DB32∕T 3597—2019 增材制造 金属材料机械性能测试方法指南(江苏省).pdf

ICS 77.040.10 H 22 DB32 江苏省地方标准 DB 32/T 35972019 增材制造 金属材料机械性能测试方法指南 Guidelines for Mechanical Properties Test of Metal Additive Manufacturing 2019 -04- 08 发布 2019 - 04 -30 实施 江苏省市场监督管理局 发 布 DB32/T 35972019 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 2 4 静态力学性能 . 2 4.1 拉伸性能 . 2 4.2 压缩性能 . 3 4.3 承压性能 . 3 4.4 弯曲性能 . 4 4.5 弹性模量和泊松比性能 . 4 4.6 硬度性能 . 5 5 疲劳性能测试 . 6 5.1 疲劳性能 . 6 5.2 断裂韧性性能 . 8 5.3 裂纹扩展性能 . 9 6 报告 . 9 DB32/T 35972019 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由江苏省工业和信息化厅提出并归口。 本标准起草单位： 无锡市产品质量监督检验院 （国家增材制造产品质量监督检验中心） 、南京中科煜宸激光技术有限公司、江苏永年激光成形技术有限公司、江苏三维智能制造研究院有限公司、江苏铭亚科技有限公司。 本标准主要起草人：吕新峰、华晨、陈振东、王林、华若绮、刘晶琳、陈旭、刘一胜。 DB32/T 35972019 1 增材制造 金属材料机械性能测试方法指南 1 范围 本标准给出了增材制造金属材料机械性能测试的现有测试方法及注意事项。 本标准适用于指导增材制造从业人员依据现有测试标准开展增材制造金属材料机械性能的测定。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 228.12010 金属材料 拉伸试验第 1 部分 室温试验方法 GB/T 2292007 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法 GB/T 230.12009 金属材料洛氏硬度试验第 1 部分:试验方法( A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 标尺) GB/T 231.42009 金属材料 布氏硬度试验 第 4 部分:硬度值表 GB/T 2322010 金属材料弯曲试验方法 GB/T 30752008 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法 GB/T 43372015 金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法 GB/T 4340.12009 金属维氏硬度试验 第 1 部分:试验方法 GB/T 4341.12014 金属材料 肖氏硬度试验 第 1 部分：试验方法 GB/T 53192002 烧结金属材料（不包括硬质合金）横向断裂强度的测定 GB/T 63982017 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法 GB/T 73142017 金属材料 室温压缩试验方法 GB/T 101282007 金属材料 室温扭转试验方法 GB/T 124432007 金属材料 扭应力疲劳试验方法 GB/T 132392006 金属材料 低温抗拉试验 GB/T 18449.12009 金属材料努氏硬度试验 第 1 部分:试验方法 GB/T 197442005 铁素体钢平面应变止裂韧度 KIa试验方法 GB/T 197482005 钢材 夏比 V 型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法 GB/T 211432014 金属材料 准静态断裂韧度的统一试验方法 GB/T 21838.12008 金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第 1 部分:试验方法 GB/T 223152008 金属材料 弹性模量和泊松比试验方法 GB/T 245222009 金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法 GB/T 245842009 金属材料 拉伸试验 液氦试验方法 GB/T 260762010 金属薄板（带） 