韓 燕 賈 亮

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司鑄鍛鋼事業(yè)部，黑龍江161042)

拉伸試驗(yàn)是標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣在靜態(tài)軸向拉伸力不斷作用下以規(guī)定的拉伸速度拉至試樣斷裂，在拉伸過(guò)程中連續(xù)記錄力與伸長(zhǎng)從而求出其強(qiáng)度判據(jù)和塑性判據(jù)的力學(xué)性能試驗(yàn)，是金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)中最常見(jiàn)的試驗(yàn)方法，它廣泛地應(yīng)用于金屬材料的研制、生產(chǎn)和驗(yàn)收。

目前，我國(guó)正在大力發(fā)展核電，現(xiàn)在在建的多為二代改進(jìn)型核電站和AP1000型核電站，基本上分屬法國(guó)RCCM標(biāo)準(zhǔn)系列和美國(guó)ASTM/ASME標(biāo)準(zhǔn)系列。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系中，對(duì)試驗(yàn)機(jī)、引伸計(jì)、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)速度、結(jié)果處理和數(shù)據(jù)修約方面的規(guī)定有所不同。為了方便實(shí)際運(yùn)用，筆者將ISO和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與RCCM、ASTM進(jìn)行了比較分析，以便運(yùn)用者對(duì)其不同之處有清晰的認(rèn)識(shí)，防止在實(shí)際運(yùn)用中混淆標(biāo)準(zhǔn)。

因拉伸試樣多采用圓形標(biāo)準(zhǔn)試樣，所以，我們將以圓形標(biāo)準(zhǔn)試樣為例探討不同標(biāo)準(zhǔn)間的差異。

1 試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)

拉伸試驗(yàn)設(shè)備主要包括試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)。試驗(yàn)機(jī)是對(duì)試樣施加變形力并測(cè)定所施加力的系統(tǒng)。 引伸計(jì)是測(cè)定延伸(或位移)的系統(tǒng)，它們的準(zhǔn)確度直接影響試驗(yàn)的結(jié)果。因此，試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)必須經(jīng)檢定合格，且在有效期內(nèi)才可使用。

不同的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)拉伸試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)的要求也有所不同，表1中列出了各標(biāo)準(zhǔn)所依據(jù)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用中，不同標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)機(jī)校定的標(biāo)準(zhǔn)也不同，而且引伸計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別的分類(lèi)也不同，使用者只有按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，選擇適用的引伸計(jì)，才能滿足不同技術(shù)規(guī)范的要求。例如，測(cè)定屈服強(qiáng)度時(shí)RCCM中要求引伸計(jì)應(yīng)選用1級(jí)，精度為±1%；ASTM A370中要求選用B2級(jí)，精度為±0.5%，GB中要求至少選用不劣于1級(jí)的引伸計(jì)；ISO與RCCM中的規(guī)定相同，而且引伸計(jì)的分類(lèi)均滿足ISO 9513的要求。所以，在測(cè)定屈服強(qiáng)度時(shí)，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)引伸計(jì)的精度要求較高。

2 試樣尺寸(以常用圓形標(biāo)樣為例)

根據(jù)不同的采購(gòu)規(guī)范或所引用的標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)選擇合適的拉伸試驗(yàn)用試樣。在用于核電項(xiàng)目的拉伸試驗(yàn)中多采用圓形標(biāo)樣來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，所以，下面僅以常用的圓形標(biāo)樣為例，來(lái)說(shuō)明不同標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試樣尺寸要求的異同，見(jiàn)表2。

需特別指出：在GB/T228中，一般K取5.65，但在相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，可以采用11.3的比例系數(shù)，此時(shí)，L0應(yīng)為10d(mm)。

表1 試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)Table 1 Testing machine and extensometer

表2 圓形拉伸試樣相關(guān)尺寸Table 2 Related dimensions of round tension test specimen

由表2可知，一些拉伸試樣尺寸的名稱及對(duì)應(yīng)字母符號(hào)有所不同，如標(biāo)距在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中用G表示，而在其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(RCCM、GB、ISO)中用L0表示。在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中用A來(lái)表示減縮段長(zhǎng)度，也就是在其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所指的平行長(zhǎng)度(Lc) 。RCCM和ISO 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)直徑為10 mm的拉伸試樣的尺寸規(guī)定都相同。ASTM 中圓形標(biāo)樣的直徑為12.5 mm±0.25 mm，大于其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的圓形試樣直徑 。除了在尺寸上有所不同外，還有一點(diǎn)需要指出，即在RCCM、ISO及ASTM中，它們都只有一種比例的試樣，而在GB中有短比例和長(zhǎng)比例兩種試樣。

