金属拉伸试验标准对试验速度的

ISO6892在附录A 提出了：
考虑试验机柔度时估测的横梁位移速率
塑性变形范围：
进到塑性变形范围，应力－应变直线性关系已不存在了， 试验系统的全部位移则集中于试样上。 对于变形均匀的材料引伸计法与横梁位移法基本相同，但 对于少数屈服后变形不均匀材料，则有差异。用引伸计控 制应变速率反映不出标距外的变形特性。此时横梁位移法 则更客观。
• 如不能直接控制应变速率，可控制横梁位移速 度。
c Lc eLc
应力速率
在拉伸试验中，试样达到上屈服点前要经过弹性变形、滞弹 性变形阶段以及屈服前的微塑性变形，然后达到上屈服点。
（见拉伸特性曲线） 标准中对弹性范围和达到上屈服强度的试验速率规定为： 夹头分离速度应尽可能恒定并在如下规定应力速率范围：
材料弹性模量 E/（a） < 150000 ≥ 150000
应力速率（MPa s-1）
最小 最大
2
20
6
60
应力速率的特点
弹性范围能与应变速率对应，但进入塑性 范围产生屈服后则无法准确地计算。较适用于 液压试验机。 • 瞬时应力速率可通过应力－时间曲线测定：
•


d
( 1 )(dF )
dt S dt
• 对于不具有控制加力速率的液压试验机，通过调节 油门位置可在弹性范围控制应力速率：
F F •


(
1
)(F )

( 1 )(

2
1)
s0 t S t2 t1
• 例如，对于直径10mm 的圆形截面钢材试样，从力
表盘上在t2－t1=10s读出的力增加了F2－F1=24KN,计 算的应力增加速率约为30N/mm2 ·S-1。
3 ) 测定Rm A Agt Ag 及Z的拉伸速率
• eLc在如下范围控制：
• 范围2 0.00025/s • 范围3 0.002/s • 范围4 0.0067/s
相对误差均为±20％。 如仅测Rm，用范围3或4，优先用范围4。
测定拉伸各种性能的试验速率
• 见ISO6892 图 9。 • ISO6892A224: 应变速率控制 范围2、2、4。 • ISO689B30: 应力速率控制 30MPa/s
• 试验系统总刚度C： • 1/C＝1/ CM ＋ 1/ CP • CM －试验装置的刚度，由试验机框架、力传感器、夹
持装置类型等因素决定。 • CP －试样的刚度，由试验材料的弹性模量、原始横截
面积、平行长度等因素决定。
ms 0 CM
横梁位移法特点
弹性变形范围：
考虑到试验系统的柔度，在弹性范围试验机横梁位移 速度与试样伸长速度是不一致的，位移速率需要很大， 从低刚性结构试验系统横梁位移－时间和试样实际变形 －时间比较曲线可以看出，当试验中横梁位移速度为 0.257mm/s,对于刚性差的试验系统，在开始阶段,很大 分量的位移消耗在试样链上，引伸计所反映的试样标距 内的变形速度很小，为0.0295mm/s。相差约10倍，此差 异随试样拉紧而减小。
方式A 控制应变速率
1）控制试样标距内的应变速率，通过引伸计信号反馈， 控制夹具位移速度。
2）控制试样平行长度内的应变速率，通过位移计控制试 验机横梁位移速度达到。
3）两种方法的特点及应用
引伸计法控制应变速率
• 应变速率的闭环控制 当使用引伸计测量变形 时，可用引伸计感受的伸长作为控制信号，对 于连续的应力－应变曲线，可在闭环条件下进 行控制，从而得到要求的应变速率。试样开始 产生塑性变形而导致力和相应应力下降，使试 验系统上的变形很小，使得试样上的应变速率 增加，反馈的变形信号又使试验机位移速度下 降。从而避免了试验速率的非惯性 。
方式B 控制应力增加速率
• 自动控制方式：通过试样链上力传感器信号反馈于加 力机构。在弹性范围，获得一定应力速率的方法是在 闭环控制下开动试验机。为此，控制系统要通过传感 器测定实际力－时间关系，根据偏离的程度调整位移 速度，由于控制的是实际力，则不必考虑试验系统的 刚性。但进入塑性范围，对于具有明显屈服现象的材 料，当伸长突然增加时，应力急剧下降，原来的应力 速率已经不起作用，当试验机加力系统力图通过增加 位移速度补偿应力的下降时，达到最快的加力速度， 这样就显示出不真实的应力－应变曲线。此时应采用 应变速率或相应于应变速率的试验速度。
• 对于位移控制的试验机，可用下式将应力速率转换 成位移速率：
L L • •
L
1
•

cEC
• 例如，弹性模量E=200000N/mm2的钢试样平行长度LC ＝60mm，与应力速率30N/mm2·s-1对应的位移速率为：
•
L
＝1/200000×60×30×60=0.54mm/min
2）测定下屈服强度ReL及Ae的试验速率
• 屈服开始后，试样变形突然加快，应力不增加，反而下降，因此测 量下屈服时规定应变速率是合理的。
• 测定下屈服强度，屈服期间的应变速率控制范围如下：
• 范围1 eLc 0.00025 / s
• 范围2
eLc 0.002/ s
相对误差均为±20%
• 在0.00025～0.0025/s之间。如不能调节这一应变速率，屈服开始前应 调节至标准规定的应力速率范围，实践表明，标准规定的应力速率上 限不会使应变速率超过0.0025/s。
横梁控制应变速率
σ
应变速率与位移速率的关系
如果试验机有理想的刚性，对于给定的Lc，位移速度与 试样标距内应变速率基本相同，其关系为：
•
V＝Lc e
当需考虑试验机刚性时：
拉力试验机的柔度
• 拉伸试验机种类繁多，但基本上都是由试验机框架、 测力和机构夹持装置构成。这些部件在拉力下会产生 弹性变形，其总和即为试验机的柔度KM，它表示为试 验机的刚性的倒数CM。
金属拉伸试验标准对试验速度的规定
目前，金属拉伸试验方法标准中对于 测定各项拉伸性能时的试验速率均提出明 确要求，对于拉伸试验中试验速率的规定， 我国标准将等效采用ISO6892-1:2009的规 定。
关于金属的拉伸试验速率
1 试验速率的本质55 2 试验速率对性能的影响59 3 控制试验速率的方式及分析 4 拉伸速率的规定 5 应力速率与应变速率的转换 6 采用试验速率的表示
3.标准对拉伸速率的规定
1) 测定R eH Rp及Rt时的拉伸速率 2 ) 测定ReL及Ae时的拉伸速率 3 ) 测定Rm A Agt Ag 及Z的拉伸速率
1) 测定ReH Rp及Rt时的拉伸速率
• 应变速率
• 范围1： eLe 0.00007/ s 相对误差：±20％
• 范围2：eLe 0.00025/ s 相对误差：±20％
在拉伸试验中，试验速度是指试验过程的快 慢,即试样标距内单位时间伸长快慢。通常：
1） 电控试验机可用横梁移动速度作为试验速 度；
2） 机械式试验机可用夹头移动速度作为试验 速度；
3） 液压试验机可用活塞移动速度作为试验速 度。
4） 移动速度是单位时间位移的变化： V＝Δs/Δt（mm/s）
控制拉伸试验速率的两种方式