GB T 24172-2009 金属超塑性材料拉伸性能测定方法.pdf

1、ICS 7704010H 22 圆雪中华人民共和国国家标准GBT 24 1 722009金属超塑性材料拉伸性能测定方法2009-06-25发布Method for evaluation of tensile properties ofmetallic superplastic materials(IS0 20032：2007，MOD)2010一04-01实施宰瞀鹘紫黼訾矬赞星发布中国国家标准化管理委员会议19刖 昌GBT 241722009本标准修改采用国际标准ISO 20032：2007(金属超塑性材料拉伸性能测定方法(英文版)。本标准根据ISO 20032：2007重新起草，根据我国的实际

2、情况，本标准在采用国际标准时进行了下列修改和补充：扩大了本标准的适用范围，增加了圆柱形试样；在表1中增加了圆柱形试样的符号、术语和定义；在“5试样”中增加了圆柱形试样(图3)，并规定了试样尺寸，对于板材试样增加了可以使用夹持端带销孔的试样；在“7性能测定”中增加了圆柱状试样的测定方法，在72中补充了应避免夹具自重对试样的影响；对于ISO 20032：2007引用的其他国际标准中有被修改采用为我国标准的，本标准引用我国的这些标准代替对应的国际标准(见本标准第2章)。这些技术性差异用垂直单线标识在它们所涉及的条款的页边空白处。为便于使用，本标准还做了下列编辑性修改：a)“本国际标准”一词改为“本标

3、准”；b)用小数点“”代替作为小数点的“，”；c)删除IsO 20032：2007的前言；d)增加了本标准前言。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会归口。本标准起草单位：钢铁研究总院、冶金工业信息标准研究院。本标准起草人：赵俊平、高怡斐、董莉。GBT 24172-2009引 言超塑性变形由具有超塑性特性的金属材料所产生。在本标准中所特指的拉伸试验可用来测定材料的超塑性性能：包括超塑性伸长率、流变应力、应变速率敏感性指数(m值)、应力一应变关系式和流变应力一应变关系式等。金属超塑性材料拉伸性能测定方法GBT 24172-20091范围本标准规定了金属超塑性拉伸性能试验方法

4、的符号定义、原理、试样、设备、性能测定及试验报告。本标准适用于细晶的超塑性无明显加工硬化或无动态微观结构变化的金属材料。该方法采用恒定的横梁位移速率控制方式对板状试样和圆柱状试样进行拉伸试验测定其拉伸超塑性性能。该方法不安装引伸计。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 228金属材料室温拉伸试验方法(GBT 228-2002，eqv ISO 6892：199

5、8)GBT 4338金属材料高温拉伸试验方法(GBT 4338-2006，ISO 783：1999，MOD)GBT 8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GBT 168251静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准(GBT 1682512008，ISO 7500 1：2004，IDT)JJG 141工作用贵金属热电偶JJG 351工作用廉金属热电偶3符号、定义及说明本标准采用表1的符号及定义。表1符号、定义及说明符号 定 义 说 明 单位超塑性超塑性状态 超塑性开始及其持续的变形状态试样R型试样 没有平行部分的普通拉伸试样R部分 R型试样伸长的主要部分，两夹

6、持问呈圆弧状d 圆柱状试样直径 圆柱状试样平行部分的原始直径平行边宽度或 S型试样平行部分的原始宽度或6R部分最小宽度 R型试样的R部分最小原始宽度bo(i) R部分分段线i的原始宽度 R部分规定的分段线i的原始宽度6() R部分分段线i的宽度 停止试验后R部分分段线i的宽度A 超塑性伸长率 超塑状态下的断后伸长率 BE 夹持部分宽度 S或R型试样夹持部分的宽度GBT 24172-2009表1(续)符号 定 义 说 明 单位两标点间的原始距离，所用量具的精确度应不小于原始距L。 原始标距离的1或0 01 mm中的大者将断后试样仔细对接在一起使其中心线在同一直线上，测L。 断后标距量的两标点间的

7、距离L。 平行长度 S型试样或圆柱形试样平行部分的原始长度L。 试样总长度 试样的原始总长度LB 夹持部分长度 试样夹持部分的长度LR R部分长度 R部分的原始长度LR R部分伸长 试验期间任一时刻R部分长度的增量圆角半径或 s型试样过渡弧的原始半径或RR部分半径 R型试样R部分的原始半径S0 试样缩减面上的原始横截面积 试样的原始横截面积，测量仪器的精确度不大于2 m1112R(i) R部分分段线i的原始横截面积 R部分规定的分段线i的原始横截面积 mmzS(i) R部分分段线i的横截面积 试验停止后，R部分规定的分段线i的横截面积 mm2试样厚度 S或R型试样的厚度to(i) R部分分段线

