【国家标准(GB)】 金属材料 弹性模量和泊松比试验方法

ICS77.040.10
GBT22315-2008
中华人民共和国国家标准
GB/T22315—2008
代替GB/T2105-1991.GB/T8653-1988金属材料
弹性模量和泊松比试验方法
Metallicmaterials-Determination of modulus of elasticity andPoisson'sratio
2008-08-05发布
数码防伪
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-04-01实施
规范性引用文件
术语和定义
静态法
动态法
符号及说明
静态法
试验设备
试验条件
性能测定
动态法
原理·
试样·
试验设备
试验条件及操作要求
数据处理·
试验报告…
附录A（资料性附录）
试验原理
试验仪器
弹性模量的计算
电阻应变计测定弹性模量方法
GB/T22315—2008
GB/T22315-—2008
本标准整合修订国家标准GB/T8653一1988《金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）》和GB/T2105一1991《金属材料杨氏模量、切变模量及泊松比测量方法（动力学法）》。
本标准静态法部分参照美国材料与试验协会标准ASTME111-04《杨氏模量、切线模量和弦线模量标准试验方法》，动态法部分参照美国材料与试验协会标准ASTME1875-00《用声共振测量动态杨氏模量、切变模量和泊松比的标准试验方法》。本标准与ASTME111-04、ASTME1875-00的一致性程度为非等效。
本标准代替GB/T8653—1988和GB/T2105—1991。本标准静态法部分与GB/T8653-1988相比，在技术内容上主要变化如下：修改了标准的适用范围（本标准的第1章）；一增加了规范性引用文件（本标准的第2章）；修改了术语和定义（GB/T8653—1988中的第2章，本标准的3.1）；修改了符号及说明（GB/T8653一1988中的第3章，本标准的第4章）；修改了对试样的要求（GB/T8653—1988中的第3章，本标准的5.2)；修改了对引伸计的使用要求（GB/T8653—1988中的6.2，本标准的5.3.2、5.4.5）；增加了对试验初试验力的要求（本标准的5.4.2)；修改了对试验环境温度控制的要求（GB/T8653—1988中的7.4，本标准的5.4.7)；一删除了绘制曲线时对力轴比例和放大倍数的要求（GB/T8653-一1988中的8.1.1、8.2.1、8.3.1，本标准的5.5.1.1、5.5.2.1、5.5.3.1)；增加了拟合法测定杨氏模量对应变范围的要求（GB/T8653一1988中的8.1.2，本标准的5.5.1.2);
修改了对泊松比的有效位数的规定（GB/T8653一1988中的第9章，本标准的5.5.6）。本标准动态法部分与GB/T2105—1991相比，在技术内容上主要变化如下：修改了标准的适用范围（GB/T2105一1991中的第1章，本标准的第1章）；修改了规范性引用文件（GB/T2105一1991中的第2章，本标准的第2章）；修改了术语和定义（GB/T2105—1991中的第3章，本标准的3.2)；删除了基本公式（GB/T2105-1991中的4.3)；增加了对热电偶位置有关规定（GB/T2105—1991中的5.1.4，本标准的6.3.1.4）；修改了对音频振荡器上限的规定（GB/T2105—1991中的5.2.1，本标准的6.3.2.1)；增加了对试样支撑的规定（GB/T2105—1991中的7.2.2，本标准的6.4.2.2）；增加了动态泊松比较大时对修正系数取值的规定（GB/T2105一1991中的8.1.1，本标准的6.5.1.1);
修改了对矩形杆动态杨氏模量计算公式中系数的规定（GB/T2105一1991中的8.1.3，本标准的6.5.1.3）。
本标准的附录A为资料性附录。
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。m
GB/T22315—2008