轴向力控制疲劳试验方法 GB/T 260772010 金属材料 疲劳试验 轴向应变控制方法 GB/T 338122017 金属材料 疲劳试验 应变控制热机械疲劳试验方法 GB/T 353512017 增材制造 术语 DB32/T 35972019 2 HB 75712017 金属高温压缩试验方法 HB 76231998 金属材料蠕变裂纹扩展速率试验方法 ISO 121082018 金属材料 疲劳试验 疲劳裂痕增长试验 ISO 228892013 金属材料 测定低限制条件下使用的样品抗稳定裂纹扩张的试验方法 ASTM B6452015 铝合金线性弹性平面应变断裂韧性测试的标准实施规程 （Standard Practice for LinearElastic PlaneStrain Fracture Toughness Testing of Aluminum Alloys） ASTM B64617 铝合金断裂韧性试验的标准实施规程 （Standard Practice for Fracture Toughness Testing of Aluminum Alloys） ASTM B64710（2016）使用韦氏硬度计测试铝及铝合金压痕硬度的标准试验方法（Standard Test Method for Indentation Hardness of Aluminum Alloys by Means of a Webster Hardness Gage） ASTM B64810（2015）使用巴克尔硬度计测量铝合金硬度的试验方法（Standard Test Method for Indentation Hardness of Aluminum Alloys by Means of a Barcol Impressor） ASTM B90917 非应力消除铝制品的平面应力断裂强度试验的标准导则 （Standard Guide for Plane Strain Fracture Toughness Testing of NonStress Relieved Aluminum Products） ASTM E23817a 金属材料的针型轴承测试的标准试验方法（Standard Test Method for PinType Bearing Test of Metallic Materials） ASTM E292 09 材料断裂时间的凹口张力试验的标准试验方法（Standard Test Methods for Conducting TimeforRupture Notch Tension Tests of Materials） ASTM E74009 裂缝检测与表面裂纹拉伸试样的标准规程（standard practice for fracture testing with surfacecrack tension specimens） ASTM E168103 （2013） 测定金属材料环境致裂的界限应力强度因子的标准试验方法 （Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for EnvironmentAssisted Cracking of Metallic Materials） ASTM E187513 利用回声共振测试动态杨氏模量、剪切模数和泊松比的标准试验方法（standard test method for dynamic young modulus, shear modulus, and poisson ratio by sonic resonance） ASTM E187615 利用振动的冲击激磁产生动态模量、 剪切模量和泊松比的试验方法 （Standard Test Method for Dynamic Youngs Modulus, Shear Modulus, and Poissons Ratio by Impulse Excitation of Vibration） ASTM E271413 蠕变疲劳试验方法(Standard Test Method for CreepFatigue Testing) ASTM E276016 蠕变疲劳裂纹扩展试验的标准试验方法（Standard Test Method for CreepFatigue Crack Growth Testing） ASTM E278910（2015）微动疲劳试验标准导则（Standard Guide for Fretting Fatigue Testing） 3 术语和定义 GB/T 353512017界定的术语和定义适用于本文件。 