JIS-Z-2241：2011金属材料拉伸试验方法.doc

JIS-Z-2241：2011金属材料拉伸试验方法

目 次
1 适用范围....................................................................................... .................................... . １
2 规范性引用文件................................................................................................................ .... １
3术语和定义............................................................................................................................... １
4 符号和说明.............................................................................................................................. 2
5原理........................................................................................................................ ............. .... 8
6 试样......................................................................................................................................... 18
6.1形状及尺寸..................................................................................................... .................... 18
6.2试样种类............................................................................................... ......... ...................... 18
6.3试样加工..................................................................................................... .......................... 19
7 原始横截面积的测定.............................................................................................................. 21
8 原始标距的标记...................................................................................................................... 21
9 试验设备的准确度.................................................................................................................. 22
9.1试验机...................................................................................................................................22
9.2延伸计....................................................................................................................................22
10 试验条件.................................................................................................................................22
10.1试验零点的设定...................................................................................................................22
10.2试样夹持方法.......................................................................................................................22
10.3试验速度.............................................................................................................................. 23
11 上屈服强度的测定................................................................................................................. 24
12 下屈服强度的测定................................................................................................................. 25
13 规定塑性延伸强度的测定......................................................................................................25
14 规定总延伸强度的测定........................................................................................................... 25
15 规定残余延伸强度的验证和测定..........................................................................................25
16 屈服点延伸率的测定............................................................................................................ 26
17 最大力塑性延伸率的测定.................................................................................................... 26
18 最大力总延伸率的测定..........................................................................................................26
19 断裂总延伸率的测定..............................................................................................................26
20 断后伸长率的测定................................................................................................................. 27
21 断面收缩率的测定.................................................................................................................. 28
22试验报告.................................................................................................................................... 28
23测量不确定度.............................................................................................................................29
23.1一般..........................................................................................................................................29
23．2试验条件...............................................................................................................................29
23.3试验结果................................................................................................................................ 29
附录A(参考附录)计算机控制拉伸试验机使用的建议...............................................................30
附录B（规范性附录）厚度0.1mm～<3mm 薄板和薄带使用的试样类型...............................31
附录C(规范性附录)直径或厚度小于4mm 线材、棒材和型材使用的试样类型.....................34
附录D(规范性附录)厚度等于或大于3mm 板材和扁材以及直径或厚度等于或大于4mm 线材、棒材和型材使用的试样类型........................................................................................................35
附录E (规范性附录)管材使用的试样类型.................................................................................. 43
附录F(参考附录)考虑试验机柔度估计的横梁分离速率............................................................ 46
附录G（参考附录）断后伸长率低于5%的测定方法................................................................ 47
附录H(参考附录)移位法测定断后伸长率.................................................................................. 48
附录I（(参考附录）棒材、线材和条材等长产品的无缩颈塑性伸长率的测定方法……….50
附录JA(参考附录).......................................................................................................................... 51
附录JB（参考附录）......................................................................................................................52
附录JC(参考附录)JIS与国标对照表…………………………………………………………….55

日本工业规格
Z2241：2011
金属材料拉伸试验方法
Metallic materials -Tensile testing -Method of test at room temperature
序文
本标准修改采用国际标准ISO 6892-1：2009《金属材料 室温拉伸试验方法》。
本标准的整体结构、层次划分、编写方法和技术内容与ISO/DIS 6892：2007基本一致，与国际标准差异之处见附件JC。

1 适用范围
本标准规定了金属材料拉伸试验方法（在室温10-35℃）
注：本规格的定义、符号和说明与国际标准相同
ISO 6892-1：2009Metallic materials -Tensile testing -Method of test at room temperature
（MOD）
对应程度为MOD，依照 ISO/IEC Guide 21-1，MOD为修订之意。
试验要求、性能测定、测定结果数值修约和试验报告。
本标准适用于金属材料室温拉伸性能的测定。

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。对于引用文件，其最新版本适用于本标准。
JISB7721拉力试验机- 拉力或压力机测力系统的检验与校准
注：对应国际标准ISO 7500-1:2004 Metallic materials-Verification of static uniaxial testing machines－Part 1: Tension/compression testing machines－Verification and calibration of the force-measuring system（MOD）
JISB7741试验用引伸计的检定方法
注：对应国际标准ISO/DIS9513:1996 Metallic materials- Verification of extensometers used in uniaxial testing（MOD）
JISG0202钢铁术语
JISZ8401 数值修约规则
3 术语和定义
JISG0202 相关术语和定义与下列术语和定义适用于本标准。
3.1
标距 Gauge length ，L
测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度。
3.1.1
原始标距 Original gauge length，L0
施力前的试样标距。
3.1.2
断后标距 Final gauge length，Lu
试样断裂后的标距。
3.2
平行长度 Parallel length，Lc

