2024金屬材料薄板和薄帶塑性應(yīng)變比（r值）的測定

金屬材料薄板和薄帶塑性應(yīng)變比（r值）的測定目 次前 言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1符號和說明 2原理 4試驗(yàn)設(shè)備 5試樣 5試驗(yàn)程序 6附加性試驗(yàn)結(jié)果 10試驗(yàn)報告 11附錄A（資料性）r值測定誤差的追溯方法 12附錄B（資料性）本文件與ISO10113:2020技術(shù)差異及原因一覽表 20IPAGEPAGE11PAGEPAGE10金屬材料薄板和薄帶塑性應(yīng)變比（r值）的測定范圍本文件規(guī)定了一種測定金屬薄板和薄帶塑性應(yīng)變比的方法。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法（GB/T228.1-2021，ISO6892-1:2019，MOD）GB/T12160單軸試驗(yàn)用引伸計系統(tǒng)的標(biāo)定（GB/T12160-2019，ISO9513:2012，IDT）GB/T8170 數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定術(shù)語和定義GB/T228.1-2021中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1塑性應(yīng)變比plasticstrainratior（1：p_brp_a式中

………………(1)—厚度方向真實(shí)塑性應(yīng)變；—寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變。注1：以上單應(yīng)變點(diǎn)的表達(dá)式僅適用于均勻塑性應(yīng)變范圍的情況。注2：因?yàn)闇y量長度的變化量比厚度的變化量更容易、更精確，如果材料的塑性伸長未超過最大力對應(yīng)的塑性伸長Ag，由體積不變原理推導(dǎo)出的下列關(guān)系式可用于計算塑性應(yīng)變比r值。n1r b0 ln

L0b0L1b1

………………(2)應(yīng)協(xié)商測量方法。r（工程變水平，例如：4520（1。3.2塑性應(yīng)變比加權(quán)平均值weightedaverageplasticstrainratiorrx/y值和公式（3）r值應(yīng)采用相同的測定方式以及相同的（工程）y或（工程）塑性應(yīng)變范圍α-β測得。r=r0/y+r90/y+2r45/y4

………………(3)注：對某些材料也可采用其他的取樣方向，此時應(yīng)采用不同于公式（3）的計算公式。3.3塑性應(yīng)變比各向異性度degreeofplanaranisotropyΔrrx/y值和公式（4）計算Δrr值應(yīng)采用相同的測定方式以及相同的（工程）y或（工程）塑性應(yīng)變范圍α-β測得。0/y 90/y 45/Δr=10/y 90/y 45/

