金属材料力学性能检测试样的取样与制备

邓宗梁

1.福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350002；2.福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350108

金属材料的力学性能即机械性能，是在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的能力，是其设计、选型时的主要依据，其中常用的机械性能有强度、塑性、硬度以及冲击韧性等。一般，金属材料力学性能包括拉伸、弯曲及冲击试验等，其检测试样是在检测对象中切取足够量的试料，再经机加工或未经机加工且具有合格尺寸且满足试验要求状态的样坯，通常是从金属材料的产品、压制坯中切取样坯经机加工制成试样［1］。

1 取样

1.1 一般要求

应在外观和尺寸合格的金属材料上进行取样，试料的大小应能确保机械加工出符合要求的试样；注意要在试样上做好标识标记，避免混淆，如果混淆则无法分辨出试样取样的位置与方向；取样的方向和数量应由产品标准或供需双方协议规定［2］。

1.2 取样位置

1.2.1 钢板

（1）钢板的取样位置与方向应根据产品规范或合同规定，当无规定时，应在w/4 处横向切取样坯。当规定取横向拉伸试样时，钢板宽度不足以在w/4 处取样，试样中心可以内移但应可能接近w/4 处［3］，w为钢板宽度。

（2）拉伸试样的取样位置有以下三种，分别是全截面试样、钢板厚度t ≧30mm 的矩形试样以及钢板厚度t≧25mm 的圆形试样。在试验机量程和机械加工允许的情况下可以采用截面试样；对于t≧30mm 的矩形试样，可将试验厚度减薄至30mm，并保留一个轧制表面；对于TMCP 钢板，试样厚度为全厚度或厚度之半，当为厚度之半时，t≧30mm 的矩形试样不适用；对于t≧25mm 的圆形截面试样，可在w/4 和t/4 处取圆形截面试样；对于钢板厚度t在≧20mm 而＜25mm 范围内的钢板，可协商采用圆形试样，且试样的中心最好与产品厚度的中心重合［3］。

（3）在宽度方向取弯曲试样，取样位置与拉伸试样相同，试样应至少保留一个原表面。

1.2.2 其他材料型钢、棒材、管材等金属材料的力学性能试验取样位置应符合GB/T 2975 现行标准的规定。

2 试样的制备

2.1 哑铃型拉伸试样制备

2.1.1 试样的形状

通常，应将试样机加工成哑铃形状。平行段部分与夹持部分以圆弧过渡，夹持部分的形状和长度应适合于试验机的夹持［1］。

2.1.2 试样加工尺寸

（1）Y1 型。对于t≧3mm 的板材和扁材以及t≧4mm 的型材等金属产品，试样加工成宽度b0=20mm±1mm，b=35mm，厚度等于原产品厚度，r取15mm，Lc取200mm，Lt为450mm的哑铃型样品，简称Y1 型。其中，b为试样夹持端的宽度，r为平行段与夹持端之间的过渡弧半径，Lc为平行段的长度，Lt为试样的总长。

（2）Y2 型与Y3 型。对于t＞30mm 的板材金属产品，试样加工成b0=20mm±1mm，b=35mm，试样厚度t0为30mm±1mm 保留轧制表面，r取15mm，Lc取200mm，Lt为450mm 的哑铃型样品，简称Y2 型；或加工成直径d0=20mm±1mm，夹持端试样直径d=25mm，r取2.5mm，Lc取200mm，Lt为450mm 的哑铃型样品，简称Y3 型。

（3）Y4 型。对于t＞50mm 的型材金属产品，试样加工成d0=20mm±1mm，d=25mm，r取2.5mm，Lc取200mm，Lt为450mm 的哑铃型样品，简称Y4 型。

（4）Y5 型。对于直径≦25mm 的棒材、线材金属产品，按照GB/T 228.1 现行标准的相关规定加工成Lt为450mm 的哑铃型样品，尺寸加工允许偏差为±1mm，简称Y5 型。

（5）Y6 型。对于直径＞25mm 的棒材金属产品，试样加工成d0=20mm±1mm，d=25mm，r取2.5mm，Lc取200mm，Lt为450mm 的哑铃型样品，简称Y6 型。