4 静态力学性能 4.1 拉伸性能 DB32/T 35972019 3 GB/T 228.12010、GB/T 132392006和GB/T 245842009适用于采用增材制造工艺制备的试样，但片状、线状和很小直径的杆状试样较难通过增材制造方法制备。ASTM E29209适用于采用增材制造方法制备的试样，其中薄片试样制备对部分增材工艺有挑战。 拉伸性能测试标准见表1。 表1 拉伸性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 GB/T 228.12010 形状与尺寸取决于被试验的金属产品的形状与尺寸，按产品相关标准或GB/T2975的要求切取样坯和制备试样。 室温为 10 35 GB/T 132392006 形状与尺寸取决于被试验的金属产品的形状与尺寸，按 GB/T2975切取样坯和制备试样。 低温为196 10 GB/T 245842009 形状与尺寸由产品的形状和尺寸决定。 金属材料在液氦温度下（4 K）的拉伸试验，也适用于需要特殊设备， 较小试样， 以及涉及到锯齿形屈服， 绝热增温和应变速率影响的低温拉伸试验。 国外 ASTM E29209 缺口试样 在恒定载荷和温度下缺口样品断裂拉伸试验。 ASTM E74009 表面裂纹试样 在不断增大的力的作用下的拉伸试验。 4.2 压缩性能 GB/T 73142017适用于采用增材制造方法制备的试样，但薄片试样很难通过增材制造工艺制备。 压缩性能测试标准见表2。 表2 压缩性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 GB/T 73142017 试样形状与尺寸的设计应保证：在试验过程中标距内为均匀单向压缩， 引申计所测变形应与试样轴线上标距段的变形相等， 端部在试验结束之前不损坏。 金属材料在室温下单向压缩的规定塑性压缩强度、规定总压缩强度、上压缩屈服强度、下压缩屈服强度、压缩弹性模量及抗压强度。 4.3 承压性能 该标准适用于增材制造法制备的试样， 但增材制造法制备试样的表面光洁度和某些厚度可能会达不到标准的要求。 承压性能测试标准见表3。 DB32/T 35972019 4 表3 承压性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国外 ASTM E23817a 带孔的矩形金属样品 测定轴承屈服强度和轴承强度； 试样的表面光洁度和厚度要求较高。 4.4 弯曲性能 弯曲性能测试标准见表4。 表4 弯曲性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 HB 75711997 板状或圆形试样， 材料尺寸允许时，应用圆形试样。试样应足够长， 但不应长到使试样未受约束的部分产生弯曲； 试样端部余量最少应为板状试样宽度的一半或圆形试样直径的一半。 金属高温压缩试验，900 以下单向压缩的规定非比例压缩应力、规定总压缩应力、屈服点、压缩弹性模量及脆性材料的抗压强度等参量的测定。 国内 GB/T 2322010 圆形、方形、矩形或多边形横截面的试样。 样坯的切取位置和方向应按照相关产品要求， 未具体规定，钢产品按照 GB/T2975 的要求。 金属材料相关产品标准规定试样的弯曲试验，不适用于金属管材和金属焊接接头的弯曲试验。 4.5 弹性模量和泊松比性能 下列标准适用于采用增材制造方法制备的试样， 泊松比可以用来进一步说明增材制造法制备的块状试样的各向异性。 弹性模量和泊松比性能测试标准见表5。 表5 弹性模量和泊松比性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 GB/T 228.12010 形状与尺寸取决于被试验的金属产品的形状与尺寸，按产品相关标准或 GB/T2975 的要求切取样坯和制备试样。 可用于测定材料室温（10 35 ）的杨氏模量、切线模量和弦向模量。 GB/T 223152008 矩形试样 静态法部分适用于室温下测定金属材料弹性状态；动态法部分适用于196 1200 间测定材质均匀的弹性材料的动态模量和动态泊松比。 DB32/T 35972019 5 表 5（续） 4.6 硬度性能 以下压痕试验可能有助于测试增材制造材料的硬度， 努氏硬度法有助于测定增材工艺制备的金属结构中分离杂质的微观硬度，而维氏硬度法有助于评估增材制造的金属零件的微观和宏观硬度。 硬度性能测试标准见表6。 表6 硬度性能测试标准 标准分类 标准名称 硬度分类 试样要求 备注 国内 GB/T 231.12009 布氏硬度 试样表面粗糙度 Ra 不大于 1.6 m，不应有氧化皮或外界污物，保证压痕直径的精确测量，厚度至少为压痕深度的 8 倍。 