3 室溫拉伸試驗(yàn)的溫度范圍

溫度是影響材料的性能參數(shù)之一，對(duì)于某些特殊材料，某些溫度區(qū)間甚至是敏感參數(shù)。一般認(rèn)為，隨著溫度升高，金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)下降，塑性指標(biāo)上升，因此，運(yùn)用者需要熟知不同標(biāo)準(zhǔn)中所要求的室溫拉伸的溫度范圍。在RCCM標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)溫度范圍一般為10～35℃(除非另有規(guī)定)。對(duì)于在可控條件下進(jìn)行的試驗(yàn)，溫度范圍應(yīng)為23±5℃(見(jiàn)EN 10002-1)。

在ASTM E8/E8M中指出：除非另有規(guī)定，室溫范圍為10～38℃；ASTM A370中沒(méi)有另行規(guī)定室溫的定義，所以應(yīng)沿用E8/E8M的規(guī)定。ISO 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的室溫范圍與RCCM中的規(guī)定完全相同。GB/T228 中指出：除非另有規(guī)定，試驗(yàn)一般在10～35℃范圍內(nèi)進(jìn)行。對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度應(yīng)為23±5℃，基本與RCCM 相同。由此可見(jiàn)，ASTM標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)室溫的要求范圍較其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的廣。

4 試驗(yàn)速度(試驗(yàn)速率)

不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)的速度要求也有所不同，在拉伸試驗(yàn)中拉伸強(qiáng)度的測(cè)定非常重要，也是產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范中重要的驗(yàn)收項(xiàng)目，表3歸納了四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)定拉伸強(qiáng)度時(shí)對(duì)于試驗(yàn)速度的要求。

由表3可知，ASTM與其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比較，不論是測(cè)定屈服強(qiáng)度還是抗拉強(qiáng)度，試驗(yàn)速度都有所不同，而RCCM、GB、ISO三者的要求相同。測(cè)定屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)變速率在ASTM 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的下限要比其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的低；測(cè)定抗拉強(qiáng)度時(shí)，ASTM 規(guī)定的應(yīng)變速率的上限高于其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

在具體對(duì)于試驗(yàn)速度的選擇和應(yīng)用中，很多試驗(yàn)室因試驗(yàn)設(shè)備的約束，應(yīng)變速率和應(yīng)力速率很難在實(shí)際中控制，所以，在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員一般用試驗(yàn)機(jī)夾頭的分離速度來(lái)控制試驗(yàn)速度。為了更深刻地理解標(biāo)準(zhǔn)間對(duì)于拉伸試驗(yàn)速度的要求，本文以常用圓形拉伸試樣為例，比較幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間對(duì)于拉伸試驗(yàn)速度的差異。當(dāng)試樣平行長(zhǎng)度(減縮段長(zhǎng)度)為60 mm時(shí)，試驗(yàn)機(jī)夾頭分離速度見(jiàn)表4。

表3 各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)速度的規(guī)定Table 3 Speed of testing required in RCCM, ASTM, ISO and GB standard

表4 不同標(biāo)準(zhǔn)中的拉伸速度比較(單位：mm/min)Table 4 Comparison of speed of testing in accordance with different standards mm/min

由表4可見(jiàn)，當(dāng)試樣平行長(zhǎng)度(減縮段長(zhǎng)度)為60 mm時(shí)，按照RCCM 、ISO和GB 的規(guī)定，拉伸速度的要求相同，但與ASTM A370中的要求有所不同。在測(cè)定屈服強(qiáng)度時(shí)，ASTM中所規(guī)定的最小試驗(yàn)速度小于其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最小值，但在測(cè)定抗拉強(qiáng)度時(shí)，最大試驗(yàn)速度又大于其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所要求的最大值。所以，在具體應(yīng)用中應(yīng)特別注意產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范中所引用的標(biāo)準(zhǔn)，以免混淆用錯(cuò)。

5 試驗(yàn)結(jié)果處理

關(guān)于延伸率(伸長(zhǎng)率)結(jié)果的處理，不同標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定也不盡相同，見(jiàn)表5。

表5 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷后伸長(zhǎng)率結(jié)果的處理Table 5 Determining of percentage elongation after fracture in different standards

