國標(biāo)金屬超塑性材料拉伸性能測定方法

1、ics 7704010h 22圓雪中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)gbt 24 1 722009金屬超塑性材料拉伸性能測定方法method for evaluation of tensile properties ofmetallic superplastic materials(is0 20032：2007，mod)2009-06-25發(fā)布 2010一04-01實施宰瞀鶻紫黼訾矬贊星發(fā)布中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會議19gbt 241722009刖昌本標(biāo)準(zhǔn)修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)iso 20032：2007(金屬超塑性材料拉伸性能測定方法(英文版)。 本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)iso 20032：2007重新起草，根據(jù)我國的實際

2、情況，本標(biāo)準(zhǔn)在采用國際標(biāo)準(zhǔn)時進(jìn)行了下列修改和補(bǔ)充：擴(kuò)大了本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，增加了圓柱形試樣；在表1中增加了圓柱形試樣的符號、術(shù)語和定義；在“5試樣”中增加了圓柱形試樣(圖3)，并規(guī)定了試樣尺寸，對于板材試樣增加了可以使用夾持端帶銷孔的試樣；在“7性能測定”中增加了圓柱狀試樣的測定方法，在72中補(bǔ)充了應(yīng)避免夾具自重對試樣的影響；對于iso 20032：2007引用的其他國際標(biāo)準(zhǔn)中有被修改采用為我國標(biāo)準(zhǔn)的，本標(biāo)準(zhǔn)引用我國的 這些標(biāo)準(zhǔn)代替對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)(見本標(biāo)準(zhǔn)第2章)。這些技術(shù)性差異用垂直單線標(biāo)識在它們所涉及的條款的頁邊空白處。 為便于使用，本標(biāo)準(zhǔn)還做了下列編輯性修改： a)“本國際標(biāo)準(zhǔn)”一詞改為

3、“本標(biāo)準(zhǔn)”； b)用小數(shù)點“”代替作為小數(shù)點的“，”；c)刪除iso 20032：2007的前言； d)增加了本標(biāo)準(zhǔn)前言。 本標(biāo)準(zhǔn)由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：鋼鐵研究總院、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院。 本標(biāo)準(zhǔn)起草人：趙俊平、高怡斐、董莉。gbt 24172-2009引言超塑性變形由具有超塑性特性的金屬材料所產(chǎn)生。在本標(biāo)準(zhǔn)中所特指的拉伸試驗可用來測定材料 的超塑性性能：包括超塑性伸長率、流變應(yīng)力、應(yīng)變速率敏感性指數(shù)(m值)、應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系式和流變應(yīng) 力一應(yīng)變關(guān)系式等。gbt 24172-2009金屬超塑性材料拉伸性能測定方法1范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬超

4、塑性拉伸性能試驗方法的符號定義、原理、試樣、設(shè)備、性能測定及試驗報告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于細(xì)晶的超塑性無明顯加工硬化或無動態(tài)微觀結(jié)構(gòu)變化的金屬材料。該方法采用恒定 的橫梁位移速率控制方式對板狀試樣和圓柱狀試樣進(jìn)行拉伸試驗測定其拉伸超塑性性能。該方法不安 裝引伸計。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有 的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究 是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。gbt 228金屬材料室溫拉伸試驗方法(gbt 228-2002，eq

5、v iso 6892：1998) gbt 4338金屬材料高溫拉伸試驗方法(gbt 4338-2006，iso 783：1999，mod) gbt 8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定gbt 168251靜力單軸試驗機(jī)的檢驗第1部分：拉力和(或)壓力試驗機(jī)測力系統(tǒng)的檢驗與 校準(zhǔn)(gbt 1682512008，iso 7500 1：2004，idt)jjg 141工作用貴金屬熱電偶jjg 351工作用廉金屬熱電偶3符號、定義及說明 本標(biāo)準(zhǔn)采用表1的符號及定義。表1符號、定義及說明符號定義說明單位 超塑性超塑性狀態(tài) 超塑性開始及其持續(xù)的變形狀態(tài) 試樣r型試樣 沒有平行部分的普通拉伸試樣r部分