（6）Y7 型。对于金属管材试样的加工尺寸按照GB/T 228.1 现行标准的相关规定加工成Lt为450mm 的哑铃型样品，尺寸加工允许偏差为±1mm，简称Y7 型。

2.2 直条型拉伸试样制备

如相关产品标准有规定或供需双方协议商定，板材、型材、棒材、线材、管材等可以采用直条型的试样进行拉伸试验，但要确保断裂发生在样品中部。

2.2.1 试样的形状

试样的形状可按照产品形状的多样而多样，一般为圆形、矩形以及多边形等。

2.2.2 试样加工尺寸

（1）Z1 型。对于t＜4mm 的板材、型材、管材等金属产品，试样加工成宽度b0=30mm±1mm，厚度为产品原始厚度或原始壁厚，长度Lt为450mm 的直条型样品，简称Z1 型。

（2）Z2 型。对于t≧4mm 的板材、型材、管材等金属产品，试样加工成b0=20mm±1mm，厚度为产品原始厚度或原始壁厚，Lt为450mm 的直条型样品，简称Z2 型。

（3）Z3 型与Z4 型。对于t＞30mm 的板材金属产品，试样加工成b0=20mm±1mm，t0为30mm±1mm 保留轧制表面，Lt为450mm 的直条型样品，简称Z3 型；或加工成直径d0为20±1mm mm，Lt为450mm 的圆形直条样品，简称Z4 型。

（4）Z5 型。对于t＞50mm 的型材金属产品，试样加工成d0 为20mm±1mm，Lt为450mm 的圆形直条样品，简称Z5 型。

（5）Z6 型。对于直径≯25mm 的棒材、线材金属产品，d0 为产品原始直径，取Lt为450mm 的直条型样品，简称Z6 型。

（6）Z7 型。对于直径＞25mm 的棒材金属产品，试样加工成d0 为20mm±1mm，Lt 为450mm 的圆形直条样品，简称Z7 型。

2.3 弯曲试样制备

2.3.1 试样的宽度

应按相关产品规范的要求加工试样宽度，若产品规范未规定时，试样宽度应满足以下要求［4］：当产品宽度w ≯20mm时，试样宽度b0为原产品宽度；当w＞20mm 时：b0等于20mm±1mm。

2.3.2 试样的厚度或直径

弯曲试样的厚度或者直径的确定，首先应查阅相关的产品规范，如有规定则应按其规定来确定，若无规定时，则应按下列要求进行机械加工：板状材料、带状材料还有型材，试样厚度等于产品原始厚度；产品厚度t 超过25mm 的，应进行机械加工，使其减薄至试样厚度t0等于25mm±1mm，注意一定要保留一侧试样的原始表面；产品直径不大于30mm 的材料，试样的横截面不变，为原始的产品横截面；产品直径超过30mm 的材料，应进行机械加工，加工成横截面为圆形的试样，其内切圆直径等于25mm±1mm。

2.3.3 试样的长度

弯曲试样的总长度Lt要根据所使用的仪器设备型号以及试样的厚度或者直径大小来确定。一般，Lt可取250mm。

3 试样制备注意事项

要确保试样在取、制样及储存过程中，表面层及其内部性能不被损坏，并应符合以下规定：

（1）取、制样时，要注意热影响及加工硬化对金属材料力学性能的影响，所采用的任何加工方法不能影响试样的有关性能。

（2）加工试样过程中伴随的热影响和加工硬化区应去除。

（3）应去除由于取样造成的变形。

（4）应确保制备好的试样在转移、运输及储存过程中的完好、完整，避免出现影响检测结果的损坏，如表面划伤、磕碰、磨损、弯折、缺损、缺失等。

4 结语

金属材料的力学性能（即机械性能）检测是建设工程类检测实验室的常规试验项目，试验员应熟练掌握其试样的取样与制备要求。文中介绍了金属材料（包括钢板、型钢、棒材、管材等）拉伸、弯曲试验试样的取样位置、取样方向、取样量、取样方法以及试样的制备方法，并对其取制样进行了梳理与归纳，对哑铃型和直条型拉伸试样的制备均分成了7 个类型，分别为Y1 型～Y7 型和Z1 型～Z7 型，方便了拉伸试样的加工制备，还梳理了弯曲试样的制备，为金属材料力学性能检测试样的取制样起到规范和指导作用。