金属材料力学性能检测样品制样作业指导书

力学性能检测样品制样作业指导书

? 使用目的：

规范金属原材及焊接件力学性能试样的制样方法及尺寸。 ? 试样依据：

《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》GB/T2975-1998

《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温拉伸试验方法》GB/T228.1-2010 《金属材料 弯曲试验方法》GB/T232-2010

《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》GB/T229-2007 《厚度方向性能钢板》GB/T5313-2010

《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》NB/T47016-2011 《钢筋焊接接头试验方法标准》JGJ/T27-2001 一、拉伸试样取样方法：GB/T 228.1-2010 1、厚度＜3mm的薄板和薄带试样加工类型 1）试样形状：

试样的夹持头部一般比其平行长度部分宽（见图1）。试样头部与平行长度之间应有过渡半径至少为20mm的过渡弧相连接。头部宽度应≥1.2b0，b0为原始宽度。

通过协议，也可使用不带头试样。 2）试样尺寸：

比例试样尺寸见表1。

较广泛使用的三种非比例试样尺寸见表2。 平行长度不应小于L0+b0/2。

有争议时，平行长度应为L0+2b0，除非材料尺寸不足够。

对宽度等于或小于20mm的不带头试样，除非产品标准中另有规定，原始标距L0应等于50mm。对于这类试样，两夹头间的自由长度应等于L0+3b0。

加工尺寸应满足表3给出的形状公差。 3）试样制备：

制备试样应不影响其力学性能，应通过机加工方法去除由于剪切或冲切而产生的加工硬化部分材料。

这些试样优先从板材或带材上制备。如果可能，应保留原轧制面。

图1 机加工的矩形横截面试样

表1 矩形横截面比例试样

表2 矩形横截面非比例试样

表3 试样宽度公差（单位：mm）

2、直径或厚度小于4mm线材、棒材和型材试样加工类型 1）试样形状：

试样通常为产品的一部分，不经机加工（见图2）。 2）试样尺寸：

原始标距L0应取200mm±2mm或100mm±1mm。试验机两夹头之间的试样长度至少等于L0+3b0，或L0+3d0，最小值为L0+20mm。见表4。

如果不测定断后伸长率，两夹头间的最小自由长度可以为50mm。 3）如以盘卷交货的产品，可进行校直。

图2 产品一部分的不经机加工试样

表4 非比例试样

3、厚度≥3mm板材和扁材以及直径或厚度≥4mm线材、棒材和型材试样加工类型 1）试样形状：

通常试样需进行机加工。平行长度和夹持头部之间应以过渡弧连接，试样头部形状应试样头部应适合于试验机夹头的夹持（见图3）。夹持端和平行长度之间的过渡弧的最小半径应为：a）圆形截面试样≥0.75d；b）其他试样≥12mm。

如相关产品标准有规定，型材、棒材等可采用不经机加工的试样进行试验。

试样原始截面积可以为圆形、方形、矩形或特殊情况时为其他形状。矩形横截面试样，推荐其宽厚比不超过8:1。

机加工的圆形横截面试样其平行长度的直径一般不应小于3mm。 2）试样尺寸：

机加工试样的平行长度： a）圆形截面试样Lc=L0+d0/2；b）其他形状试样Lc=L0+1.5 ；c）对于仲裁试验，平行长度应为L0+2d0或L0+2 ，除非材料尺寸不足够。

不经机加工试样的平行长度：

试验机两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近夹头间的距离不小于 。

原始标距：

a）比例试样：L0=K ，其中比例系数k通常取值5.65，也可取11.3。圆形横截面比例试样和矩形横截面比例试样应优先采用表5和表6推荐的尺寸。B）非比例试样：矩形横截

面非比例试样尺寸见表7。平行长度不应小于L0+b0/2。对于仲裁试验，平行长度应为L0+2b0，除非材料尺寸不足够。 3）试样制备：

机加工试样的横向尺寸公差应满足表8要求。

图3 圆形横截面机加工试样

表5 圆形横截面比例试样

表6 矩形横截面比例试样

表7 矩形横截面非比例试样

表8 试样横向尺寸公差（单位：mm）

4、管材试样加工类型 1）试样形状：

试样可以为全壁厚纵向弧形试样，管段试样，全壁厚横向试样，或从管壁厚度机加工的圆形横截面试样（见图4和图5）。 2）试样尺寸：

纵向弧形试样：

尺寸见表9。纵向弧形试样一般适用于管壁厚厚度大于0.5mm的管材。

为了在试验机上夹持，可以压平纵向弧形试样的两头部，但不应将平行长度部分压平。 不带头的试样，两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近的夹头间的距离不少于1.5 。 管段试样：