6、 r型試樣伸長的主要部分，兩夾持問呈圓弧狀d圓柱狀試樣直徑 圓柱狀試樣平行部分的原始直徑 平行邊寬度或s型試樣平行部分的原始寬度或6r部分最小寬度r型試樣的r部分最小原始寬度bo(i)r部分分段線i的原始寬度 r部分規(guī)定的分段線i的原始寬度6()r部分分段線i的寬度 停止試驗后r部分分段線i的寬度a超塑性伸長率超塑狀態(tài)下的斷后伸長率 be 夾持部分寬度s或r型試樣夾持部分的寬度gbt 24172-2009表1(續(xù))符號定義說明單位 兩標(biāo)點間的原始距離，所用量具的精確度應(yīng)不小于原始距l(xiāng)。原始標(biāo)距離的1或0 01 mm中的大者將斷后試樣仔細(xì)對接在一起使其中心線在同一直線上，測l。斷后標(biāo)距量的兩標(biāo)點

7、間的距離l。平行長度 s型試樣或圓柱形試樣平行部分的原始長度l。試樣總長度 試樣的原始總長度lb夾持部分長度 試樣夾持部分的長度lr r部分長度r部分的原始長度lr r部分伸長 試驗期間任一時刻r部分長度的增量 圓角半徑或 s型試樣過渡弧的原始半徑或rr部分半徑r型試樣r部分的原始半徑s0試樣縮減面上的原始橫截面積試樣的原始橫截面積，測量儀器的精確度不大于2m1112r(i) r部分分段線i的原始橫截面積r部分規(guī)定的分段線i的原始橫截面積mmzs(i) r部分分段線i的橫截面積試驗停止后，r部分規(guī)定的分段線i的橫截面積mm2試樣厚度 s或r型試樣的厚度to(i)r部分分段線i的原始厚度 按規(guī)定

8、將r部分分段，分段線i的原始厚度t(z) r部分分段線i的厚度試驗停止后。分段線i的厚度 力f1。百分之十變形的力標(biāo)稱應(yīng)變達(dá)到百分之十時的力值 n應(yīng)力kk值 由方程1限定的帶應(yīng)力量綱的常數(shù) mpa 百分之十流變應(yīng)力標(biāo)稱應(yīng)變達(dá)到百分之十的真應(yīng)力 mpa 流變應(yīng)力 超塑性變形期間的真應(yīng)力 mpa對r型試樣，試樣變形過程中力與r部分的最小原始橫截標(biāo)稱應(yīng)力 mpa面積之比對r型試樣，試樣變形過程中力與r部分分段線i的橫截d(i)真應(yīng)力 mpa面積之比應(yīng)變e(i) 真應(yīng)變 r部分規(guī)定分段內(nèi)的變形 時間從彈性階段軸向力隨應(yīng)變開始線性增加到r部分伸長量rtter變形時間lr達(dá)到31tim的時間應(yīng)變速率和m值

9、對于s型試樣，橫粱的分離速度除以原始平行長度l。；對n 標(biāo)稱應(yīng)變速率sl于r型試樣，橫粱分離速度除以原始標(biāo)距l(xiāng)。真應(yīng)變速率 單位時間真應(yīng)變的增量s一1(i)變形期間的真應(yīng)變速率r部分規(guī)定的分段i變形期間的真應(yīng)變速率 s一1m值超塑性材料流變應(yīng)力的應(yīng)變速率敏感性指數(shù)2gbt 2417220094原理本試驗通過對試樣施加軸向拉伸力測定超塑性伸長率(a)、流變應(yīng)力和應(yīng)變速率敏感指數(shù)(m)等 超塑性性能。試驗在高溫環(huán)境和特定的應(yīng)變速率下進(jìn)行。 s型試樣或圓柱形試樣用于測定普通超塑性材料的力學(xué)特性，或其變形初期的特性。 受到加熱爐長度的限制，s型試樣更適合于較低應(yīng)變的超塑性試驗。而r型試樣絕大部分的變形

10、是由試樣中心的很小區(qū)域產(chǎn)生，因此更適合于較高應(yīng)變的試驗。5試樣 試樣分板狀試樣和圓柱狀試樣，其中板狀試樣包括s型試樣和r型試樣。試樣形狀和尺寸分別見圖1、圖2和圖3，表2、表3和表4。板狀試樣厚度為原板厚度。尺寸公差 參照gbt 228的有關(guān)規(guī)定。圖1 s型試樣表2s型試樣的尺寸 單位為毫米 標(biāo)距l(xiāng)平行長度l。 平行部分的寬度b圓角半徑r18 2463推薦的試樣尺寸見公式(1)和公式(2)：l。一2l。+l。+2r(1)bg一3b(2)試樣厚度為材料的原始厚度。荔l l荔7 j、o4圖2 r型試樣gbt 241722009表3r型試樣尺寸 單位為毫米 夾持部分寬度b。r部分最小寬度6 r部分長

