ASTM A370-14与ASTM E8/E8M-13a标准对比

陈 松，王晓颖，路广平，朱斌燕，王 军，孔维国

（渤海装备华油钢管公司扬州分公司，江苏 扬州225000）

ASTM A370-14与ASTM E8/E8M-13a标准对比

陈 松，王晓颖，路广平，朱斌燕，王 军，孔维国

（渤海装备华油钢管公司扬州分公司，江苏 扬州225000）

拉伸试验是金属材料力学性能试验中最常见的试验方法。针对ASTM A370－14钢制品力学性能试验标准中关于试验方法和定义与ASTM E8/E8M－13a金属材料拉伸试验方法之间存在着一定的技术差异，为此笔者分别从标准的适用范围、试验设备、试样制备、试验速率、拉伸性能指标测量以及数据修约和换算等方面对其进行了系统的对比分析，以便更好地理解这些标准。

拉伸试验；ASTM A370－14；ASTM E8/E8M－13a；试验速率

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定受试材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可确定材料的弹性极限、伸长率、比例极限、拉伸强度及屈服点等拉伸性能指标。拉伸试验是金属材料力学性能试验中最常见的试验方法，被广泛应用于金属材料的研制和生产。目前，力学性能检测中经常使用的ASTM标准在很多情况下会将试验总则标准 （ASTM A370－14）和金属材料拉伸试验方法 （ASTM E8/E8M－13a）混淆，其实两者之间存在一定技术差异，应注意区分使用。

1 适用范围

ASTM A370－14钢制品力学性能试验标准的试验方法和定义主要适用于锻钢、铸钢、不锈钢和合金钢等钢制品；ASTM E8/E8M－13a金属材料拉伸试验方法适用于室温下任何形状的金属材料，其适用范围比较大，除钢铁类材料外，Cu，Al和Mg等有色金属及其合金也可使用。

ASTM A370－14对室温没有明确规定，而ASTM E8/E8M－13a定义室温范围为10～38℃。

2 试验设备

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施加力的系统，引伸计是测定位移的系统，他们的准确度将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。对于ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a而言， 拉伸试验设备要符合ASTM E4（试验机的力值检验方法）中的规定，引伸计要符合ASTM E83（引伸计的校验及等级方法）中的规定。对于引伸计精度， ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a中的规定也不相同，具体情况见表1。

表1 ASTM A370－14和ASTM E8/E8M－13a对引伸计的选用对比

3 试样制备

本研究从试样取向、试样位置、试样类型和尺寸以及尺寸测量等方面将ASTM A370－14和ASTM E8/E8M－13a标准进行了差异对比，结果见表2。

表2 两个标准对试样的不同要求对比

图1 ASTM A370－14板状拉伸试样示意图

表3 ASTM A370－14板状拉伸试样尺寸及公差

图2 ASTM E8/E8M－13a板状拉伸试样示意图

表4 ASTM E8/E8M－13a板状拉伸试样尺寸及公差

图3 ASTM A370－14圆棒拉伸试样示意图

表5 ASTM A370－14圆棒拉伸试样尺寸及公差

图4 ASTM E8/E8M-13a圆棒拉伸试样示意图

表6 ASTM E8/E8M-13a圆棒拉伸试样尺寸及公差

4 试验速率

ASTM A370－14规定了4种表示试验速率的方法：①试验机空载时夹头的试验速率；②试验期间夹头的试验速率；③应力速率；④用变速率。ASTM E8/E8M－13a中除上述4种表示试验速率的方法，还增加了一种表示试验速率的方法，即试验时间—从加载荷开始（或从某规定应力开始）至断裂瞬间达到最大载荷或达到其他规定应力所经历的时间。不同的试验标准对于试验速率的要求有所不同，不同试验阶段的速率控制方式亦不同。

