上、下屈服强度检测
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发布时间:2025-05-31 12:13:24 更新时间:2025-05-30 12:13:24
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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屈服强度是材料力学性能的核心指标之一,表征材料开始发生明显塑性变形时所承受的应力。对于许多金属材料,尤其是低碳钢等,其应力-应变曲线会呈现出一个独特的“屈服平台”。在这个平台区域内,应力会在达到一个初始峰值(上屈服点)后发生明显下降,然后在较低的应力水平下(下屈服点)维持一段相对恒定的塑性流动,之后才进入加工硬化阶段。因此,准确测定材料的上屈服强度(ReH)和下屈服强度(ReL)对于评估材料的承载能力、设计安全裕度、工艺控制及材料研究具有极其重要的意义。上屈服强度通常对试样表面的应力状态(如缺口、划痕)或加载速率较为敏感,而下屈服强度则更能反映材料内部抵抗塑性变形的本质特性,其值通常更稳定、更具代表性。
本检测的核心目标是精确测量以下两项关键性能参数:
1. 上屈服强度 (Upper Yield Strength, ReH):指在屈服期间,材料应力首次达到最大值(峰点)时所对应的应力值。它是材料开始发生宏观塑性变形的第一个临界点。
2. 下屈服强度 (Lower Yield Strength, ReL):指在屈服期间,不计初始瞬时效应(即首次应力下降)时,屈服平台阶段所呈现的最低、最稳定的应力值。如果屈服平台呈现波动,则取其最低值(谷底)作为下屈服强度。
进行上、下屈服强度检测需要精确可控的加载系统和精密的测量设备:
1. 电子万能材料试验机 (Universal Testing Machine, UTM): 这是最核心的设备。现代电子万能试验机具备精确的闭环控制能力(力控、位移控、应变控),高分辨率的力传感器(载荷传感器)和位移/变形传感器(如引伸计),以及数据采集系统。
2. 高精度引伸计 (Extensometer): 用于直接、精确地测量试样标距段内的轴向变形(应变)。对于屈服强度的准确测定至关重要,尤其是在屈服点附近微小的应变变化。通常需要使用接触式引伸计(如刀口式或夹持式),其标距和精度等级需符合相关标准要求。
3. 计算机控制系统及数据采集软件: 用于设定试验参数(如加载速率)、实时控制试验过程、高速采集载荷-位移/应变数据,并绘制应力-应变曲线,同时内置算法用于自动或半自动识别上、下屈服点。
4. 试样制备设备: 包括切割机、车床(圆试样)或铣床(板试样)、磨床等,用于按照标准要求精确加工出合格的试样。
上、下屈服强度的测定主要遵循以下步骤和原则:
1. 试样制备: 严格按照相关产品标准或基础试验标准(如GB/T 228.1, ISO 6892-1, ASTM E8/E8M)的规定,制备具有特定形状(通常为圆形、矩形横截面)和尺寸的拉伸试样。试样标距段表面需光滑,无明显缺陷,尺寸精度需满足要求。
2. 安装试样与引伸计: 将试样牢固、同轴地安装在试验机的上下夹头中。将高精度引伸计小心地安装(或夹持)在试样的平行长度(或标距)部分,确保其能准确测量标距内的轴向变形。
3. 设定试验参数: * 控制模式: 屈服强度检测推荐采用应变控制模式 (Strain Control)。在屈服阶段(通常在预期屈服强度附近),将应变速率控制在标准规定的范围内(例如,GB/T 228.1 规定推荐应变速率为 0.00025 s⁻¹, 对应在引伸计上的夹头分离速率)。这是准确捕捉上下屈服点的关键。也可在弹性阶段采用应力速率控制,在接近预期屈服点时切换到应变速率控制。 * 数据采集速率: 确保在屈服阶段有足够高的数据采集频率(例如每秒 50 点或更高),以便清晰记录应力下降和平台波动。
4. 执行拉伸试验: 启动试验机,按设定参数对试样施加轴向拉伸载荷,直至试样发生屈服并进入明显的塑性变形阶段。在屈服平台明显出现后,可以卸除引伸计以防损坏(如果标准允许)。
5. 数据采集与曲线绘制: 试验系统实时记录载荷(F)- 变形(ΔL 或 ε)数据,并计算、绘制工程应力(σ = F / S₀)- 工程应变(ε = ΔL / L₀)曲线或真应力-真应变曲线。
6. 屈服点的判定: 这是最关键的一步。 * 上屈服强度 (ReH): 在应力-应变曲线上,找到屈服开始后应力首次达到的最大值(最高峰点)所对应的应力值。通常表现为一个尖锐的应力峰值。 * 下屈服强度 (ReL): 在应力-应变曲线上,忽略首次应力下降后的瞬时效应,在屈服平台阶段(通常是持续塑性变形阶段)寻找一个最低的、相对稳定的应力值(最低谷点)。如果平台存在多个波谷,则取最低值。需确保此值是在不计初始瞬时效应的塑性流动阶段。
7. 结果报告: 报告测得的ReH和ReL值(通常单位为MPa),注明采用的判定方法和依据的标准,并在报告中附上典型的应力-应变曲线(尤其要清晰显示屈服区域)。
国内外关于金属材料拉伸试验及屈服强度测定的主要标准包括:
1. 中国国家标准 (GB): * GB/T 228.1-2021《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》: 这是中国金属材料室温拉伸试验的基础标准,详细规定了试样、设备、方法、速率控制、性能测定(包括ReH和ReL的判定方法)和结果报告要求。
2. 国际标准 (ISO): * ISO 6892-1:2019《Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature》: 国际通用的金属材料室温拉伸试验标准,与GB/T 228.1 基本技术内容协调一致。
3. 美国材料与试验协会标准 (ASTM): * ASTM E8/E8M-24《Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials》: 美国广泛使用的金属材料拉伸试验标准。其对于屈服强度的定义和测定方法与ISO/GB有相似之处,但也存在一些术语和细节上的差异(例如ASTM更常使用“屈服点”Yield Point,并区分上屈服点Upper Yield Point和下屈服点Lower Yield Point)。它同样强调在屈服阶段使用应变控制。
4. 其他国家标准及行业/产品标准: 如EN 10002-1(欧洲)、JIS Z 2241(日本)等国家标准,以及针对具体金属产品(如钢板、钢筋、管材、线材)的标准,都会引用或规定基于GB/T 228.1, ISO 6892-1或ASTM E8/E8M的拉伸试验方法和屈服强度要求。
关键点强调: 无论采用哪个标准,在测定上、下屈服强度时,关键都在于: * 使用高精度引伸计直接测量标距内的应变。 * 在屈服阶段(预期屈服点附近)严格采用应变速率控制。 * 正确识别应力-应变曲线上的最高峰(ReH)和首次应力下降后的最低稳定值(ReL)。 * 确保试样制备、试验操作和结果判定完全符合所选标准的规定。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
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