ASTM A370-14與ASTM E8/E8M-13a標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

陳 松，王曉穎，路廣平，朱斌燕，王 軍，孔維國(guó)

（渤海裝備華油鋼管公司揚(yáng)州分公司，江蘇 揚(yáng)州225000）

ASTM A370-14與ASTM E8/E8M-13a標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

陳 松，王曉穎，路廣平，朱斌燕，王 軍，孔維國(guó)

（渤海裝備華油鋼管公司揚(yáng)州分公司，江蘇 揚(yáng)州225000）

拉伸試驗(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。針對(duì)ASTM A370－14鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于試驗(yàn)方法和定義與ASTM E8/E8M－13a金屬材料拉伸試驗(yàn)方法之間存在著一定的技術(shù)差異，為此筆者分別從標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、試驗(yàn)設(shè)備、試樣制備、試驗(yàn)速率、拉伸性能指標(biāo)測(cè)量以及數(shù)據(jù)修約和換算等方面對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比分析，以便更好地理解這些標(biāo)準(zhǔn)。

拉伸試驗(yàn)；ASTM A370－14；ASTM E8/E8M－13a；試驗(yàn)速率

拉伸試驗(yàn)是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定受試材料特性的試驗(yàn)方法。利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可確定材料的彈性極限、伸長(zhǎng)率、比例極限、拉伸強(qiáng)度及屈服點(diǎn)等拉伸性能指標(biāo)。拉伸試驗(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，被廣泛應(yīng)用于金屬材料的研制和生產(chǎn)。目前，力學(xué)性能檢測(cè)中經(jīng)常使用的ASTM標(biāo)準(zhǔn)在很多情況下會(huì)將試驗(yàn)總則標(biāo)準(zhǔn) （ASTM A370－14）和金屬材料拉伸試驗(yàn)方法 （ASTM E8/E8M－13a）混淆，其實(shí)兩者之間存在一定技術(shù)差異，應(yīng)注意區(qū)分使用。

1 適用范圍

ASTM A370－14鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法和定義主要適用于鍛鋼、鑄鋼、不銹鋼和合金鋼等鋼制品；ASTM E8/E8M－13a金屬材料拉伸試驗(yàn)方法適用于室溫下任何形狀的金屬材料，其適用范圍比較大，除鋼鐵類材料外，Cu，Al和Mg等有色金屬及其合金也可使用。

ASTM A370－14對(duì)室溫沒(méi)有明確規(guī)定，而ASTM E8/E8M－13a定義室溫范圍為10～38℃。

2 試驗(yàn)設(shè)備

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)定施加力的系統(tǒng)，引伸計(jì)是測(cè)定位移的系統(tǒng)，他們的準(zhǔn)確度將直接影響試驗(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。對(duì)于ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a而言， 拉伸試驗(yàn)設(shè)備要符合ASTM E4（試驗(yàn)機(jī)的力值檢驗(yàn)方法）中的規(guī)定，引伸計(jì)要符合ASTM E83（引伸計(jì)的校驗(yàn)及等級(jí)方法）中的規(guī)定。對(duì)于引伸計(jì)精度， ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a中的規(guī)定也不相同，具體情況見(jiàn)表1。

表1 ASTM A370－14和ASTM E8/E8M－13a對(duì)引伸計(jì)的選用對(duì)比

3 試樣制備

本研究從試樣取向、試樣位置、試樣類型和尺寸以及尺寸測(cè)量等方面將ASTM A370－14和ASTM E8/E8M－13a標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了差異對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣的不同要求對(duì)比

圖1 ASTM A370－14板狀拉伸試樣示意圖

表3 ASTM A370－14板狀拉伸試樣尺寸及公差

圖2 ASTM E8/E8M－13a板狀拉伸試樣示意圖

表4 ASTM E8/E8M－13a板狀拉伸試樣尺寸及公差

圖3 ASTM A370－14圓棒拉伸試樣示意圖

表5 ASTM A370－14圓棒拉伸試樣尺寸及公差

圖4 ASTM E8/E8M-13a圓棒拉伸試樣示意圖

表6 ASTM E8/E8M-13a圓棒拉伸試樣尺寸及公差

4 試驗(yàn)速率

ASTM A370－14規(guī)定了4種表示試驗(yàn)速率的方法：①試驗(yàn)機(jī)空載時(shí)夾頭的試驗(yàn)速率；②試驗(yàn)期間夾頭的試驗(yàn)速率；③應(yīng)力速率；④用變速率。ASTM E8/E8M－13a中除上述4種表示試驗(yàn)速率的方法，還增加了一種表示試驗(yàn)速率的方法，即試驗(yàn)時(shí)間—從加載荷開(kāi)始（或從某規(guī)定應(yīng)力開(kāi)始）至斷裂瞬間達(dá)到最大載荷或達(dá)到其他規(guī)定應(yīng)力所經(jīng)歷的時(shí)間。不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)速率的要求有所不同，不同試驗(yàn)階段的速率控制方式亦不同。