由表5可以看出，對(duì)于斷后伸長(zhǎng)率結(jié)果的處理，RCCM、 GB和ISO 標(biāo)準(zhǔn)處理方法均相同，但與ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有所不同。

6 數(shù)據(jù)修約

6.1 ASTM/ASME 標(biāo)準(zhǔn)體系

在ASTM 標(biāo)準(zhǔn)體系中拉伸強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是需要進(jìn)行修約的。ASTM標(biāo)準(zhǔn)在世界材料和試驗(yàn)領(lǐng)域，包括機(jī)械制造領(lǐng)域被廣泛地采用，尤其在AP1000型核電站鍛件的制造過(guò)程中被廣泛采用。下面就三個(gè)與拉伸試驗(yàn)有關(guān)的數(shù)據(jù)修約的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納。

(1)ASTM E29

E29是用試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的有效數(shù)字來(lái)確定技術(shù)條件的符合性的規(guī)范，即將觀察到的數(shù)據(jù)或計(jì)算出來(lái)的試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)條件極限相比較，以確定對(duì)技術(shù)條件的符合性。

當(dāng)適用的其它ASTM技術(shù)條件或標(biāo)準(zhǔn)直接引用該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也是判斷其對(duì)技術(shù)條件的符合性 。

該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)提供了絕對(duì)法和修約法兩種方法，且僅在所選方法已經(jīng)確定時(shí)才能引用該標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于絕對(duì)法，該標(biāo)準(zhǔn)給出了何處適用 、如何適用以及如何表達(dá)的描述。

對(duì)于修約法，該標(biāo)準(zhǔn)討論得非常詳盡，對(duì)于各種情況下如何表達(dá)都進(jìn)行了討論和規(guī)定。

對(duì)于修約程序，E29規(guī)定：當(dāng)修約一個(gè)規(guī)定了有效位數(shù)的數(shù)字，選用最為接近的那個(gè)；假如有兩個(gè)可能的選擇，如當(dāng)數(shù)字正好為“5”或在“5”后面只有0，就選擇可成為偶數(shù)的那個(gè)；修約后的值應(yīng)該一次性地從可得到的最精確的值中直接獲得，而不能用兩次或多次后續(xù)的修約。

(2) ASTM A370

ASTM A370 中的附件A8《試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修約》中的規(guī)定如下：測(cè)定值或計(jì)算值應(yīng)根據(jù)所用產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修約。當(dāng)沒(méi)有規(guī)定的修約方法時(shí)，應(yīng)采用實(shí)用規(guī)程E29的修約方法進(jìn)行修約。當(dāng)按照E29的規(guī)則確定時(shí)，數(shù)值可向上修約或向下修約。

在修約數(shù)字為“5”的特殊情況下，當(dāng)在“5”后面除了0外沒(méi)有另外數(shù)字時(shí)，若遵照E29會(huì)導(dǎo)致材料拒收的情況下，修約就應(yīng)該朝著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的限值方向進(jìn)行。

最后對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的報(bào)告值進(jìn)行修約的推薦用級(jí)別已在標(biāo)準(zhǔn)中給出。

(3)ASTM E8/E8M

使用該標(biāo)準(zhǔn)首先對(duì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的報(bào)告試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修約，試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)按E29及產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的程序進(jìn)行修約。若沒(méi)有數(shù)據(jù)修約的規(guī)定程序時(shí)，如試驗(yàn)值≤500 MPa，修約到最為接近的1 MPa；如試驗(yàn)值為500～1 000 MPa，修約到最為接近的5 MPa；如試驗(yàn)值≥1 000 MPa時(shí)，修約到最為接近的10 MPa。

6.2 RCCM標(biāo)準(zhǔn)

RCCM 中規(guī)定室溫拉伸應(yīng)按照NF EN 10002-1來(lái)執(zhí)行，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)修約的規(guī)定。雖然在RCCM中也有引用ASTM A 370為參考文件，但只引用了A370中關(guān)于沖擊試驗(yàn)中的纖維斷面率和側(cè)膨脹量方面的內(nèi)容，與拉伸試驗(yàn)無(wú)關(guān)。所以，以目前RCCM 標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定來(lái)看，拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)是不進(jìn)行修約的。但在NF EN 10002-1中規(guī)定：對(duì)于斷后伸長(zhǎng)率可以修約到最為接近的0.5%。