11、度lr r部分半徑r 標(biāo)距l(xiāng)。16 630256lg不小于20 mm。試樣厚度為材料的原始厚度。 可以使用夾持端帶銷孔的試樣。圖3圓柱形試樣表4圓柱狀試樣尺寸 單位為毫米 平行部分直徑d標(biāo)距l(xiāng)。 平行長度l。 圓角半徑rs2025 256設(shè)備61試驗機(jī)試驗機(jī)應(yīng)符合gbt 168251的要求。橫梁分離速率應(yīng)保持恒定。根據(jù)協(xié)議選擇合適的實驗準(zhǔn)確度級。62試樣夾具 試樣夾具在高溫條件下應(yīng)不產(chǎn)生塑性變形，并符合72的要求。63加熱裝置使用帶溫控器的加熱爐加熱試樣，試驗期間加熱爐應(yīng)能保持整個試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的溫度均勻恒定， 溫度偏差在表5允許范圍內(nèi)。表5溫度的允許偏差 單位為攝氏度200600800試驗溫

12、度 200 1 ooo600 48001 000允許偏差 雙方協(xié)議 土3士4 土5 雙方協(xié)議64氣氛 試樣尺寸的測量，尤其是試驗后的試樣標(biāo)距及分段線間的距離的測量應(yīng)能得以進(jìn)行，并應(yīng)避免儀器在使用環(huán)境中被損壞。如果試驗在控制的氣氛下進(jìn)行，所測量的力值應(yīng)通過補(bǔ)償壓力差進(jìn)行修正。65測溫裝置651概述 測溫裝置包括測溫儀和熱電偶。4gbt 24172-2009652測溫儀測溫儀應(yīng)能夠指示試樣在表5規(guī)定的允許溫度范圍內(nèi)的所有溫度。653熱電偶熱電偶應(yīng)符合jjg 141和jjg 351的規(guī)定，而且組成熱電偶的材料應(yīng)能夠適應(yīng)實驗溫度和實驗環(huán) 境的要求。使用不同于熱電偶的測溫儀器時，其準(zhǔn)確度應(yīng)不小于熱電偶的

13、準(zhǔn)確度。7性能測定71概述試驗程序見7278。未在其中描述的部分按照gbt 228和gbt 4338相關(guān)內(nèi)容執(zhí)行。72試樣夾持方法 試樣夾持應(yīng)注意使試樣在試驗過程中僅受到軸向力的作用，并且在試驗加載之前的加熱和保溫期間，使試樣不承受任何壓力，承受最小的拉力。同時應(yīng)避免夾具自身重量作用于試樣。73測溫采用653規(guī)定的熱電偶測量試驗溫度。所測試的溫度應(yīng)該是試樣的溫度。該溫度為測量熱電偶 在試樣表面接觸點處的溫度。熱電偶應(yīng)避免加熱爐的直接熱輻射。如果試樣表面溫度與加熱爐中某個 特定位置的溫度在試驗前被標(biāo)定有對應(yīng)性，測溫方式可以靈活掌握。更準(zhǔn)確地測量至少要在不同的位置安裝兩只熱電偶。 相關(guān)當(dāng)事人應(yīng)協(xié)商

14、試樣的加熱時間和試驗前的保溫時間。 在實驗過程中，應(yīng)使試驗溫度保持在表5規(guī)定的偏差范圍內(nèi)。74施加試驗力 試驗要求橫梁分離速率保持恒定。75試樣尺寸的測量測量標(biāo)距的儀器應(yīng)有足夠的精密度，至少為規(guī)定尺寸的1或者001 mm，取其大者。應(yīng)用小標(biāo)記 或細(xì)畫線標(biāo)記。原始標(biāo)距不應(yīng)用導(dǎo)致試樣過早斷裂的刻痕作標(biāo)記。76超塑性伸長率的測定試驗前s型試樣選擇標(biāo)距為18 mm，r型試樣選擇標(biāo)距為6 mm，圓柱狀試樣選擇標(biāo)距為20 mm。按公式(3)計算超塑性伸長率，按照gbt 8170修約至兩位有效數(shù)字。a一畢100lo式中： a超塑性伸長率，以百分?jǐn)?shù)表示()； l。斷后標(biāo)距，單位為毫米(mm)； l。原始標(biāo)距，