试样两头部或两夹持部分（不带头试样） 之间平行部分的长度。
3.3
伸长 Elongation
试验期间任一时刻原始标距的增量。
3.4
伸长率 Percentage elongation
原始标距的伸长与原始标距之比的百分率。
3.4.1
残余伸长率 Percentage permanent elongation
卸除指定的应力后，伸长相对于原始标距的百分率。
3.4.2
断后伸长率 Percentage elongation after fracture。A
断后标距的残余伸长（Lu- L0）与原始标距之比的百分率。对于比例试样，若原始标距不为5.65 (S0 为平行长度的原始横截面积)，符号A 应附以下脚注说明所使用的比例系数，例如，A11.3表示原始标距为11.3 的断后伸长率。

对于非比例试样，符号A 应附以下脚注说明所使用的原始标距，以毫米（mm）表示，例如， mm A80 表示原始标距为80mm 的断后伸长率。
3.4.6
屈服点延伸率 Percentage yield point extension，Ae
呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，屈服开始至均匀加工硬化开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距之比的百分率。

3.5
引伸计标距长度 Extensometer gauge length，Le
用引伸计测量试样延伸时所使用试样平行长度部分的长度。
注：，对于测定屈服强度和规定强度性能，建议Le 应尽可能跨越试样平行长度。理想地 Le 应大于L0/2 但小于约0.9Lc。这将保证引伸计能检测到发生在试样上的全部屈服。最大力时或在最大力之后的性能，推荐Le 等于L0 或近似等于L0，但测定断后伸长率时Le 应等于L0。
3.6
延伸 Extension
试验期间任一给定时刻引伸计标距的增量。
3.6.1
延伸率 Percentage extension
用引伸计标距表示的延伸百分率
3.6.2
残余延伸率 Percentage permanent extension
试样施加并卸除应力后引伸计标距的延伸与引伸计标距之比的百分率。
3.6.4
最大力总延伸率 Percentage total extension at maximum force
Agt
最大力时原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与原始标距之比的百分率。
3.6.5
最大力塑性延伸率 Percentage plastic extension at maximum force
Ag
最大力时原始标距的塑性延伸与原始标距之比的百分率。
3.6.6
断裂总延伸率 Percentage total extension at fracture
At
断裂时刻原始标距的总延伸（弹性延伸加塑性延伸）与原始标距之比的百分率。
3.7
试验速率 Testing rate
3.7.1
应变速率 Strain rate，e& Le
用引伸计标距e L 测量时单位时间的应变增加值。
3.7.2
平行长度估计应变速率 Estimated strain rate over the parallel length，e& Lc
根据横梁分离速率和试样平行长度计算的试样平行长度的应变单位时间内的增加值。
3.7.3
横梁分离速率 Crosshead separation rate，νc
单位时间的横梁位移
3.7.4
应力速率 Stress rate，R&
单位时间应力的增加。
3.8
断面收缩率 Percentage reduction of area，Z
断裂后试样横截面积的最大缩减量(So-Su)与原始横截面积之比的百分率。

3.9
最大力 Maximum force，F m
试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。对于无明显屈服（连续屈服）的金属材料，为试验期间的最大力。
3.10
应力 Stress，R
试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积之商。
3.10.1
抗拉强度 Tensile strength，R m
相应最大力(Fm)的应力。
3.10.2
屈服强度（屈服点） Yield strength
当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度。
3.10.2.1
上屈服强度（上屈服点） Upper yield strength，R eH
试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。
3.10.2.2
下屈服强度（下屈服点） Lower yield strength，R eL
在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。参见图2

R 应力
e 延伸率
a 初始瞬时效应
ReH: 上屈服强度
ReL：下屈服强度
图2-上屈服应力及下屈服应力
3.10.3
规定塑性延伸强度 Proof strength, plastic extension，R p
塑性延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率，例如， R p0.2，表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力。参见图3

R 应力 R 应力
e 延伸率 e 延伸率
规定的塑性延伸率 规定的总延伸率
Rp: 规定塑性延伸强度 Rt: 规定总延伸强度

图3应力（塑性延伸法） 图4应力（总延伸法）
3.10.4
规定总延伸强度 Proof strength，total extension，R t
总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率.见图4，例如R t0.5，表示规定总延伸率为0.5%时的应力。
3.10.5
规定残余延伸强度 Permanent set strength，R r
卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸计标距百分率时对应的应力。使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率。例如R r0.2，表示规定残余延伸率为0.2%时的应力。