本标准起草单位：上海材料研究所、北京北冶功能材料有限公司、钢铁研究总院。本标准主要起草人：奚建法、李昕、王滨、李丽敏、黄旭东、梁新帮。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：-GB/T2105—1980,GB/T2105—1991；-GB/T8653—1988。
1范围
金属材料弹性模量和泊松比试验方法GB/T22315—2008
本标准规定了用静态法测定金属材料杨氏模量、弦线模量、切线模量、泊松比，用动态法测定金属材料动态杨氏模量、动态切变模量、动态泊松比的范围、规范性引用文件、术语和定义、符号及说明、原理、试样、试验设备、试验条件、性能测定和试验报告。本标准静态法部分适用于室温下测定金属材料弹性状态的杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比；动态法部分适用于一196℃～1200℃间测定材质均匀的弹性材料的动态杨氏模量、动态切变模量和动态泊松比的测量。
注1：其他温度下金属材料的拉伸杨氏模量、弦线模量和切线模量的测定，也可参照本标准执行、注2：其他材料的杨氏模量、弦线模量、切线模量、泊松比和动态杨氏模量、动态切变模量、动态泊松比的测定经协商也可参照本标准的相关部分执行。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。GB/T228—2002金属材料室温拉伸试验方法（GB/T228—2002，eqvISO6892：1998）GB/T2975
钢及钢产品力学性能试验取样位置和试样制备（GB/T2975—1998，eqvISO377：GB/T7314—2005金属材料室温压缩试验方法（GB/T7314—2005，ASTME9-1989a（2000），MOD）GB/T8170
数值修约规则
GB/T10623
金属力学性能试验术语（GB/T10623—2008ISO23718：2007，MOD）GB/T12160
单轴试验用引伸计的标定（GB/T12160—2002，ISO95131999，Metallicmateri-als-Calibration of extensometersused inuniaxial testing,IDT)GB/T13992电阻应变计
GB/T15014弹性合金领域内的物理特性和物理量术语与定义GB/T16825.1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(GB/T16825.1—2002,ISO7500-1:1999,Metallicmaterials—Verificationof staticuniaxial testingmachinesPartl:Tension/compression testing machinesVerification and calibration of the forcemeasuringsystem，IDT)
JJG623电阻应变仪
3术语和定义
GB/T10623和GB/T15014确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1静态法
轴向引伸计标距
巨axialextensometergaugelengthLa
测量试样轴向变形的引伸计标距1
GB/T22315—2008
横向引伸计标距transverseextensometergaugelengthLet
测量试样横向变形的引伸计标距。3.1.3
轴向应变axialstrain
在平面内平行于试样轴向方向的线应变3.1.4
横向应变
transverse strain
在平面内垂直于试样轴向方向的线应变。3.1.5
拉伸杨氏模量
Youngmodulus in tension
轴向拉应力与轴尚位变成线性比例关系范围内的轴向拉应力与轴向应变的比值3.1.6
压缩杨氏模量
Young's modulus in compressionS
应变成线性比例关系范围内的轴向压应力与轴向应变的比值。轴向压应力与！
弦线模量
modulus
在弹性范围内轴向应力-轴向应变曲线上任两规定点之间弦线的斜率。3.1.8
切线模量
tangent modulus
在弹性范围内轴向应大轴向应变曲线上任定应力或应变值处的斜率。
天呈非线弹性状态的金属材料。3.1.9
泊松比
Poisson's ratio
低于材料比例极限的轴向应力所产生的横向应变与相应轴向应变的负比值。3.2动态法