6.3 ISO標(biāo)準(zhǔn)

ISO制定的關(guān)于數(shù)字修約的標(biāo)準(zhǔn)是ISO 80000-1《量和單位-第1部分：總則 附錄B 數(shù)字修約》。

主要內(nèi)容有：

(1)首先對(duì)修約給出了定義；

(2)如果只有一個(gè)整數(shù)倍最接近給定數(shù)，那么就用它作為修約數(shù)；

(3)如果有兩個(gè)連續(xù)的整數(shù)倍數(shù)同樣接近于給定的這個(gè)數(shù)，那么就有兩個(gè)不同的規(guī)則可用，即：選擇偶數(shù)整數(shù)倍數(shù)作為修約數(shù)(通常優(yōu)先使用)；選較大的整數(shù)倍數(shù)作為修約數(shù)(廣泛用于計(jì)算機(jī)中)。

(4)只進(jìn)行一次修約；

(5)修約間隔應(yīng)予給定。

6.4 GB標(biāo)準(zhǔn)

GB/T8170 《數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判斷》中規(guī)定的進(jìn)舍規(guī)則是：

(1)擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字小于5，則舍去，保留其余各位數(shù)字不變；

(2)擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5，則進(jìn)一，即保留數(shù)字的末位數(shù)字加1；

(3)擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字是5，且其后有非0數(shù)字時(shí)進(jìn)一，即保留數(shù)字的末位數(shù)字加1；

(4)擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字為5，且其后無(wú)數(shù)字或皆為0時(shí)，若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)則進(jìn)一，若為偶數(shù)，則舍去；

(5)不允許連續(xù)修約。

第(1)、(2)和(3)條是通則，第(4)條與ISO 80000-1 的兩條規(guī)定之一(見(jiàn)上述6.3)相符，也與E29 的規(guī)定相符，但與A370的相關(guān)規(guī)定不完全一致。

在產(chǎn)品的常溫拉伸試驗(yàn)中，拉伸強(qiáng)度很重要，所以，試驗(yàn)人員對(duì)于拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)能否修約的問(wèn)題就必須嚴(yán)格按照不同標(biāo)準(zhǔn)的要求來(lái)判定，尤其對(duì)于臨近產(chǎn)品采購(gòu)規(guī)范規(guī)定的極限值時(shí)，該判定結(jié)果非常關(guān)鍵。總的來(lái)說(shuō)，RCCM 中拉伸強(qiáng)度不能進(jìn)行修約，其它的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都可以進(jìn)行修約，但運(yùn)用者須注意不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于修約的特殊規(guī)定。

7 結(jié)束語(yǔ)

分別從試驗(yàn)機(jī)、引伸計(jì)、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)速度、結(jié)果處理和數(shù)據(jù)修約方面分析比較了RCCM、ASTM、ISO與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之間的不同要求。為了方便實(shí)際運(yùn)用，以核電項(xiàng)目常用拉伸試樣，即圓形標(biāo)樣為例進(jìn)行比較，得出在不同標(biāo)準(zhǔn)間上述規(guī)定是有所不同的，尤其在ASTM和RCCM標(biāo)準(zhǔn)間差異比較明顯。測(cè)定屈服強(qiáng)度時(shí)，ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)引伸計(jì)的精度要求較高；ASTM標(biāo)準(zhǔn)中圓形標(biāo)樣的直徑大于其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的試樣直徑；對(duì)于室溫的范圍，ASTM標(biāo)準(zhǔn)較其它三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍廣；測(cè)定屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的拉伸速度及對(duì)斷后伸長(zhǎng)率的結(jié)果處理方面，ASTM 與RCCM、GB、ISO規(guī)定不同；在數(shù)據(jù)修約方面，RCCM 不對(duì)拉伸強(qiáng)度值進(jìn)行修約，其它三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)都可以進(jìn)行修約，但規(guī)定不盡相同。通過(guò)對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)間的比較，為在實(shí)際生產(chǎn)中準(zhǔn)確的理解和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)起到了很好的指導(dǎo)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金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法[S].

[5] 王濱.ASTM標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)金屬拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中力學(xué)性能名稱和定義對(duì)照[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，2004，40(8)：430.

[6] 闞玉琦，趙家鎮(zhèn)，等.力學(xué)性能試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)修約[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，2009，45(11)：693-695.

[7] 聶月生.對(duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)影響因素的分析與探討[J].檢測(cè)與分析，2008，93(9)，83.