ASTM A370－14規(guī)定：到規(guī)定屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度1/2之前，可以采用任何方便的試驗(yàn)速率。當(dāng)達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，橫梁分離空載速率不應(yīng)超過(guò)減縮段長(zhǎng)度（或?qū)τ跊](méi)有縮頸試樣的夾具間距離）的1/16 in/in/min，應(yīng)保持這一速率直到屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度；在確定抗拉強(qiáng)度時(shí)試驗(yàn)機(jī)頭分離的空載速率不應(yīng)超過(guò)減縮段長(zhǎng)度（或?qū)τ跊](méi)有縮頸試樣的夾具間距離）的1/2 in/in/min；無(wú)論如何最低的試驗(yàn)速率不應(yīng)小于測(cè)定屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度時(shí)規(guī)定的最大速率的1/10。另外還可以選擇一種方法來(lái)控制拉伸試驗(yàn)速率，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)具備有指示加載速率的裝置時(shí)，從規(guī)定屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度的1/2到屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，載荷速率應(yīng)在 100 00 ～100 000 psi/min(70～690 MPa/min)。

ASTM E8/E8M－13a規(guī)定：除非另有規(guī)定，任何常規(guī)試驗(yàn)的試驗(yàn)速率可使用到規(guī)定屈服強(qiáng)度的1/2或抗拉強(qiáng)度的1/4（以其中較小者為準(zhǔn)），在這一點(diǎn)以上的速率應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果用來(lái)確定屈服強(qiáng)度、屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)、抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率時(shí)要求不同速率范圍應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中說(shuō)明。在沒(méi)有規(guī)定試驗(yàn)速率范圍的情況下應(yīng)使用下述一般規(guī)則：

方法A：對(duì)于非閉環(huán)控制試驗(yàn)機(jī)可采用應(yīng)力速率控制，應(yīng)力速率控制在1.15～11.5 MPa/s；

方法B：對(duì)閉環(huán)控制試驗(yàn)機(jī)可采用應(yīng)變速率控制，應(yīng)變速率控制在(0.0015±0.006)mm/mm/min；

方法C：采用負(fù)載時(shí)的夾頭分離速率測(cè)定屈服性能，設(shè)定試樣減縮段或無(wú)減縮段的夾頭距離的名義應(yīng)變速率為(0.015±0.003)mm/mm/min；

當(dāng)只測(cè)定抗拉強(qiáng)度或已記錄下屈服現(xiàn)象后，對(duì)于斷后伸長(zhǎng)率＞5%的材料試驗(yàn)機(jī)速率可設(shè)定在試樣減縮段長(zhǎng)度（或?qū)τ跊](méi)有縮頸試樣的夾具間距離）的名義應(yīng)變速率為0.05～0.5 mm/mm/min；對(duì)于斷后伸長(zhǎng)率≤5%的材料試驗(yàn)速率可保持測(cè)定屈服性能時(shí)的速率不變。

5 拉伸性能指標(biāo)測(cè)量

5.1 屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度的測(cè)定

ASTM A370－14規(guī)定了3種方法來(lái)測(cè)定屈服點(diǎn)，即杠桿降落或指針停止法（drop of the beam or halt of the pointer method）、 自動(dòng)繪圖法（autographic diagrammethod）和載荷下的總伸長(zhǎng)法（total extension under load method）。

ASTM A370－14規(guī)定兩種方法測(cè)定屈服強(qiáng)度，即偏置法（offset method）與載荷下伸長(zhǎng)法（extension under load method），分別相當(dāng)于GB/T 228中Rp和Rt的圖解法。ASTM E8/E8M－13a中除規(guī)定了上述兩種方法外，還給出了自動(dòng)繪圖法（autographic diagram method）和載荷暫停法（halt of the force method），這兩種方法適用于呈現(xiàn)不連續(xù)屈服現(xiàn)象的材料，自動(dòng)繪圖法主要用于測(cè)定上、下屈服強(qiáng)度；載荷暫停法可用于測(cè)定上屈服強(qiáng)度。

5.2 抗拉強(qiáng)度的測(cè)定

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a均規(guī)定：用試驗(yàn)過(guò)程中的最大力除以試樣的原始橫截面積來(lái)計(jì)算抗拉強(qiáng)度。