弯曲振动flexuralvibration
杆或管振动的方向与其长度方向垂直且处于垂直面内。在两端自由的状态下，试样的基频振动如图1所示。
节点、
两端自由杆的弯曲基频共振（侧视图）2
横振动vibrationinlevel
GB/T22315—2008
杆或管振动的方向与其长度方向垂直且处于水平面内。在两端自由的状态下，试样的基频振动如图2所示。
2两端自由杆的横向基频共振（顶视图）图2
注：在弯曲振动与横振动模式下，杨氏模量与试样共振频率间的关系是相同的，通常不予区分。3.2.3
扭转振动
torsionalvibration
杆或管中每一横截面均做绕其长度轴线的相对扭转振动，见图3。百
图3杆的扭转基频共振
节点nodewww.bzxz.net
处于共振状态的杆中，位移恒为零的位置。3.2.5
共振频率
resonancefrequency
引致试样产生共振的外加强迫力的振动频率。注：对于包括金属材料在内的滞弹性固体，可忽略共振频率与固有频率之间的差异。3.2.6
动态杨氏模量
dynamic Young's modulus
弹性变形范围内测定的正应力与正应变的比值。3.2.7
动态切变模量
dynamic shear modulus
亦称刚性模量，弹性变形范围内的切应力与相应切应变的比值。3.2.8
dynamicpoison'sratio
动态泊松比
由动态杨氏模量和动态切变模量所确定的泊松比称为动态泊松比。注：对于各向异性的材料，仿此定义的数值称之为等效泊松比。3.2.9
动态弹性模量
dynamic elasticmodulus
绝热弹性模量，动态杨氏模量与动态切变模量(刚性模量)的统称。注：绝热弹性模量由声共振法测得。3
GB/T22315—2008
试样厚度
thicknessoftestpiece
在弯曲（横）共振状态下，平行振动方向上的试样尺寸，见图4。3.2.11
试样宽度
widthoftestpiece
在弯曲（横）共振状态下，垂直振动方向上的试样尺寸，见图4。振动方向
振动方向
符号及说明
本标准适用的符号及说明见表1。符
弯振试样的厚度与宽度
符号及说明
静态法
矩形试样原始厚度
矩形试样平行长度部分的原始宽度d
圆形试样平行长度部分的原始直径试样平行长度
试样原始标距
轴向引伸计标距
横向引伸计标距
试样轴向变形
试样横向变形
轴向变形变化量
横向变形变化量
试样平行长度部分的原始横截面积轴向力
轴向力变化量
轴向应力
轴向应力的平均值
杨氏模量
拉伸杨氏模量
静态法
表1(续)
静态法
压缩杨氏模量
弦线模量
切线模量
轴向应变
横向应变
泊松比
轴向应变的平均值
横向应变的平均值
动态法
共振频率
基频共振频率
基频共振时的修正系数
动态杨氏模量
动态切变模量
动态泊松比
试样厚度
试样宽度
试样长度
试样直径
试样质量
试样密度
GB/T223152008
试样施加轴向力，在其弹性范围内测定相应的轴向变形和横向变形，以便测定本部分所定义的一项或几项力学性能。
5.2试样
5.2.1样坏的切取与试样制备
5.2.1.1样坏切取的部位、方向和数量应按有关标准或协议的规定。如无特殊规定，应按照GB/T2975的要求进行。
切取样坏和机加工试样时，应防止因冷加工或受热而影响金属的力学性能。如果由于试样制5.2.1.2
备的需要而将材料展平时，必须在试验结果中注明采用了后续消除残余应力的热处理过程。注：本试验方法的目的是为了揭示材料固有的性质。因此试样不应存在残余应力，材料需要在T./3的温度退火处理30min以消除应力（T。是材料的热力学熔点温度），这个过程需要在报告部分注明。如果试验目的是为了检验产品性能，则热处理过程可以省略。试验报告中应记录测试材料的状况，包括热处理工艺。3完成最后机加工的试样，应平直、无毛刺、表面无划伤及其他人为或机械损伤。5.2.1.3
GB/T22315—2008
5.2.1.4从带卷切取的薄板试样，允许带有不影响性能测定的轻度弯曲。5.2.2试样形状和尺寸
