【国家标准(GB)】 金属超塑性材料拉伸性能测定方法

ICS77.040.10
中华人民共和国国家标准
GB/T24172—2009
金属超塑性材料拉伸性能测定方法Method forevaluation of tensile properties ofmetallic superplastic materials(ISO20032:2007,M0D）
2009-06-25发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局数码防伪
中国国家标准化管理委员会
2010-04-01实施
中华人民共和国
国家标准
金口超塑性材料拉伸性能测定方法GB/T24172—2009
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2009年11月第一版
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2009年11月第一次印刷
书号：155066·1-38881
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GB/T24172—2009
本标准修改采用国际标准IS020032：2007《金属超塑性材料拉伸性能测定方法》（英文版）。本标准根据IS020032：2007重新起草，根据我国的实际情况，本标准在采用国际标准时进行了下列修改和补充：
一扩大了本标准的适用范围，增加了圆柱形试样；一在表1中增加了圆柱形试样的符号、术语和定义；一在“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7.2中补充了应避免夹具自重对试样的影响；
一--对于ISO20032：2007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。为使于使用，本标准还做了下列编辑性修改：“本国际标准”一词改为“本标准”；a)
用小数点“，”代替作为小数点的“，”；b）
删除ISO20032：2007的前言；
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。本标准起章人：赵俊平、高怡斐、董莉。I
GB/T24172—2009
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-应变关系式和流变应力-应变关系式等。
1范围
金属超塑性材料拉伸性能测定方法GB/T24172—2009
本标准规定了金属超塑性拉伸性能试验方法的符号定义、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。GB/T228金属材料室温拉伸试验方法（GB/T228—2002，eqvISO6892：1998）GB/T4338金属材料高温拉伸试验方法（GB/T4338—2006，ISO783：1999，MOD）GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定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—2008,ISO7500-1：2004,IDT)JJG141工作用贵金属热电偶
JJG351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
超塑性
b。(i)
超塑性状态
R型试样
R部分
圆柱状试样直径
平行边宽度或
R部分最小宽度
R部分分段线i的原始宽度
R部分分段线i的宽度
超塑性伸长率
夹持部分宽度
超塑性开始及其持续的变形状态没有平行部分的普通拉伸试样
R型试样伸长的主要部分，两夹持间呈圆弧状圆柱状试样平行部分的原始直径S型试样平行部分的原始宽度或
R型试样的R部分最小原始宽度
R部分规定的分段线i的原始宽度停止试验后R部分分段线i的宽度超塑状态下的断后伸长率
S或R型试样夹持部分的宽度
GB/T24172—2009
Tinater
原始标距
断后标距
平行长度
试样总长度
夹持部分长度
R部分长度
R部分伸长
圆角半径或
R部分半径
试样缩减面上的原始横裁面积
R部分分段线i的原始横截面积
R部分分段线i的横截面积
试样序度
R部分分段线i的原始厚度
R部分分段线i的厚度
百分之十变形的力
百分之十流变应力
流变应力
标称应力
真应力
真应变
变形时间
应变速率和m值
标称应变速率
真应变速率
变形期间的真应变速率
表1(续）)
两标点间的原始距离，所用盘具的精确度应不小于原始距离的1%或0.01mm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，测的两标点间的距离
S型试样或圆柱形试样平行部分的原始长度试样的原始总长度
试样夹持部分的长度
R部分的原始长度
试验期间任一时刻R部分长度的增S型试样过渡弧的原始半径或
R型试样R部分的原始半径
试样的原始横裁面积，测盘仪器的箱确度不大于2%R部分规定的分段线i的原始赞裁面积试验停止后，R部分规定的分段线i的横截面积S或R型试样的厚度
按规定将R部分分段，分段线i的原始厚度试验停止后，分段线i的厚度
标称应变达到百分之十时的力值由方程1限定的带应力盘纲的常数标称应变达到百分之十的真应力超塑性变形期间的真应力
对R型试样，试样变形过程中力与R部分的最小原始横截面积之比
对R型试样，试样变形过程中力与R部分分段线i的横截面积之比下载标准就来标准下载网
R部分规定分段内的变形
从弹性阶段轴向力随应变开始线性增加到R部分伸长盘△L达到3mm的时间
对于S型试样，横梁的分离速度除以原始平行长度L。；对于R型试样，横梁分离速度除以原始标距L。单位时间真应变的增盘
R部分规定的分段i变形期间的真应变速率超塑性材料流变应力的应变速率敏感性指数单位
GB/T24172-—2009
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试祥
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GB/T228的有关规定。
图1S型试样
衰2S型试样的尺寸
标距 L。
平行长度L。
推荐的试样尺寸见公式（1)和公式(2)：平行部分的宽度6
L,=2L.+L+2R
Ba = 36
试样厚度为材料的原始厚度。
图2R型试样
单位为意米
圆角半径R
.（1）
（2）
GB/T24172-2009
夹持部分宽度B：
L，不小于20mm。
R部分最小宽度b