ASTM A370－14规定：到规定屈服点或屈服强度1/2之前，可以采用任何方便的试验速率。当达到该点时，横梁分离空载速率不应超过减缩段长度（或对于没有缩颈试样的夹具间距离）的1/16 in/in/min，应保持这一速率直到屈服点或屈服强度；在确定抗拉强度时试验机头分离的空载速率不应超过减缩段长度（或对于没有缩颈试样的夹具间距离）的1/2 in/in/min；无论如何最低的试验速率不应小于测定屈服点或屈服强度和抗拉强度时规定的最大速率的1/10。另外还可以选择一种方法来控制拉伸试验速率，当试验机具备有指示加载速率的装置时，从规定屈服点或屈服强度的1/2到屈服点或屈服强度，载荷速率应在 100 00 ～100 000 psi/min(70～690 MPa/min)。

ASTM E8/E8M－13a规定：除非另有规定，任何常规试验的试验速率可使用到规定屈服强度的1/2或抗拉强度的1/4（以其中较小者为准），在这一点以上的速率应在规定的范围内。如果用来确定屈服强度、屈服点伸长、抗拉强度和断面收缩率时要求不同速率范围应在产品标准中说明。在没有规定试验速率范围的情况下应使用下述一般规则：

方法A：对于非闭环控制试验机可采用应力速率控制，应力速率控制在1.15～11.5 MPa/s；

方法B：对闭环控制试验机可采用应变速率控制，应变速率控制在(0.0015±0.006)mm/mm/min；

方法C：采用负载时的夹头分离速率测定屈服性能，设定试样减缩段或无减缩段的夹头距离的名义应变速率为(0.015±0.003)mm/mm/min；

当只测定抗拉强度或已记录下屈服现象后，对于断后伸长率＞5%的材料试验机速率可设定在试样减缩段长度（或对于没有缩颈试样的夹具间距离）的名义应变速率为0.05～0.5 mm/mm/min；对于断后伸长率≤5%的材料试验速率可保持测定屈服性能时的速率不变。

5 拉伸性能指标测量

5.1 屈服点或屈服强度的测定

ASTM A370－14规定了3种方法来测定屈服点，即杠杆降落或指针停止法（drop of the beam or halt of the pointer method）、 自动绘图法（autographic diagrammethod）和载荷下的总伸长法（total extension under load method）。

ASTM A370－14规定两种方法测定屈服强度，即偏置法（offset method）与载荷下伸长法（extension under load method），分别相当于GB/T 228中Rp和Rt的图解法。ASTM E8/E8M－13a中除规定了上述两种方法外，还给出了自动绘图法（autographic diagram method）和载荷暂停法（halt of the force method），这两种方法适用于呈现不连续屈服现象的材料，自动绘图法主要用于测定上、下屈服强度；载荷暂停法可用于测定上屈服强度。

5.2 抗拉强度的测定

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a均规定：用试验过程中的最大力除以试样的原始横截面积来计算抗拉强度。

5.3 断后伸长率的测定

ASTM A370－14规定：伸长率就是以原始标距的百分数表示的标距长度的增加。测量断后伸长率，首先应把拉断的试样两端仔细的拼合在一起测量两标距间的距离。对于标距≤2 in的试样测量精确到0.01 in（0.25 mm）；对于标距＞2 in的试样应精确到标距的0.5%。在报告伸长率时应注明原始标距的长度。

ASTM E8/E8M－13a规定：当规定延伸率＞3%时，把拉断的试样两端仔细的拼合在一起测量断后伸长，对于标距≤2 in的试样测量精确到0.01 in（0.25 mm），对于标距大＞2 in的试样应精确到标距的0.5%；当规定延伸率≤3%时，试验前测量原始标距，精确到0.002 in（0.05 mm），去掉影响试样紧密对接的碎片，在将试样对接并在试样一端施加轴向载荷使之紧密对接，在测量断后标距，精确到0.002 in（0.05 mm），报告延伸率时精确到0.2%。

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a均规定：伸长率的测量可能受断裂位置的影响并与标距标记有关。如果断裂位置发生在标距以外、距任一标距标记的距离小于标距的1/4或标距标记上，那么所得伸长率就不能代表该材料。如果所测得的伸长率符合规定的最低要求就不需再做试验，如果伸长率低于最低要求则作废该试验，并需重新进行试验。