………………(4)注：對某些材料也可采用其他的取樣方向，此時應(yīng)采用不同于公式（4）的計算公式。3.4泊松比Poisonsratoυ試樣寬度方向彈性應(yīng)變與長度方向彈性應(yīng)變的比值。符號和說明本文件使用的符號及其說明見表1。表1符號、說明、定義和單位符號說明單位a0試樣原始厚度mma1試樣進(jìn)行約定應(yīng)變并卸載后的厚度mmAg最大力對應(yīng)的塑性應(yīng)變百分比%b0試樣標(biāo)距內(nèi)原始寬度的平均值mmb1試樣進(jìn)行約定應(yīng)變并卸載后的平均寬度mmb采用寬度引伸計測得的瞬時寬度縮小量mmepy工程（epy=工程塑性應(yīng)變a，該值應(yīng)該處于單根測試曲線的加工硬化區(qū)間內(nèi)（小于或等于Ag）%epp工程（==百分比表示的塑性應(yīng)變上限b）值應(yīng)該處于單根測試曲線的加工硬化區(qū)間內(nèi)（Ag）%ep_b測試時試樣寬度方向的瞬時（工程）塑性應(yīng)變%ep_l測試時試樣長度方向的瞬時（工程）塑性應(yīng)變%p_a厚度方向真實(shí)塑性應(yīng)變—p_b寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變—p_l長度方向真實(shí)塑性應(yīng)變—F力NL0原始標(biāo)距mmL1試樣進(jìn)行約定應(yīng)變并卸載后的標(biāo)距長度mmL加載情況下，引伸計原始標(biāo)距的瞬時延伸量mmLe引伸計原始標(biāo)距mmmE工程應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性部分的斜率MPamr寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變與長度方向真實(shí)塑性應(yīng)變關(guān)系曲線的線性回歸斜率—r塑性應(yīng)變比—rrx/y加權(quán)平均值c—rx/y塑性應(yīng)變比各向異性度—rxy所表示的塑性應(yīng)變比（xy的單位為%）—rx/α－β采用指定方向xepep所表示的塑性應(yīng)變比（x為相對于軋制方向的夾角，單位為度，α和β的單位為%）—Rm抗拉強(qiáng)度MPaS0試樣平行段的原始截面積mm2Si瞬時截面積mm2υ泊松比—表1符號、說明、定義和單位（續(xù)）符號說明單位α,β,x,y下標(biāo)變量—注1：在某些文獻(xiàn)中可能會出現(xiàn)其他的符號。注2：1MPa=1N/mm2abc通常該值在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。在一些國家，用rm而不是r來表示塑性應(yīng)變比加權(quán)平均值。原理塑性應(yīng)變比r值通常用來對材料進(jìn)行表征和評價，也可用作成型過程的數(shù)值模擬。為了測定塑性應(yīng)變比，需要將試樣拉伸至一個約定的(工程)塑性應(yīng)變水平，然后根據(jù)卸載后或扣r值。然而，測定試樣長度的變化比厚度的變化要更簡，r（5。注：在自動方式下是否扣除彈性變形，取決于扣除后的結(jié)果能否與人工測量結(jié)果保持一致。 + + =0 ………………(5)p_a

p_b

p_l式中p_a—厚度方向真實(shí)塑性應(yīng)變ε

a1p_a=lnap_b—寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變ε

0=lnp_b b0

lnL1p_l

p_l0LAgLAgr值的測定結(jié)果偏高，尤其當(dāng)橫向引伸計僅裝夾在試樣原始標(biāo)距的中間區(qū)域時，這種偏差更加明顯。此時，推薦采用如下兩種處理方式：橫向引伸計最好能在多個點(diǎn)位測量試樣寬度方向的瞬時減少值，并且測點(diǎn)要覆蓋整個（縱向）標(biāo)距長度。b0。試樣相對于軋制方向的取樣方向以及測定r值所約定的（工程）塑性應(yīng)變水平由相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。當(dāng)r1（b>a，見圖r1時，材料厚度方向比寬度方向發(fā)生更大的變形（b<a，見圖1；當(dāng)r＝1時，材料厚度方向與（b＝a，見圖1。說明：（b＝a]；a—隨著塑性延伸的增加。圖1不同r值所對應(yīng)的橫截面變化示意圖試驗(yàn)設(shè)備GB/T228.1對設(shè)備的要求。對于人工測量方式（見8.2節(jié)，那些測量試樣原始標(biāo)距長度以及發(fā)生塑性變形并卸載后的標(biāo)距0.2見8.3GT121011級。0.005mm。注：在計量檢定和日常工作中，應(yīng)按要求嚴(yán)格核查縱向引伸計標(biāo)距Le的準(zhǔn)確性。見8.4節(jié)GT121011級。那些測量試樣原始寬度的裝置，其準(zhǔn)確度應(yīng)不低于±0.1％。注：當(dāng)引伸計的標(biāo)距較長以及延伸量較大時，1級引伸計的測量誤差可能超出±0.01mm。GB/T228.1的規(guī)定執(zhí)行。試樣應(yīng)按照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求取樣，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定，按照有關(guān)各方的協(xié)議取樣。GB/T228.12021附E0.1%。GB/T228.1-2021E中所列各類試樣在標(biāo)距內(nèi)產(chǎn)生均勻的形變，應(yīng)確保試樣的平行段長度≥L2b。注：如果試樣的平行長度無法滿足該規(guī)定，宜采用多線測量方式的橫向引伸計。除非另有規(guī)定，試樣厚度為測試板材的厚度。試樣平行段內(nèi)不得存在表面缺陷（劃痕等。試驗(yàn)程序試驗(yàn)一般在10°C35°C室溫下進(jìn)行。當(dāng)要求在控溫條件下進(jìn)行試驗(yàn)時，溫度應(yīng)控制在(23±5)°C。r值評估區(qū)間內(nèi)，試樣平行段的應(yīng)變速率應(yīng)保持恒定，相對誤差小于20％，且不應(yīng)超過0.008/s0.2r值進(jìn)行測定。注：有涂鍍層的材料（例如鍍鋅或有機(jī)涂層）測得的r值可能不同于沒有涂鍍層的基體材料。見圖21—橫向彎曲。