5.2.2.1圆形和矩形拉伸试样按GB/T228一2002附录A、附录B和附录C的规定，试样夹持端与平行段间的过渡部分半径应尽量大，试样平行长度应至少超过标距长度加上两倍的试样直径或宽度。5.2.2.2圆形和矩形压缩试样按GB/T7314一2005中6.1的规定，试样端部要平整、平行，并垂直于侧面。5.2.2.3通过协商可以采用其他类形的试样。5.2.2.4试样头部形状和尺寸应适合于试验机夹头的夹持。5.2.2.5头部带承载销孔的矩形拉伸试样，销孔应表面光滑，销孔中心与标距部分的宽度的中心线偏离应不大于标距部分宽度的0.005倍5.2.2.6两面和四面机加工的矩形试样，其机加工面的表面粗糙度Ra值应不大于1.6μm。若采用两面机加工的矩形试样，其未加工面的尺寸公差和形状公差也应符合加工面的公差要求。5.2.2.7对于板材的矩形试样，可在试样宽度两侧制备小凸耳供装卡引伸计用。带凸耳的矩形试样见GB/T7314—2005图4。
5.3试验设备
5.3.1试验机
5.3.1.1试验机应按GB/T16825.1进行检验，其准确度应为1级或优于1级。5.3.1.2压缩试验用的试验机，除了要满足5.3.1.1中的准确度要求外，其他辅助装置，例如力导向装置、调平垫块和约束装置等的要求，应符合GB/T7314一2005中7.2～7.4的规定。5.3.2引伸计
引伸计应按GB/T12160进行检验，其准确度应为0.5级或优于0.5级。5.4试验条件
5.4.1试样尺寸的测量
测量试样原始横截面尺寸的量具应满足GB/T228的要求。5.4.1.1圆形试样应在标距两端及中间处相互垂直的方向上测量直径，各取其算术平均值，按式（1)计算横截面积。将3处测得横截面积的算术平均值作为试样原始横截面积并至少保留4位有效数字。=二元d
5.4.1.2矩形试样应在标距两端及中间处测量厚度和宽度，按式（2)计算横截面积。将三处测得横截面积的算术平均值作为试样原始横截面积并至少保留4位有效数字。S。=aobo
注：带凸耳的试样不应在靠近凸耳根部处测量其宽度。5.4.2初试验力
.....(2)
对于大多数试验机和试样，由于间隙、试样弧度和原始夹头对中等效果，当对试样施加很小的试验力时会对引伸计的输出量产生较大的偏差。试验时须对试样施加能够消除这些影响的初试验力，测量应从初试验力开始，到弹性范围内的更大的试验力为止。5.4.3试验速度
为了避免发生绝热胀或绝热收缩的影响，并能够准确测定轴向力和相应的变形，试验速度不应过高，但为了避免螨变影响，速度不应太低。对于拉伸试验，弹性应力增加速率应符合GB/T228的规定，推荐取下限；对于压缩试验，弹性应力增加速率应符合GB/T7314的规定，推荐取下限。速度应尽可能保持恒定。
5.4.4力的同轴度
试验机夹持装置应能使试样承受轴向力，在初轴向力与终轴向力之间，在各个方向上在试样相对两侧测定的应变变化量与其平均值之差的最大值（即最大弯曲应变）不超过平均值的3%6
压缩试验应使用GB/T7314中规定的调平台和力的导向装置以及约束装置。5.4.5引伸计的使用
5.4.5.1轴向引伸计
GB/T22315—2008
测量试样轴向变形时，使用能测量试样相对两侧平均变形的轴向均值引伸计，或在试样相对两侧分别固定两个轴向引伸计。
注：测量模量的准确度取决于测量应变的精度。增加标距长度可以提高测量应变的精度，但前提是必须保证加工试样平行段的公差要求。
使用带凸耳的矩形试样，引伸计装卡于同侧两凸耳的外侧或内侧。其引伸计标距应为两凸耳宽度中心线之间的距离。
5.4.5.2横向引伸计
测量试样横向变形时，横向引伸计应装卡在试样标距范围内的直径（宽度）上。以此处的直径（或宽度)尺寸作为横向引伸计标距。
5.4.6压缩试验的其他试验条件均按GB/T7314执行。5.4.7试验应在室温（10℃～35℃)下进行，整个试验过程中的环境温度波动应小于土2℃。5.5性能测定
5.5.1杨氏模量的测定
5.5.1.1图解法
试验时，用自动记录方法绘制轴向力-轴向变形曲线，见图5。在记录的轴向力-轴向变形曲线上，确定弹性直线段，在该直线段上读取相距尽量远的A、B两点之间的轴向力变化量和相应的轴向变形变化量，按式（3)计算杨氏模量。
E=(会F)/(会)
也可采用附录A的电阻应变计直接测量轴向应变的方法计算E。F
图5图解法测定杨氏模量
5.5.1.2拟合法
（3）
试验时，在弹性范围内记录轴向力和与其相应的轴向变形的一组数字数据对。数据对的数目一般不少于8对。用最小二乘法将数据对拟合轴向应力-轴向应变直线，拟合直线的斜率即为杨氏模量，按式(4)计算。
E=[E(eS)-keis]/(Eer-ke?)
·（4)
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