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
表3R型试样尺寸
R部分长度LR
图3圆柱形试样
表4圆柱状试样尺寸
平行部分直径d
6设备
6.1试验机
标距 L。
R部分半径R
平行长度 Le
单位为毫米
标距L。
单位为旁米
圆角半径R
试验机应符合GB/T16825.1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。
6.2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7.2的要求。6.3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5温度的允许偏差
试验温度
允许偏差
≤200
双方协议
≤600
≤1000
单位为摄氏度
>1 000
双方协议
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。6.5测温装置
6.5.1概述
测温装置包括测温仪和热电偶。4
6.5.2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。6.5.3热电偶
GB/T24172-2009
热电偶应符合JJG141和JG351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。
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
7.1概述
试验程序见7.2～7.8。未在其中描述的部分按照GB/T228和GB/T4338相关内容执行。7.2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。7.3测温
采用6.5.3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。7.4施加试验力
试验要求横梁分离速率保持恒定。7.5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0.01mm，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。7.6超塑性伸长率的测定
试验前S型试样选择标距为18mm，R型试样选择标距为6mm，圆柱状试样选择标距为20mm。按公式（3)计算超塑性伸长率，按照GB/T8170修约至两位有效数字。Lo - L。
×100%
式中：
A—超塑性伸长率，以百分数表示（%）；L.—断后标距,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。7.7S型试样和圆柱形试样流变应力和前值的测定7.7.1流变应力的测定
.·（3)
通过试验中力所对应的伸长量的变化绘制力-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：Qio
（4）
GB/T24172--2009
式中：
S1o-——百分之十流变应力，单位为兆帕(MPa)；F1o—一百分之十的标称应变下的力值，单位为牛顿(N)；S。一试样的原始横载面积，单位为平方毫米(mm）。7.7.2应变速率敏感性指数(m值)的测定在特定的温度和微观结构条件下，在超塑性变形过程中，流变应力和应变速率e间的关系可用公式(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。
其中指数m可用公式(6)表示：
f = Kem
·（5）
d(Ino,)
d(Ine)
（6）
公式（6)中的m值为应力-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0～1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-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GB/T8170将m值修约至小数点后两位。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。7.8R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2～10倍之间。R部分的伸长量通常被指定为3mm士0.5mm，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α(i)和的真应变速率é(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3mm的间距作五个分段线，将试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6和一3线，右边的分别称为+3和十6线；-6
图4R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=一6，一3，0，十3，十6）和厚度t。（i)，计算相应的横截面积；
c）当R部分的伸长△L达到3mm时停止试验，记录该点力值和所用时间Tinter，Tinter指力从弹性6
阶段轴向力开始线性增加到停止试验的时间；GB/T24172-2009
测量停止试验后试样R部分相应于各分段线处的宽度b(i)和厚度t(i)，计算相应的横截面积d)
S(i)。测量仪器应保证足够的准确度；按式(7)和式(8)计算每个分段线处的流变应力α(i)和真应变e(i)：e）
S。(i)
e(i)=ln
由真应变e(i）和变形时间tinter导出各分段的真应变速率，见公式（9)：f)
e(2) = e(i)
tinter
·（8)
·（9)
采用两个或两个以上的横梁分离速率，测得每个分段线上的α(i)和e(i)，绘制对数描点图后，g）
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。Y
X--真应变速率é(s-);
真应力(MPa)；
横粱分离速率(m·s-1)；
图5.0×10-*；
V1.7×10-5
1.7×10-4，
O1.7×10-3。
图5超塑性74575合金应力-应变速率关系图例8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；
标记或种类；
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