圖2試樣橫截面橫向彎曲示意圖rA中列舉了這些調(diào)查方法。不使用任何引伸計（人工方式）通則本方式既不使用縱向引伸計，也不使用橫向引伸計來測量試樣變形前后的尺寸變化。測試試樣原始標(biāo)距L0可采用細(xì)線刻畫的方式進(jìn)行標(biāo)記，刻畫線的準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于±1％，標(biāo)距測量的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.2％。如果能夠確?？坍嬀€的準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.2％，則不必測量每根試樣的原始標(biāo)距長度。注：對每根試樣的原始標(biāo)距L0進(jìn)行測量，可以進(jìn)一步提高r值人工測定的準(zhǔn)確性。試樣原始寬度測量的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于±0.005mm，應(yīng)在標(biāo)距內(nèi)至少等間隔測量三點(diǎn)，其中在標(biāo)距兩端應(yīng)各進(jìn)行一次測量，這些寬度測量值的平均值用于計算塑性應(yīng)變比。將試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，加載至約定應(yīng)變水平，然后卸載。注：本方式無需在試驗(yàn)前施加預(yù)載荷。L0b0L1和b1。數(shù)據(jù)評估根據(jù)公式（6）計算每根試樣的（工程）塑性應(yīng)變根據(jù)公式（7）r

ep_l

(L1-L0)100%L0

………………(6)lnb1r b0 ln僅使用縱向引伸計（半自動方式）通則

L0b0L1b1

………………(7)本方式需使用一支縱向引伸計，同時結(jié)合人工對試樣寬度進(jìn)行測量。測試試樣原始寬度測量的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于±0.005mm，應(yīng)在標(biāo)距內(nèi)至少等間隔測量三點(diǎn)，其中在標(biāo)距兩端應(yīng)各進(jìn)行一次測量，這些寬度測量值的平均值用于計算塑性應(yīng)變比。將試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，加載至約定應(yīng)變水平，然后卸載。b0b1。本方式僅在均勻塑性變形的情況下有效。為確保試樣和夾具裝置的對中性，系統(tǒng)可施加一個小的預(yù)載荷，該載荷不應(yīng)超過材料預(yù)期屈服強(qiáng)度對應(yīng)值的5％。施加預(yù)載荷后需對引伸計信號清零。數(shù)據(jù)評估根據(jù)公式（8）計算每根試樣的（工程）塑性應(yīng)變根據(jù)公式（9）r