R 应力 R 应力
e 延伸率 e 延伸率
规定的残余延伸率 规定的塑性延伸率
Rr: 规定残余延伸强度 Rp: 规定塑性延伸强度
图5应力（残余延伸法） 图6 应力（偏移法）
3.11
断裂 fracture
当试样发生完全分离时的现象。
注：在ISO 6892-1 的图A.2 给出了计算机控制试验机用断裂的定义。
4符号和说明
本标准使用的符号和相应的说明见表1。
表1

a.1MPa =1 N/mm2
b. 如果使用最佳条件（高分辨力，平均引伸计，良好的试样对中），应力-延伸率曲线的弹性部分的斜率值接近弹性模量值。

a)平行线法 b)倾斜线法
R 应力
e 延伸率
a 经过均匀加工硬化前最后最小值点的水平线
b 经过均匀加工硬化前屈服范围的回归线
c 均匀加工硬化开始处曲线的最高斜率线
Ae：屈服点延伸率
ReH: 上屈服强度
图7 屈服点延伸率的评价方法

c） 应力-延伸率状态的特殊情况a

R 应力
e 延伸率
ReH：上屈服强度
Rm：抗拉强度
注a：呈现图8 c）应力-延伸率状态的材料，按照本标准无确定的抗拉强度。双方可以
另做协议

图8 抗拉强度

图9 拉伸试验中测定ReH、ReL、Rp、Rt 和Rm 时应选用的应变速率范围

R 应力
e 延伸率
a 非真实值，产生了突然的应变速率增加
b 如果应变速率突然增加时的应力-延伸率状态１４
注： 特征值定义见表1
图10 在应力-延伸率曲线上不可允许的不连续性图解

ao：板试样原始厚度
bo: 板试样平行长度的原始宽度
L0：原始标距
Lc：平行长度
Lt：试样总长度
Lu：断后标距
So：平行长度的原始横截面积
1 夹持头部
注： 试样头部形状仅为示意性
图11 机加工的矩形横截面试样（见附录B 和D）

LO：原始标距
So：平行长度的原始横截面积
图12 棒状试验片不经机加工试样（见附录C）

do: 圆试样平行长度的原始直径
L0：原始标距
Lc：平行长度
Lt：试样总长度
Lu：断后标距
So：平行长度的原始横截面积
Su：断后最小横截面积
注： 试样头部形状仅为示意性
图13 棒形横截面机加工试样（见附录D）

ao：原始管壁厚度
Do: 原始管外直径
L0：原始标距
Lt：试样总长度
Lu：断后标距
So：平行长度的原始横截面积
Su：断后最小横截面积
1夹持头部
图14 圆管管段试样（见附录E）

ao：原始管壁厚度
bo: 圆管纵向弧形试样原始管宽度
L0：原始标距
Lc：平行长度
Lt：试样总长度
Lu：断后标距
So：平行长度的原始横截面积
Su：断后最小横截面积
1 夹持头部
注： 试样头部形状仅为示意性
图15 圆弧形试样（见附录E）
5原理
试验系用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，测定第3 章定义的一项或几项力学性能。
除非另有规定，试验一般在室温10℃～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。
6 试样
6.1 形状与尺寸
6.1.1 一般要求
试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸。通常从产品、压制坯或铸件切取样坯经机加工制成试样。但具有恒定横截面的产品（型材、棒材、线材等）和铸造试样（铸铁和铸造非铁合金）可以不经机加工而进行试验。试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。
试样原始标距与横截面积有关系者称为比例试样。国际上使用的比例系数k 的值为5.65。原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k 为5.65 的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值（优先采用11.3 的值）或采用非比例试样。
注：选用小于20mm 标距的试样，测量不确定度可能增加。
非比例试样其原始标距与原始横截面积无关。
试样的尺寸公差应符合相应的附录B～附录E（见6.2）。
6.1.2 机加工的试样
如试样的夹持端与平行长度的尺寸不相同，他们之间应以过渡弧连接。此弧的过渡半径的尺寸可能很重要，如相应的附录(见6.2)中对过渡半径未作规定时，建议，应在相关产品标准中规定。
试样夹持端的形状应适合试验机的夹头。试样轴线应与力的作用线重合。
试样平行长度或试样不具有过渡弧时夹头间的自由长度应大于原始标距。
尺寸及允许偏差见附件B-E
6.1.3 不经机加工的试样
如试样为未经机加工的产品或试棒的一段长度，两夹头间的长度应足够，以使原始标距的标记与夹头有合理的距离（见附录B～E）。
铸造试样应在其夹持端和平行长度之间以过渡弧连接。此弧的过渡半径的尺寸可能很重要，建议在相关产品标准中规定。试样夹持端的形状应适合于试验机的夹头。平行长度应大于原始标距。
6.2 试样类型
附录B～附录E 中按产品的形状规定了试样的主要类型，试样的种类见表2.1及2.2规定。相关产品标准也可规定其他试样
类型。
表 2.1 — 试样的主要类型

