆为0时，若所保留的末位数字为奇数则进一，若为偶数，则舍去；

(5)不允许连续修约。

第(1)、(2)和(3)条是通则，第(4)条与ISO 80000-1 的两条规定之一(见上述6.3)相符，也与E29 的规定相符，但与A370的相关规定不完全一致。

在产品的常温拉伸试验中，拉伸强度很重要，所以，试验人员对于拉伸强度数据能否修约的问题就必须严格按照不同标准的要求来判定，尤其对于临近产品采购规范规定的极限值时，该判定结果非常关键。总的来说，RCCM 中拉伸强度不能进行修约，其它的几个标准都可以进行修约，但运用者须注意不同标准对于修约的特殊规定。

7 结束语

分别从试验机、引伸计、试验温度、试验速度、结果处理和数据修约方面分析比较了RCCM、ASTM、ISO与国家标准之间的不同要求。为了方便实际运用，以核电项目常用拉伸试样，即圆形标样为例进行比较，得出在不同标准间上述规定是有所不同的，尤其在ASTM和RCCM标准间差异比较明显。测定屈服强度时，ASTM标准对引伸计的精度要求较高；ASTM标准中圆形标样的直径大于其它三个标准中的试样直径；对于室温的范围，ASTM标准较其它三个标准的范围广；测定屈服强度和抗拉强度的拉伸速度及对断后伸长率的结果处理方面，ASTM 与RCCM、GB、ISO规定不同；在数据修约方面，RCCM 不对拉伸强度值进行修约，其它三类标准都可以进行修约，但规定不尽相同。通过对不同标准间的比较，为在实际生产中准确的理解和运用标准起到了很好的指导作用。

[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金属材料室温拉伸试验方法[S].

[5] 王滨.ASTM标准与我国金属拉伸试验标准中力学性能名称和定义对照[J].理化检验-物理分册，2004，40(8)：430.

[6] 阚玉琦，赵家镇，等.力学性能试验中的数据修约[J].理化检验-物理分册，2009，45(11)：693-695.

[7] 聂月生.对金属材料室温拉伸试验影响因素的分析与探讨[J].检测与分析，2008，93(9)，83.