ep_l

L-Le

FS0mE

100%

………………(8)lnb1r

………………(9)-ln1ep_l100%

-ln(b1)b0同時使用縱向和橫向引伸計（自動方式）通則本方式需同時使用一支縱向引伸計和一支橫向引伸計。測試通常，可以在一個標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)中利用本方式同時測定r值和其他的拉伸性能。此時，試樣往往被持續(xù)拉伸至Ag或斷裂。本方式允許用戶在幾個不同的應(yīng)變水平測定多個單點(diǎn)r值，也允許用戶在試驗(yàn)的某個應(yīng)變區(qū)間測定(區(qū)間)回歸r值。如果材料呈現(xiàn)不均勻的變形行為（如某些材料呈現(xiàn)出的Portevin-LeChatelier鋸齒屈服效應(yīng)，見8.4.3.4節(jié)r0.1％，應(yīng)在標(biāo)距內(nèi)至少等間隔測量三點(diǎn)，其中在標(biāo)距兩端應(yīng)各進(jìn)行一次測量，這些寬度測量值的平均值用于計算塑性應(yīng)變比。試驗(yàn)根據(jù)GB/T228.1的規(guī)定執(zhí)行，同時需另外配置一支橫向引伸計來測量試樣寬度的變化。為確保試樣和夾具裝置的對中性，系統(tǒng)可以施加一個小的預(yù)載荷，該載荷不應(yīng)超過材料預(yù)期屈服強(qiáng)度對應(yīng)值的5％。施加預(yù)載荷后需對長度和寬度引伸計信號清零。注：如果試樣縱軸與加載系統(tǒng)縱軸存在偏轉(zhuǎn)，而引伸計無法對此進(jìn)行修正，可能導(dǎo)致r值存在被高估的風(fēng)險。數(shù)據(jù)評估Rm的速率之后進(jìn)行。rRm的速率之后進(jìn)行。r值的評估不應(yīng)在Ag之后進(jìn)行?？刹捎脝危☉?yīng)變）點(diǎn)法和（區(qū)間）r值。如果材料呈現(xiàn)不均勻的變形行為（Portevin-LeChatelier鋸齒屈服效應(yīng)），8.4.3.4節(jié)所列的回歸方法r值。但對于具有相變行為的材料，不得使用該回歸方法。單（應(yīng)變）點(diǎn)法可根據(jù)是否扣除彈性應(yīng)變分為單點(diǎn)方法A和單點(diǎn)方法B。A（扣除彈性應(yīng)變）長度方向真實(shí)塑性應(yīng)變應(yīng)采用公式（10）計算：p_l

ln(LLe

F S0mE

………………(10)寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變應(yīng)采用公式（11）計算： ln(b0-b

F)

………………(11)bp_bb0式中υ為泊松比(鋼取0.3，鋁取0.33)。

S0mE長度方向（工程）塑性應(yīng)變根據(jù)公式（8）計算。注：應(yīng)該根據(jù)公式（12）來近似算出一個更加精確的瞬時橫截面積Si，而不是直接采用原始橫截面積S0來計算長度方向的真實(shí)塑性應(yīng)變以及(工程)ep_lSiS0計算的結(jié)果沒有顯著差異。因此，在公式（、公式（1、公式（）S0。Si=S0×

0L0

………………(12)對于每個單應(yīng)變點(diǎn)上的一組數(shù)據(jù)（該組數(shù)據(jù)包括載荷、延伸和瞬時寬度減少值，可以采用公式10（和公式13rr -_b (p_bp_l)

………………(13)1：可根據(jù)公式（8）算出長度方向（工程）r（見附AA.4）注2：采用單點(diǎn)方法后，可以利用連續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)展現(xiàn)出r值的明顯變化，這將有利于8.4.3.4中的回歸方法的使用。單點(diǎn)方法B（不扣除彈性應(yīng)變）本方法是在加載條件下，采用長度方向和寬度方向的總應(yīng)變來計算r值，未將彈性應(yīng)變從總應(yīng)變中扣除。此時，長度方向真實(shí)應(yīng)變采用公式（14）計算： ln(L)

………………(14)Lp_lLe寬度方向真實(shí)應(yīng)變采用公式（15）計算： ln(b0-b)

………………(15)bp_bb0（14、公式（15）和公式（16）r值。r _b(p_bp_l)