5.3 斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)定

ASTM A370－14規(guī)定：伸長(zhǎng)率就是以原始標(biāo)距的百分?jǐn)?shù)表示的標(biāo)距長(zhǎng)度的增加。測(cè)量斷后伸長(zhǎng)率，首先應(yīng)把拉斷的試樣兩端仔細(xì)的拼合在一起測(cè)量?jī)蓸?biāo)距間的距離。對(duì)于標(biāo)距≤2 in的試樣測(cè)量精確到0.01 in（0.25 mm）；對(duì)于標(biāo)距＞2 in的試樣應(yīng)精確到標(biāo)距的0.5%。在報(bào)告伸長(zhǎng)率時(shí)應(yīng)注明原始標(biāo)距的長(zhǎng)度。

ASTM E8/E8M－13a規(guī)定：當(dāng)規(guī)定延伸率＞3%時(shí)，把拉斷的試樣兩端仔細(xì)的拼合在一起測(cè)量斷后伸長(zhǎng)，對(duì)于標(biāo)距≤2 in的試樣測(cè)量精確到0.01 in（0.25 mm），對(duì)于標(biāo)距大＞2 in的試樣應(yīng)精確到標(biāo)距的0.5%；當(dāng)規(guī)定延伸率≤3%時(shí)，試驗(yàn)前測(cè)量原始標(biāo)距，精確到0.002 in（0.05 mm），去掉影響試樣緊密對(duì)接的碎片，在將試樣對(duì)接并在試樣一端施加軸向載荷使之緊密對(duì)接，在測(cè)量斷后標(biāo)距，精確到0.002 in（0.05 mm），報(bào)告延伸率時(shí)精確到0.2%。

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a均規(guī)定：伸長(zhǎng)率的測(cè)量可能受斷裂位置的影響并與標(biāo)距標(biāo)記有關(guān)。如果斷裂位置發(fā)生在標(biāo)距以外、距任一標(biāo)距標(biāo)記的距離小于標(biāo)距的1/4或標(biāo)距標(biāo)記上，那么所得伸長(zhǎng)率就不能代表該材料。如果所測(cè)得的伸長(zhǎng)率符合規(guī)定的最低要求就不需再做試驗(yàn)，如果伸長(zhǎng)率低于最低要求則作廢該試驗(yàn)，并需重新進(jìn)行試驗(yàn)。

5.4 斷裂延伸率的測(cè)定

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a關(guān)于斷裂延伸率的規(guī)定是一致的：斷裂延長(zhǎng)包括彈性伸長(zhǎng)和塑性伸長(zhǎng)，可用圖示法或自動(dòng)測(cè)量法測(cè)定。對(duì)于延伸率＜5%的材料應(yīng)使用B2（或以上）級(jí)引伸計(jì)；延伸率≥5%但＜50%的材料應(yīng)使用C（或以上）級(jí)引伸計(jì)；延伸率≥50%的材料應(yīng)使用D（或以上）級(jí)引伸計(jì)。斷裂延伸率直接從斷裂瞬間的伸長(zhǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到并代替斷后伸長(zhǎng)率報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但這兩個(gè)參數(shù)不能互換，斷裂延伸率的測(cè)量結(jié)果具有更好的可重復(fù)性。

5.5 斷面收縮率的測(cè)定

ASTM A370－14規(guī)定：斷面收縮率的測(cè)定是把拉斷的試樣兩端拼合在一起，以測(cè)量原始尺寸的同樣精度測(cè)量最小截面處的平均直徑或?qū)挾群秃穸?。所測(cè)得的橫截面積與原始橫截面積之差，以原始橫截面積的百分率標(biāo)識(shí)，即為該試樣的的斷面收縮率。

ASTM E8/E8M－13a規(guī)定：斷面收縮率的測(cè)定，對(duì)于圓棒試樣來(lái)說(shuō)，在拉伸過(guò)程中由于各向異性的影響，試樣斷后不能夠保持圓形，會(huì)呈現(xiàn)近似橢圓形，因此斷后截面積可用S=πd1d2/4計(jì)算。對(duì)于矩形試樣來(lái)講，試樣在拉伸過(guò)程中由于四角處的變形受到約束，每個(gè)邊中間處的變形比角處附近大，因此加深每個(gè)邊均為拋物線，但左右不對(duì)稱，上下對(duì)稱。因此斷后橫截面積S=tewe， 其中： te=(t1+4t2+t3)/6， we=(w1+4w2+w3)/6。 同時(shí)，ASTM E8/E8M－13a還規(guī)定如果斷裂位置距任一標(biāo)距標(biāo)記的距離小于標(biāo)距的1/4或斷裂位置在標(biāo)距標(biāo)記上，那么所得伸長(zhǎng)率就不能代表該材料。如果所測(cè)得的伸長(zhǎng)率符合規(guī)定的最低要求就不需再做試驗(yàn)，如果伸長(zhǎng)率低于最低要求則作廢該試驗(yàn)，并需重新進(jìn)行試驗(yàn)。