范围上限为 650 HBW GB/T 231.42009 布氏硬度 平面布氏硬度值计算表 GB/T 18449.12009 努氏硬度 样品表面平坦光滑，无氧化皮及外界污染物，应保证精确测量压痕对角线长度的测定。建议对试样进行抛光/电解抛光处理， 试验后试样背面不出现可见变形。 试验力值范围为 0.09807 N19.614 N，压痕对角线长度0.02 GB/T 4340.12009 维氏硬度 试样表面应平坦光滑，无氧化皮及外来物，试样表面质量应保证压痕对角线的测量精度，试样层厚度至少应为压痕对角线长度的 1.5 倍，建议对材料进行抛光/电解抛光处理。 压痕对角线长度范围为0.020 1.400 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 GB/T 101282007 圆形试样（圆柱体或管状试样） 外加力矩的使用和剪切模量的计算 国外 ASTM E187513 弹性、均一和各向异性材料 测试需在195 1200 条件下进行 ASTM E187615 试样具有特定的机械共振频率 可在低温和高温下进行试验，但需对设备和实验结果进行适当修改。 DB32/T 35972019 6 表 6（续） 标准分类 标准名称 硬度分类 试样要求 备注 国内 GB/T 230.12009 洛氏硬度 试样表面应平坦光滑，无氧化皮及外来物，试样表面质量应保证压痕对角线的测量精度， 试样表面粗糙度 Ra 不大于 1.6m，试验后，试样背面不出现可见变形。 硬质合金球形压头为为标准型洛氏硬度压头，如有规定，可使用钢球压头， 应在 1035之间，且较小温度变化范围内进行。 GB/T 4341.12014 肖氏硬度 试验面应为平面，曲面试样，曲率半径不应小于 32 mm，试样质量0.1 Kg；试样厚度10 mm；试样面积尽可能大；试样无磁性；硬度小于 50 HS，Ra 不大于 1.6 m，硬度大于 50 HS，Ra 不大于 0.8 m。 肖氏硬度试验范围为 5 HS105 HS，室温下进行（10 35 ），特别情况 23 5 。 GB/T 21838.12008 试样厚度至少为压痕深度的10倍或压痕直径的 3 倍。压头接触范围内试样表面应无液体、润滑剂或外来物。 通常情况下使用硬质合金压头，对硬度值和弹性模量较高的样品需考虑压头变形对结果的影响；表面粗糙度对试验结果不确定的影响很大；不确定度计算应考虑试样表面的倾斜度。 国外 ASTM B64710（2016） 铝合金 介绍了韦氏、巴氏和新式的便携式硬度测试方法。 ASTM B64810（2015） 铝合金 5 疲劳性能测试 5.1 疲劳性能 疲劳性能测试标准见表7。 表7 疲劳性能测试标准 标准分类 标准名称 样品要求 备注 国内 GB/T 30752008 圆形和矩形横截面试样的轴向力控制疲劳试验。 直到样品失效或者应力循环次数超过规定的次数时停止试验。 DB32/T 35972019 7 表 7（续） 标准分类 标准名称 样品要求 备注 国内 GB/T 260772010 避免试样表面状态对试验结果的影响，试样标号唯一。 轴向应变是可控的，低周疲劳试验，直至样品失效时结束测试。恒温恒幅条件下应变控制且应变比 R=1 的单轴加载试样；介绍了几种不同试样的推荐尺寸及装置。 GB/T 260762010 试样厚度为 0.3 3 的金属片材，试样矩形横截面的最小截面积小于 30 2， 试样表面残余应力和加工硬化最小，工作部分与圆弧连接部分应光滑。 当试样温度超过 35 ，应在试验报告中说明； 试验频率在 5 Hz200 Hz， 建议 5 Hz15 Hz；试样在规定应力下，一直连续试验至试样失效或规定循环次数，试样失效应发生在试样工作段或最大应力截面处，否则试验无效。 GB/T 63982000 C(T)、 M(T)、 SE(B)试样厚度、宽度、 切口长度均有不同的规定。 试样平面尺寸在试验力下保持弹性占优势，厚度足以防止弯曲。 GB/T 338122017 圆柱试样、圆管试样、矩形试样，试样表面粗糙度 Rz0.2 m。 适用于恒定机械应变和温度循环条件下，对应任意恒定的循环应变比和恒定的温度机械应变相位差的试验。循环周次通常考虑低循环疲劳的范畴，即疲劳寿命 Nf105。 GB/T 43372015 试验部分可为圆柱形、圆锥形、漏斗形，试验部分应为圆形横截面，每支试样实际最小直径的测量应精确至 0.01 。 金属材料在室温和高温空气中试样旋转弯曲条件下进行的疲劳试验，其他环境下的旋转弯曲疲劳试验可参考本标准。 GB/T 124432007 工作部分为圆柱形或漏斗形，工作部分横截面为圆形；尺寸范围为 5.0 12.5 ，实际最小直径的测量准确度不低于0.01 ， 工作部分与夹持部分的同轴度不大于 0.01 。 