………………(16)（1（1（1bp_l特指為長度方向真實(shí)應(yīng)變?；貧w方法本方法基于一個約定區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)以及試樣的原始尺寸來計算出可靠的r值。p_按照公和公分別計算出 和p_3mr應(yīng)為

r1

。r值計算應(yīng)采（17：

r

mr1

………………(17)說明：X軸－長度方向真實(shí)塑性應(yīng)變； Y軸－寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變；–下限:8%(工程)0.077真實(shí)塑性應(yīng)變；–上限:12%(工程)0.113真實(shí)塑性應(yīng)變；–原點(diǎn)；4–在上下限范圍做過原點(diǎn)的線性回歸：p_b=mr×p_l，mr=-0.39833，r8-12=0.662。注1：上/下限采用(工程)塑性應(yīng)變表示，X軸表示長度方向的真實(shí)塑性應(yīng)變注2:不過原點(diǎn)的線性回歸，能得到較符合實(shí)際的r值[1，2]。圖3寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變與長度方向真實(shí)塑性應(yīng)變之間的關(guān)系r（尤其是對那些呈現(xiàn)不均勻形變行為的材料而言rrr值－長度方向（工程）9附加性試驗(yàn)結(jié)果0459°夾角34）分別計算塑性應(yīng)變比加權(quán)平均值以及塑性應(yīng)變比各項(xiàng)異性度Δr。如果需要進(jìn)行此類計算，則每件試r值的測定方式應(yīng)保持一致（（工程）塑性應(yīng)變或（工程））當(dāng)采用了不同于公式（3）和公式（4）的計算方法時，應(yīng)在報告中注明。10試驗(yàn)報告試驗(yàn)報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：本文件的編號；試樣的標(biāo)識；；評估方法；試樣類型；相對于軋制方向的試樣取向；測定/r值時所對應(yīng)的（工程）塑性應(yīng)變或區(qū)間，例如：r510 （4工程）10A；r581245工程）8%12；GB/T81700.05；計算和Δr時，所采用的不同于公式（3）和公式（4）的計算公式。PAGEPAGE12PAGEPAGE13附錄A（資料性）r值測定誤差的追溯方法通則本附錄旨在描述和分析r值的測定誤差，而r值的測定對許多參數(shù)極為敏感，這些參數(shù)可能包括：不同的測定方式和評估方法；試樣與加載鏈的對中性；試樣制備（例如試樣表面和邊緣質(zhì)量）；試樣寬度方向的“真實(shí)”變形與引伸計測得數(shù)值之間的差異；；引伸計刀口與試樣表面的相對滑動；寬度測量裝置的裝夾效應(yīng)（A.2）；實(shí)驗(yàn)室的條件（震動或溫度波動）；試樣的非均勻變形（Portevin-LeChatelier鋸齒屈服效應(yīng)）。裝夾（不良）效應(yīng)和顯示指南裝夾(不良)效應(yīng)通常發(fā)生在測試初始階段，將導(dǎo)致引伸計信號顯示出一些人為的正向/負(fù)向應(yīng)變，但這些信號并不是試樣變形的真實(shí)反映。導(dǎo)致裝夾(不良)效應(yīng)的原因包括：試樣自身存在彎、扭、弓形等異?；蛟O(shè)備加載鏈的對中性不良。下面介紹如何才能將這些效應(yīng)顯現(xiàn)出來，它是基于材料在彈性變形期間不會發(fā)生塑性變形的一種（工程8.3.3（工程）塑性應(yīng)變的公式（8）可知，寬度方向的（工程）塑性應(yīng)變可根據(jù)公式A.1計算：ep_b