15、單位為毫米(mm)。測量斷后標(biāo)距時，將斷后試樣仔細(xì)對接在一起，使其軸線在同一條直線上。77 s型試樣和圓柱形試樣流變應(yīng)力和m值的測定771流變應(yīng)力的測定通過試驗中力所對應(yīng)的伸長量的變化繪制力一伸長曲線圖，測量儀器要有足夠的準(zhǔn)確度以保證在超 塑性條件下所測的力值滿足載荷傳感器的準(zhǔn)確度。百分之十的流變應(yīng)力通過公式(4)得到：一望阜305gbt 24172-2009 式中：d。百分之十流變應(yīng)力，單位為兆帕(mpa)； f。百分之十的標(biāo)稱應(yīng)變下的力值，單位為牛頓(n)； s。試樣的原始橫載面積，單位為平方毫米(mm2)。772應(yīng)變速率敏感性指數(shù)(m值)的測定 在特定的溫度和微觀結(jié)構(gòu)條件下，在超塑性變形

16、過程中，流變應(yīng)力聽和應(yīng)變速率；問的關(guān)系可用公式(5)描述。式(5)中未考慮應(yīng)變硬化的因素，因此公式(5)只有材料的應(yīng)變硬化影響可以忽略時才 成立。一ke”(5)其中指數(shù)m可用公式(6)表示：m一怨0 llne j公式(6)中的m值為應(yīng)力一應(yīng)變速率對數(shù)曲線的斜率。通常m值取決于試驗條件和材料本身，一般 為o1之間。m值越高超塑性伸長率越高。采用五個或五個以上不同橫梁分離速率進(jìn)行試驗，通過描點可繪制出每個橫梁分離速率下百分之 十流變應(yīng)力和相應(yīng)標(biāo)稱應(yīng)變速率間關(guān)系的對數(shù)一對數(shù)坐標(biāo)圖，用最小二乘法對上述關(guān)系做線性回歸，求 得直線的斜率即m值，按gbt 8170將m值修約至小數(shù)點后兩位。經(jīng)雙方協(xié)議的試驗條

17、件下，最小值 為300的延伸率應(yīng)可以被測出。78 r型試樣m值的測定 應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值應(yīng)通過試驗中斷前試驗力和試樣尺寸的測量來測定。采用兩個或兩個以上的橫梁分離速率拉伸試樣，當(dāng)r部分的伸長量達(dá)到指定值時中斷試驗。在選擇最小和最大的橫梁分離速率時應(yīng)使他們之間的差值在210倍之間。r部分的伸長量通常 被指定為3 mm+05 trim，這個變形量可認(rèn)為是在起始形變過程中的伸長量。對于每一次試驗，可以將 每一個分段線上(見圖4)的真應(yīng)力d(i)和的真應(yīng)變速率fi(i)測出，具體測定在a)到g)中敘述。a)如圖4所示，在r部分的中間區(qū)域，在拉伸軸方向以3 mm的間距作五個分段線，將試樣拉伸 軸沿水

18、平方向放置，r部分中心部位最小橫截面積處的分段線稱為0線，其左邊的分別稱為 一6和一3線，右邊的分別稱為+3和+6線；圖4 r部分的分段線圖b)試驗前測量r部分各分段線處相應(yīng)的寬度b。(i)(i一一6，一3，0，+3，+6)和厚度t。(i)，計算 相應(yīng)的橫截面積；c)當(dāng)r部分的伸長lr達(dá)到3 mm時停止試驗，記錄該點力值和所用時間 t。指力從彈性gbt 24 1722009 階段軸向力開始線性增加到停止試驗的時間；d)測量停止試驗后試樣r部分相應(yīng)于各分段線處的寬度6(i)和厚度f(i)，計算相應(yīng)的橫截面積s(i)。測量儀器應(yīng)保證足夠的準(zhǔn)確度；e)按式(7)和式(8)計算每個分段線處的流變應(yīng)力一(i)和真應(yīng)變(i)：d(i)一去3 l zj(i)一1“isoi(i)3 l z jf)由