8、i的原始厚度 按规定将R部分分段，分段线i的原始厚度t(z) R部分分段线i的厚度 试验停止后。分段线i的厚度力F1。 百分之十变形的力 标称应变达到百分之十时的力值 N应力K K值 由方程1限定的带应力量纲的常数 MPa百分之十流变应力 标称应变达到百分之十的真应力 MPa流变应力 超塑性变形期间的真应力 MPa对R型试样，试样变形过程中力与R部分的最小原始横截 标称应力 MPa面积之比对R型试样，试样变形过程中力与R部分分段线i的横截d(i) 真应力 MPa面积之比应变E(i) 真应变 R部分规定分段内的变形 时间从弹性阶段轴向力随应变开始线性增加到R部分伸长量rttEr 变形时间LR达到

9、31Tim的时间应变速率和m值对于S型试样，横粱的分离速度除以原始平行长度L。；对N 标称应变速率 Sl于R型试样，横粱分离速度除以原始标距L。真应变速率 单位时间真应变的增量 S一1(i) 变形期间的真应变速率 R部分规定的分段i变形期间的真应变速率 S一1m值 超塑性材料流变应力的应变速率敏感性指数2GBT 2417220094原理本试验通过对试样施加轴向拉伸力测定超塑性伸长率(A)、流变应力和应变速率敏感指数(m)等超塑性性能。试验在高温环境和特定的应变速率下进行。S型试样或圆柱形试样用于测定普通超塑性材料的力学特性，或其变形初期的特性。受到加热炉长度的限制，s型试样更适合于较低应变的超

10、塑性试验。而R型试样绝大部分的变形是由试样中心的很小区域产生，因此更适合于较高应变的试验。5试样试样分板状试样和圆柱状试样，其中板状试样包括S型试样和R型试样。试样形状和尺寸分别见图1、图2和图3，表2、表3和表4。板状试样厚度为原板厚度。尺寸公差参照GBT 228的有关规定。图1 S型试样表2 S型试样的尺寸 单位为毫米标距L 平行长度L。 平行部分的宽度b 圆角半径R18 24 6 3推荐的试样尺寸见公式(1)和公式(2)：L。一2L。+L。+2RBg一3b试样厚度为材料的原始厚度。(1)(2)荔 l l o荔 7 j、 4图2 R型试样GBT 241722009表3 R型试样尺寸 单位为

11、毫米夹持部分宽度B。 R部分最小宽度6 R部分长度LR R部分半径R 标距L。16 6 30 25 6Lg不小于20 mm。试样厚度为材料的原始厚度。可以使用夹持端带销孔的试样。图3圆柱形试样表4 圆柱状试样尺寸 单位为毫米平行部分直径d 标距L。 平行长度L。 圆角半径Rs 20 25 256设备61试验机试验机应符合GBT 168251的要求。横梁分离速率应保持恒定。根据协议选择合适的实验准确度级。62试样夹具试样夹具在高温条件下应不产生塑性变形，并符合72的要求。63加热装置使用带温控器的加热炉加热试样，试验期间加热炉应能保持整个试样标距范围内的温度均匀恒定，温度偏差在表5允许范围内。表

12、5温度的允许偏差 单位为摄氏度200 600 800试验温度 200 1 ooo600 4800 1 000允许偏差 双方协议 土3 士4 土5 双方协议64气氛试样尺寸的测量，尤其是试验后的试样标距及分段线间的距离的测量应能得以进行，并应避免仪器在使用环境中被损坏。如果试验在控制的气氛下进行，所测量的力值应通过补偿压力差进行修正。65测温装置651概述测温装置包括测温仪和热电偶。4GBT 24172-2009652测温仪测温仪应能够指示试样在表5规定的允许温度范围内的所有温度。653热电偶热电偶应符合JJG 141和JJG 351的规定，而且组成热电偶的材料应能够适应实验温度和实验环境的要求

13、。使用不同于热电偶的测温仪器时，其准确度应不小于热电偶的准确度。7性能测定71概述试验程序见7278。未在其中描述的部分按照GBT 228和GBT 4338相关内容执行。72试样夹持方法试样夹持应注意使试样在试验过程中仅受到轴向力的作用，并且在试验加载之前的加热和保温期间，使试样不承受任何压力，承受最小的拉力。同时应避免夹具自身重量作用于试样。73测温采用653规定的热电偶测量试验温度。所测试的温度应该是试样的温度。该温度为测量热电偶在试样表面接触点处的温度。热电偶应避免加热炉的直接热辐射。如果试样表面温度与加热炉中某个特定位置的温度在试验前被标定有对应性，测温方式可以灵活掌握。更准确地测量至

14、少要在不同的位置安装两只热电偶。相关当事人应协商试样的加热时间和试验前的保温时间。在实验过程中，应使试验温度保持在表5规定的偏差范围内。74施加试验力试验要求横梁分离速率保持恒定。75试样尺寸的测量测量标距的仪器应有足够的精密度，至少为规定尺寸的1或者001 mm，取其大者。应用小标记或细画线标记。原始标距不应用导致试样过早断裂的刻痕作标记。76超塑性伸长率的测定试验前S型试样选择标距为18 mm，R型试样选择标距为6 mm，圆柱状试样选择标距为20 mm。按公式(3)计算超塑性伸长率，按照GBT 8170修约至两位有效数字。A一毕100Lo式中：A超塑性伸长率，以百分数表示()；L。断后标距