-bb0

FS0mE

100%

………………(A.1)根據(jù)結(jié)果可繪制出長度方向及寬度方向的（工程）A.1A.2A.3。長度方向和寬度方向的（工程）塑性應(yīng)變的圖形在比例極限之前都應(yīng)該是一條應(yīng)變值為“0”的垂線。當(dāng)裝夾不良效應(yīng)發(fā)生時，長度方向或者寬度方向的（工程）塑性應(yīng)變將會明顯偏離數(shù)值“0”。采用這種圖示法后，對裝夾效應(yīng)的直觀探察成為可能。在圖A.1、圖A.2和圖A.3中分別描述了三種不同情況。說明：X軸－（工程）塑性應(yīng)變，用％表示； Y軸－應(yīng)力，用MPa表示；1–長度方向（工程）塑性應(yīng)變ep_l； 2–寬度方向（工程）塑性應(yīng)變ep_b注：未觀察到裝夾不良效應(yīng)。圖A.1（工程Y（0的垂線圖A.2和圖A.3所顯示的裝夾效應(yīng)可能造成（工程）塑性應(yīng)變的偏離，進(jìn)而導(dǎo)致r值偏高或偏低。說明：X軸－（工程）塑性應(yīng)變，用％表示； Y軸－應(yīng)力，用MPa表示；1–長度方向（工程）塑性應(yīng)變ep_l； 2–寬度方向（工程）塑性應(yīng)變ep_b圖A.2寬度方向（工程）塑性應(yīng)變與Y軸（應(yīng)變值為“0”）存在負(fù)向偏離，表明寬度的變化被人為放大了（這將導(dǎo)致r值偏高）說明：X軸－（工程）塑性應(yīng)變，用％表示； Y軸－應(yīng)力，用MPa表示；–長度方向（工程）ep_l–寬度方向（工程）ep_b圖A.3寬度方向（工程）塑性應(yīng)變與Y軸（應(yīng)變值為“0”）存在正向偏離，表明寬度的變化被人為縮小了（這將導(dǎo)致r值偏低）A.4A.5A.6A.1A.2A.3r0.6。說明：X軸－（工程）塑性應(yīng)變，用％表示； Y1軸－應(yīng)力，用MPa表示；Y2軸－瞬時r值；1－應(yīng)力-長度方向（工程）塑性應(yīng)變曲線；2－瞬時r值-長度方向（工程）塑性應(yīng)變曲線；3－下限：長度方向(工程)塑性應(yīng)變?nèi)≈?％；4－上限：長度方向(工程)塑性應(yīng)變?nèi)≈?0％；5r值的區(qū)間回歸結(jié)果（2％～2％時，2-20＝0.0。圖A.4根據(jù)圖A.1的數(shù)據(jù)繪制的r值與長度方向（工程）塑性應(yīng)變關(guān)系曲線（假定r值恒定為0.6）說明：X軸－（工程）塑性應(yīng)變，用％表示； Y1軸－應(yīng)力，用MPa表示；Y2軸－瞬時r值；1－應(yīng)力-長度方向（工程）塑性應(yīng)變曲線；2－瞬時r值-長度方向（工程）塑性應(yīng)變曲線；3－下限：長度方向(工程)塑性應(yīng)變?nèi)≈?％；4－上限：長度方向(工程)塑性應(yīng)變?nèi)≈?0％；－r值的區(qū)間回歸結(jié)果（2％～2％時，2-20＝0.5。圖A.5根據(jù)圖A.2的數(shù)據(jù)繪制的r值與長度方向（工程）塑性應(yīng)變關(guān)系曲線（假定r值恒定為0.6）說明：X軸－（工程）塑性應(yīng)變，用％表示； Y1軸－應(yīng)力，用MPa表示；Y2軸－瞬時r值；1－應(yīng)力-長度方向（工程）塑性應(yīng)變曲線；2－瞬時r值-長度方向（工程）塑性應(yīng)變曲線；3－下限：長度方向(工程)塑性應(yīng)變?nèi)≈?％；4－上限：長度方向(工程)塑性應(yīng)變?nèi)≈?0％；5r值的區(qū)間回歸結(jié)果（2％～2％時，2-20＝0.5。圖A.6根據(jù)圖A.3的數(shù)據(jù)繪制的r值與長度方向（工程）塑性應(yīng)變關(guān)系曲線（假定r值恒定為0.6）自動核查的實(shí)施（工程（不良RP0.265（工程）Y軸（應(yīng)變值為“0”）的曲線即將超出用戶所設(shè)定的一個合適的公差范圍，系統(tǒng)將暫?；蚪K止試驗(yàn)。（工程在下面的圖例中，使用的判據(jù)如下：彈性變形終點(diǎn)：RP