室温大气下，公称直径为 5.0 12.5 圆形横截面金属金属光滑试样。 国外 ISO 121082018 切口样品 测试结果决定了试样在循环力测试条件下材料的裂纹传播阻力大小。 ASTM E271413 名义上的匀质试样 在高温下，测定与蠕变疲劳变形或开裂变形有关的机械性能。同时该测试需要连续或同时应用负载，以产生由蠕变变形导致的周期性损坏。 DB32/T 35972019 8 表7（续） 标准分类 标准名称 样品要求 备注 国外 ASTM E276016 名义上的匀质试样 介绍了用预裂纹的压坯试样来测定名义上的均质材料的疲劳蠕变扩展性能的方法，涉及长装卸率或维持时间或两者都有的疲劳循环测试。 ASTM E278910（2015） 介绍了微动疲劳测试。微动疲劳通常是指在相同的应力水平下，与标准样品相比疲劳寿命出现的急剧下降。 5.2 断裂韧性性能 断裂韧性性能测试标准见表8。 表8 断裂韧性性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 GB/T 211432014 三点弯曲试样、直通型缺口紧凑拉伸试样、台阶型缺口紧拉试样 利用阻力曲线或作为一个点值来测定断裂韧性。 GB/T 197442005 铁素体钢平面，试样平面尺寸足够大，厚度满足平面应变条件。 适用于侧面开槽，裂纹线楔形加载试样，在裂纹前缘获得拉伸断裂的快速止裂部分；适用于室温、低温和高温条件下用紧凑止裂试样(CCA)测定铁素体钢的平面应变止裂韧度。 GB/T 53192002 试样厚度为 6 ， 长度范围内的偏差不大于 0.1 ， 宽度方向上的偏差不大于 0.04 ，试样中心处宽度和厚度的测量精确度为 0.01 。 适用于整个截面硬度均匀，塑性极小（两支点间的永久变形约小于 0.5 ）的烧结金属材料。 GB/T 2292007 V 型（45夹角，2 深、底部曲率半径 0.25 ）和 U 型缺口试样（2 或 5 深，底部曲率半径 1 ） 室温为 23 5 ，有特别规定的，应在规定温度2 下进行。 GB/T 197482005 V 型缺口试样 适用于钢的夏比 V 型缺口试样。经协商，也可用于其他金属材料和 U 型缺口试样的试验。 国外 ISO 228892013 匀质金属材料 适用于致密试样以及较薄的中等开裂的拉伸试样 ASTM B6452015 铝合金 在 ASTM E399 的基础上为铝合金平面裂纹断裂韧性提供补充信息，主要涉及到取样、尺寸选择及不合理结果的解释。 DB32/T 35972019 9 表 8（续） 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国外 ASTM B64617 铝合金 指出在特定情况下使用哪些当前标准，并在没有标准的情况下提供指导方针，该方法既可以直接测量断裂韧性，也可以进行筛选试验，节约成本。 ASTM B90917 铝制品 针对应力不可弯曲消除的铝制品提供补充指南，提出了识别残余应力何时会对测试结果产生明显偏离的准则，以及最小化测试过程中残余应力影响的方法。 5.3 裂纹扩展性能 裂纹扩展性能测试标准见表9。 表9 裂纹扩展性能测试标准 标准分类 标准名称 试样要求 备注 国内 HB 76231998 试样形状和尺寸选用标准的紧凑拉伸试样。 适用于金属材料在高温下用紧凑拉伸试样施加恒定载荷测定材料蠕变裂纹扩展速率。 GB/T 245222009 紧凑拉伸试样和中心裂纹拉伸试样。 应以2 的准确度控制试样的试验温度。 GB/T 63982017 紧凑拉伸试样、 中心裂纹拉伸试样、单边缺口拉伸试样、三点弯曲试样、四点弯曲试样、八点弯曲试样。 适用于测量各向同性的金属材料在线弹性应力为主， 并仅有垂直于裂纹面的力和固定应力比条件下的裂纹扩展速率。 标准中也规定了每种标准试样的尺寸和厚度。 国外 ASTM E74009 表面裂纹拉伸试样 需要不断的增加作用力并保持一定载荷。 ASTM E168103（2013） 试样厚度和尺寸满足试验要求即可。 在环境室进行测定由环境作用产生裂纹的金属材料应力强度因子阈值。 6 报告 报告应包括以下内容： 零件在增材制造体系构建区域中的位置与取向； 半成品的制备加工和调节过程及各项工艺参数，每件试样的标记； 试样的形状、尺寸和允许的公差，测试方向等； 测试样品后处理过程等信息； 所使用的标准； DB32/T 35972019 10 所使用的方法， 并描述所有使用的非标准处理方式或与标准处理方式的差异， 或者两者都描述； 测试结果及实验结论； 实验日期、实验室名称和地址、实验人、审核人、批准签字人； 测定过程中存在的任何异常特性和在本标准中没有规定的可能对试样或标准样品的分析结果产生影响的任何操作。 _