管段试样尺寸见表10。应在试样两端加以塞头。塞头至最近的标距标记的距离不应小于D0/4，仲裁时此距离为D0。

允许压扁管段试样两夹持头部，加或不加扁块塞头后进行试验。仲裁试验不压扁，应加配塞头。

机加工的横向试样：

机加工的横向矩形横截面试样，管壁厚度小于3mm时，采用表1或表2的试样；管壁厚度大于或等于3mm时，采用表6或表7的试样。

不带头的试样，两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近的夹头间的距离不少于1.5b0。

应采用特别措施校直横向试样。

管壁厚度加工的纵向圆形横截面试样：

机加工的纵向圆形横截面试样应采用表5的试样。若相关产品标准未具体规定圆形横截面尺寸，应按表11选定。

图4 圆管管段试样

图5 圆管的纵向弧形试样

表9 纵向弧形试样

表10 管段试样

表11 管壁厚度机加工的纵向圆形横截面试样

二、弯曲试样取样方法：GB/T232-2010 1、一般要求

试验使用圆形、方形、矩形或多边形横截面试样。样坯的切取位置和方向应按照相关产品标准的要求。如未具体规定，对于钢产品，应按照GB/T2975的要求。试样应去除由于剪切或火焰切割或类似的操作二影响了材料性能的部分。 2、试样宽度

试样宽度应按照相关产品标准的要求，如未具体规定，应按照以下要求： 1） 当产品宽度≤20mm时，试样宽度为原产品宽度；试样类型编号：W-1。

2） 当产品宽度＞20mm时：a）产品厚度＜3mm时，试样宽度为20±5mm；b）产品厚

度≥3mm时，试样宽度在20mm～50mm之间；试样类型编号：W-2。

3、试样厚度

试样厚度或直径应按照相关产品标准的要求，如未具体规定，应按照以下要求：

1） 对于板材、带材和型材，试样厚度应为原产品厚度。如果产品厚度＞25mm，试样厚

度可以机加工减薄至≥25mm，并保留一侧原表面。弯曲试验时，试样保留的原表面应位于受拉变形一侧。试样类型编号：T-1。

2） a）直径（圆形横截面）或内切圆直径（多边形横截面）≤30mm的产品，其试样横

截面应为原产品的横截面。b）对于直径或多边形很界面内切圆直径＞30mm～≤50mm的产品，可以将其机加工成横截面内切圆直径≥25mm试样。c）直径或多边形横截面内切圆直径＞50mm的产品，应将其机加工成横截面内切圆直径≥25的试样。试样未经机加工的原表面应置于受拉变形一侧。试样类型编号：T-2。

三、冲击试样取样方法：GB/T229-2007 1、一般要求

标准尺寸冲击试样长度为55mm，横截面为10mm×10mm方形截面。在试样长度中间有V型或U型缺口。如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样（见图6和表12）。

试样表面粗糙度Ra应优于5μm，端部除外。 2、缺口几何形状

应保证缺口根部处没有影响吸收能的加工痕迹。 缺口对称面应垂直于试样纵向轴线（见图6）。 1） V型缺口

V型缺口应有45°夹角，其深度为2mm，底部曲率半径为0.25mm（见图6a和表12）。 2） U型缺口

U型缺口深度应为2mm或5mm（除非另有规定），底部曲率半径为1mm（见图2b和表12）。

3、试样尺寸及偏差

规定的试样及缺口尺寸与偏差在图6和表12中示出。 4、试样的制备

试样样坯的切取应按相关产品标准或GB/T2975的规定执行，试样制备过程应使由于过热或冷加工硬化而改变材料冲击性能的影响至最小。

注：符号l、h、w和数字1～5的尺寸见表12。

图6 夏比冲击试样

表12 试样的尺寸与偏差

四、厚度方向性能试样取样方法：GB/T5213-2010 1、取样

样坯应在沿主轧制方向（纵向）的一端的中部切取（宽度1/2处），对于钢锭成材的钢板，应确保取在对应钢锭头部端。该样坯足以制备6个试样，其中3个为备用。应确保在最终试样的加工过程中伴随的热影响或加工硬化区北去除。 2、试样制备

应从符合要求的坯样上，按步骤制备带延伸部分或不带延伸部分的试样，试样的轴线应垂直于钢板表面。带延伸部分的试样规定如下：①对于15mm≤t≤20mm，应有延伸部分，t为产品厚度。②对于t＞20mm，可选择延伸部分，t为产品厚度。 3、带延伸部分的试样（见图7）