6 數(shù)值修約及換算

6.1 數(shù)值修約

ASTM A370－14和 ASTM E8/E8M－13a關(guān)于數(shù)值修約的方法均以ASTM E29為依據(jù)，但具體要求又有所不同。ASTM A370－14中規(guī)定數(shù)值修約見(jiàn)表7。

表7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)修約

ASTM E8/E8M－13a規(guī)定：斷后伸長(zhǎng)率≤3%時(shí)修約至0.2%；斷后伸長(zhǎng)率＞3%時(shí)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定，應(yīng)按照ASTM E29或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行修約。斷面收縮率的修約與ASTM A370－14中的規(guī)定相一致，即＜10%修約至0.5%；≥10%時(shí)修約至1%。對(duì)于強(qiáng)度指標(biāo)的修約，標(biāo)準(zhǔn)中給出了3種修約規(guī)則：①對(duì)于鋼制品，修約要求參照ASTM A370－14中相關(guān)規(guī)定。②對(duì)于鋁合金和鎂合金制品，不區(qū)分范圍所有強(qiáng)度指標(biāo)都修約至1 MPa。③不區(qū)分范圍所有強(qiáng)度指標(biāo)都修約至51 MPa（適用于所有金屬材料）。

6.2 數(shù)值換算

ASTM A370－14規(guī)定以英制單位作為標(biāo)準(zhǔn)單位。但是既可以將英制單位換算成公制，也可以將公制換算成英制。需要注意的是在制定工藝文件或進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)兩種單位制只能選定一種，不可混用。ASTM E8/E8M－13a中E8部分以英制單位為標(biāo)準(zhǔn)單位，E8M部分則以公制單位作為標(biāo)準(zhǔn)單位。

英制單位和公制單位應(yīng)予區(qū)別，采用不同單位制的換算結(jié)果互有差異，究其原因是英制和公制單位換算表述上的不同，切不可混用。

7 結(jié)語(yǔ)

ASTM A370－14鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義與ASTM E8/E8M－13a金屬材料拉伸試驗(yàn)方法之間在適用范圍、試驗(yàn)機(jī)的檢定、引伸計(jì)的精度、試樣制備、試驗(yàn)速率、性能指標(biāo)測(cè)量、數(shù)據(jù)修約及換算等方面都存在著一定的技術(shù)差異。本研究對(duì)標(biāo)準(zhǔn)間存在的技術(shù)差異進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比歸納，實(shí)際使用中應(yīng)注意區(qū)分。

［1］ ASTM A370－14， Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products[S].

［2］ ASTM E8/E8M－13a， Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials1[S].

［3］ ASTM E4－14， Practices for Force Verification of Testing Machines[S].

［4］ ASTM E6－09， Terminology Relating to Methods of Mechanical Testing[S].

［5］ ASTM E29－14， Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance with Specifications[S].

［6］ ASTM E83－10a， Practice for Verification and Classification of Extensometer Systems[S].

［7］王濱.ASTM金屬材料拉伸試樣介紹[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))， 2004(09)： 477－480.

［8］王濱.ASTM金屬材料拉伸試驗(yàn)方法介紹[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))， 2004(10)：528－532.

［9］黃旭東，奚建法.ASTM力學(xué)性能試驗(yàn)總則標(biāo)準(zhǔn)與分項(xiàng)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)比較[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))，2011（06）： 348－352， 370.

［10］馬俊華，陳麗霞.美國(guó)ASTM力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)泵用金屬材料和零部件的試驗(yàn)方法及應(yīng)用[J].水泵技術(shù)， 2013（06）： 34－40.

Standards Comparison Between ASTM A370－14 and ASTM E8/E8M-13a

CHEN Song,WANG Xiaoying,LU Guangping,ZHU Binyan,WANG Jun,KONG Weiguo
(North China Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.Yangzhou Subsidiary Company,Yangzhou 225000,Jiangsu,China)

The tensile test is the most common test method in metallic materials mechanical properties tests.Some technical differences exist between test method and definition in ASTM A370－14 and ASTM E8/E8M－13a,which were systematically compared and analyzed from some aspects,such as application scope,test equipment,specimen preparation,test speed,tensile performance measurement and data rounding and conversion,in order to better understand these standards.

tensile test;ASTM A370－14；ASTM E8/E8M－13a；test rate

TG115.52

B

1001－3938（2015）05－0066－07

陳松（1985—），男，本科，助理工程師，現(xiàn)從事石油天然氣輸送管道試驗(yàn)技術(shù)工作。

2014－09－09

李紅麗