5.4 断裂延伸率的测定

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a关于断裂延伸率的规定是一致的：断裂延长包括弹性伸长和塑性伸长，可用图示法或自动测量法测定。对于延伸率＜5%的材料应使用B2（或以上）级引伸计；延伸率≥5%但＜50%的材料应使用C（或以上）级引伸计；延伸率≥50%的材料应使用D（或以上）级引伸计。断裂延伸率直接从断裂瞬间的伸长数据计算得到并代替断后伸长率报告实验结果，但这两个参数不能互换，断裂延伸率的测量结果具有更好的可重复性。

5.5 断面收缩率的测定

ASTM A370－14规定：断面收缩率的测定是把拉断的试样两端拼合在一起，以测量原始尺寸的同样精度测量最小截面处的平均直径或宽度和厚度。所测得的横截面积与原始横截面积之差，以原始横截面积的百分率标识，即为该试样的的断面收缩率。

ASTM E8/E8M－13a规定：断面收缩率的测定，对于圆棒试样来说，在拉伸过程中由于各向异性的影响，试样断后不能够保持圆形，会呈现近似椭圆形，因此断后截面积可用S=πd1d2/4计算。对于矩形试样来讲，试样在拉伸过程中由于四角处的变形受到约束，每个边中间处的变形比角处附近大，因此加深每个边均为抛物线，但左右不对称，上下对称。因此断后横截面积S=tewe， 其中： te=(t1+4t2+t3)/6， we=(w1+4w2+w3)/6。 同时，ASTM E8/E8M－13a还规定如果断裂位置距任一标距标记的距离小于标距的1/4或断裂位置在标距标记上，那么所得伸长率就不能代表该材料。如果所测得的伸长率符合规定的最低要求就不需再做试验，如果伸长率低于最低要求则作废该试验，并需重新进行试验。

6 数值修约及换算

6.1 数值修约

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a关于数值修约的方法均以ASTM E29为依据，但具体要求又有所不同。ASTM A370－14中规定数值修约见表7。

表7 试验数据修约

ASTM E8/E8M－13a规定：断后伸长率≤3%时修约至0.2%；断后伸长率＞3%时标准没有规定，应按照ASTM E29或相关标准的规定进行修约。断面收缩率的修约与ASTM A370－14中的规定相一致，即＜10%修约至0.5%；≥10%时修约至1%。对于强度指标的修约，标准中给出了3种修约规则：①对于钢制品，修约要求参照ASTM A370－14中相关规定。②对于铝合金和镁合金制品，不区分范围所有强度指标都修约至1 MPa。③不区分范围所有强度指标都修约至51 MPa（适用于所有金属材料）。

6.2 数值换算

ASTM A370－14规定以英制单位作为标准单位。但是既可以将英制单位换算成公制，也可以将公制换算成英制。需要注意的是在制定工艺文件或进行拉伸试验时两种单位制只能选定一种，不可混用。ASTM E8/E8M－13a中E8部分以英制单位为标准单位，E8M部分则以公制单位作为标准单位。

英制单位和公制单位应予区别，采用不同单位制的换算结果互有差异，究其原因是英制和公制单位换算表述上的不同，切不可混用。

7 结语

ASTM A370－14钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义与ASTM E8/E8M－13a金属材料拉伸试验方法之间在适用范围、试验机的检定、引伸计的精度、试样制备、试验速率、性能指标测量、数据修约及换算等方面都存在着一定的技术差异。本研究对标准间存在的技术差异进行了系统的对比归纳，实际使用中应注意区分。

［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］王滨.ASTM金属材料拉伸试样介绍[J].理化检验(物理分册)， 2004(09)： 477－480.

［8］王滨.ASTM金属材料拉伸试验方法介绍[J].理化检验(物理分册)， 2004(10)：528－532.

［9］黄旭东，奚建法.ASTM力学性能试验总则标准与分项试验方法标准的技术比较[J].理化检验(物理分册)，2011（06）： 348－352， 370.

［10］马俊华，陈丽霞.美国ASTM力学性能试验标准对泵用金属材料和零部件的试验方法及应用[J].水泵技术， 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

陈松（1985—），男，本科，助理工程师，现从事石油天然气输送管道试验技术工作。

2014－09－09

李红丽