15、，单位为毫米(mm)；L。原始标距，单位为毫米(mm)。测量断后标距时，将断后试样仔细对接在一起，使其轴线在同一条直线上。77 s型试样和圆柱形试样流变应力和m值的测定771流变应力的测定通过试验中力所对应的伸长量的变化绘制力一伸长曲线图，测量仪器要有足够的准确度以保证在超塑性条件下所测的力值满足载荷传感器的准确度。百分之十的流变应力通过公式(4)得到：一望阜305GBT 24172-2009式中：d。百分之十流变应力，单位为兆帕(MPa)；F。百分之十的标称应变下的力值，单位为牛顿(N)；S。试样的原始横载面积，单位为平方毫米(mm2)。772应变速率敏感性指数(m值)的测定在特定的温度和微

16、观结构条件下，在超塑性变形过程中，流变应力听和应变速率；问的关系可用公式(5)描述。式(5)中未考虑应变硬化的因素，因此公式(5)只有材料的应变硬化影响可以忽略时才成立。一Ke” (5)其中指数m可用公式(6)表示： m一怨0 LlnE J公式(6)中的m值为应力一应变速率对数曲线的斜率。通常m值取决于试验条件和材料本身，一般为o1之间。m值越高超塑性伸长率越高。采用五个或五个以上不同横梁分离速率进行试验，通过描点可绘制出每个横梁分离速率下百分之十流变应力和相应标称应变速率间关系的对数一对数坐标图，用最小二乘法对上述关系做线性回归，求得直线的斜率即m值，按GBT 8170将m值修约至小数点后两

17、位。经双方协议的试验条件下，最小值为300的延伸率应可以被测出。78 R型试样m值的测定应变速率敏感性指数m值应通过试验中断前试验力和试样尺寸的测量来测定。采用两个或两个以上的横梁分离速率拉伸试样，当R部分的伸长量达到指定值时中断试验。在选择最小和最大的横梁分离速率时应使他们之间的差值在210倍之间。R部分的伸长量通常被指定为3 mm+05 trim，这个变形量可认为是在起始形变过程中的伸长量。对于每一次试验，可以将每一个分段线上(见图4)的真应力d(i)和的真应变速率fi(i)测出，具体测定在a)到g)中叙述。a)如图4所示，在R部分的中间区域，在拉伸轴方向以3 mm的间距作五个分段线，将试

18、样拉伸轴沿水平方向放置，R部分中心部位最小横截面积处的分段线称为0线，其左边的分别称为一6和一3线，右边的分别称为+3和+6线；图4 R部分的分段线图b)试验前测量R部分各分段线处相应的宽度b。(i)(i一一6，一3，0，+3，+6)和厚度t。(i)，计算相应的横截面积；c) 当R部分的伸长LR达到3 mm时停止试验，记录该点力值和所用时间t。指力从弹性GBT 24 1722009阶段轴向力开始线性增加到停止试验的时间；d)测量停止试验后试样R部分相应于各分段线处的宽度6(i)和厚度f(i)，计算相应的横截面积s(i)。测量仪器应保证足够的准确度；e) 按式(7)和式(8)计算每个分段线处的流

19、变应力一(i)和真应变(i)：d(i)一去 3 L zJ(i)一1“iSoi(i)3 L z Jf) 由真应变(i)和变形时间t。导出各分段的真应变速率，见公式(9)(i)一盟 rL眦g)采用两个或两个以上的横粱分离速率，测得每个分段线上的一(i)和(i)，绘制对数描点图后，进行线性回归分析，求得直线的斜率即m值，保留两位小数(见图5)。在这种情况下，为了等同地处理横截面的数据，0分段线的数据应予以两倍加权进行线性回归分析。x真应变速率(s“)；Y真应力听(MPa)；横梁分离速率(ms_1)；5010；V 1710一；1710一；O 1710一3图5超塑性74575合金应力一应变速率关系图例8

20、试验报告依据相关方的协议，实验报告应包括如下内容：a)本标准号；b)试验材料：1)材料的生产厂；2)材料的名称；3)标记或种类；GBT 24 17220094)生产批号。c)试样尺寸d)试验仪器简述；e)试验条件：1)试验温度；2)横粱分离速率；3)试验气氛；4)升温速度；5)试验之前的保温时间；6)取样位置和方向。f)试验结果：S型试样：1)超塑性伸长率；2)百分之十流变应力；3)m值；4) 标称应力和标称应变关系；5) 百分之十流变应力和应变速率的关系。R型试样：1)超塑性伸长率；2)最大标称应力；3)标称应力和位移的关系；4)m值(在真应变速率范围内)。g)附加项目如需要还可以提供如下信息：1)材料的化学成分；2)材料的织构；3)材料的热处理；4)材料的晶粒度；5)材料的室温力学性能。