焊接前，应先清除试样表面的所有铁锈、氧化铁皮、油脂等杂物。

1） 采用摩擦焊或其他合适方法以保证热影响区最小的方式，将延伸部分焊接到试样的两个

表面上。

2） 试样直径d0如下：

对于15mm≤t≤25mm时，d0=6mm或10mm； 对于t＞25mm时，d0=10mm。

3） 试样的平行长度Lc应至少为1.5d0且不超过80mm，热影响区应在Lc之外。 4、不带延伸部分的试样（见图8、图9） 1）试样直径d0如下：

对于20mm≤t≤40mm时，d0=6mm或10mm； 对于40mm＜t≤400mm，d0=10mm。

2）试样的平行长度Lc应至少为1.5d0且不超过80mm；

3）对于t≤80mm的产品， 试样总长度Lt应等于产品全厚度t。

4）对于80mm＜t≤400的产品，试样总长度Lt应使Lc包括产品厚度1/4位置。

图7 带两个延伸部分的试样的制备和类型

图8 不带延伸部分的试样的制备和类型

图9 当产品厚度（t）80mm＜t≤400mm时不带延伸部分的试样的制备和类型

五、承压设备产品焊接试件力学性能检验试样取样方法：NB/T47016-2011

1、试件尺寸：棒状试件长度≥300mm，宽度≥250mm；管状试件长度≥250mm。试件尺寸参见图10、图11。

图10 板状试件尺寸和试样位置图

图11 管状试件的试样位置图

2、接头拉伸试样 1）取样和加工要求

a）拉伸试样应包括试件上每一种焊接方法（或焊接工艺）的焊缝金属和热影响区； b）对于复合金属，当覆层厚度参与复合板的强度计算时，拉伸试样包括覆层和基层；

当覆层厚度不参与复合板的强度计算时，拉伸试样则去除覆层及其焊缝金属。 c）试样的焊缝余高应以冷加工法去除，使之与母材齐平；

d）厚度≤30mm试件，采用全厚度试样进行试验，试样厚度应等于或接近试件母材厚度T；

e）当受试验机能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时，则可将试件在厚度方向上均匀分层取样，等分后制取试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚度试样的试验。

2）试样形式

a）紧凑型板接头带肩板形拉伸试样（见图12）适用于所有厚度板状试件； b）紧凑型管接头带肩板形拉伸试样形式Ⅰ（见图13），适用于外径＞76mm的所有壁厚管状试件；

c）紧凑型管接头带肩板形拉伸试样形式Ⅱ（见图14），适用于外径≤76mm的所有壁厚管状试件；

d）管接头全截面拉伸试样（见图15），适用于外径≤76mm的管状试件。

图12 紧凑型板接头带肩板形拉伸试样

图13 紧凑型管接头带肩板形拉伸试样形式Ⅰ

图14 紧凑型管接头带肩板形拉伸试样形式Ⅱ

图15 管接头全截面拉伸试样

3、全焊缝拉伸试样 1）取样和加工要求

圆棒试样端头部分的直径应取焊缝横断面内许可的最大值，但不大于20mm，示意见图16。 2）全焊缝金属拉伸试样按图17规定，图中d0部分应全部由焊缝金属组成。

图16 圆棒状拉伸试样在焊缝金属内的位置

图17 圆棒状全焊缝金属拉伸试样

4、弯曲试验试样 1）试样形式和加工

a）试样的焊缝余高应采用冷加工法去除，面弯、背弯试样的拉伸表面应齐平，试样受拉伸表面不应有划痕和损伤。

b）面弯和背弯试样见图18和表13。 ①表13中序号为1的母材类别：

当T＞3mm时，取S=3mm，从试样受压面去除多余厚度； 当T≤3mm时，S尽量接近T；

②表13中除序号为1以外的母材类别：

当T＞10mm时，取S=10mm，从试样受压面去除多余厚度； 当T≤10mm时，S尽量接近T；

③板状及外径φ＞100mm管状试件，试样宽度B=38mm；当管状试件外径φ为50mm～100mm时，则B=（S+φ/20）mm，且8mm≤B≤38mm；10mm≤φ＜50mm时，B=（S+φ/10）mm，且最小为8mm；或φ≤25mm时，则将试件在圆周方向上四等分取样。 c）横向侧弯试样见图19。

①当试件厚度T为10mm～＜38mm时，试样宽度B接近或等于试件厚度。试样的厚度分别为3mm（表13中序号为1的母材类别），或10mm（表13中序号为1以外的母材类别）； ②当试件厚度T≥38时，允许沿试件厚度方向分层切成宽度为20mm～38mm等分的两片或多片试样的试验代替一个全厚度侧弯试样的试验，或者试样在全宽度下弯曲。

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