表2.2-试验片的分类
试样形状
板形试样
棒形试样
管状试样
圆弧形试样
线形试样
比例试样
14B号
2号，14A号
14C号
14B号

定型试样
1A号，1B号，
5号，13A号，13B号
14号，10号，8A号，8B号，8C号，8D号
11号
12A号，12B号12C号

9A号，9B号
注记 1B号试验片，用于表2.3中试验片不适合的情况。

用哪种试样，根据它们各自材料标准指定。但最好根据表2.3来区分。
表2.3　试样使用区别
材料
试样
备注
对应附件
区分
尺寸
比例
定形
板·平·形·带·
板厚超过40mm
14A号
4号，10号
选取棒形试样时
附件D
14B号
—
选取板形试样时
板厚超过20mm～40mm以下
14A号
4号，10号
选取棒形试样时
14B号
1A号
选取板形试样时
板厚超过6mm～20mm以下
14B号
1A号，5号
板厚超过3mm～6mm以下
5号，13A号，13B号
板厚3mm以下
—
附件B
棒
—
2号，14A号
4号，10号
—
附件C
附件D
线
—

9A号，9B号
—
管
管外径较小
14C号
11号
选取管形试样时
附件E
管外径在50mm以下
14B号
12A号
选取圆弧形试样时
管外径超过50mm～170mmc 以下
12B号
管外径超过170mm
12C
管径200mm以上
14B号
5号
选取板形试样或圆弧形试样时
管壁厚
14A号
4号
选取棒形试样时
铸造产品
—
14A号
4号
—

——
—
—
8A号，8B号
8C号，8D号
用于没有拉伸值时。
从铸造的试样材料选取
锻造产品

14A号
4号，10号
—
6.3试验片的调制
根据材料相应的关联标准（如JIS G 0416等）要求，进行取样和调制。
7 原始横截面积的测定
应在试样平行长度中心区域以足够的点数测量试样的相关尺寸。
建议至少在三点测量试样尺寸。
原始横截面积是根据测量的尺寸计算的平均横截面积。
注：原始横截面的计算准确度依赖于试样本身特性和类型。附录B～E 给出了不同类型试样原始横截面积的评估方法，并提供了测量准确度的详细说明。
试验片的各尺寸，最好用标点间足够的点数测量。
最少测3点。
注记 使用标称尺寸的情况在附录B及附录D中规定。测定点为一个地方的情况，在附录JA中规定。
试验片的各尺寸，最少用0.5%的精度测量。但是，2mm以下的尺寸，也可以到达0.01mm。
原始横断面积So为平均断面，用适当的尺寸测定结果计算出来。但是，但是，带有锥形的试验片，测定最小断面的横断面积作为原始横断面积。
计算方法，如下所示。
例1 管状试验片以外的试验片平行部原始横断面积So，为标点间两端及中央3处的测定值的平均值。
管状试验片中，试验片端部求出的横断面积为原始横断面积So。
例2 求得圆形横断面积试验片及管状试验片的原始横断面积So中的直径，为相互垂直的2方向测定值的平均值。
求得管状试验片的原始横截面积So的厚度，为管端部圆周3等分以上测定值的平均值。
注记 管状试验片的相互垂直的2方向测定时内外径差的平均值，可以为4处厚度的平均值的2倍。
计算的精度，依据试验片的种类及形状决定。附录B~附录E中记载了不同种类试验片原始横断面积So的评价方法。
8 原始标距的标记
应用小标记、细划线或细墨线标记原始标记，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。对于易损或难以标记的试样，可以刷涂料后在涂料上划线。
对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近5mm 的倍数。原始标距的标记应准确到±1%。
原始标距的最小测定精度为0.1mm。引伸计标距的误差在±1.0%以内时，规定的尺寸可以作为原始标距。
如平行长度比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原始标距。
有时，可以在试样表面划一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。
注：使用引伸的断裂伸长率时，非必要的情况下，没有标记的试验片上的参考点也可以测量（参见20.2）
9 试验设备的准确度
9.1试验机按照JIS B 7721应为1 级或优于1 级准确度。
9.2引伸计的准确度级别应符合JIS B 7741的要求。应使用不劣于2 级准确度的引伸计。

10 试验要求
10.1设定试验力零点
在试验加载链装配完成后，试样两端被夹持之前，应设定力测量系统的零点，一旦设定了零点，在试验期间力测量系统不能再发生变化。
注：上述方法一方面是为了确保夹持系统的重量在测力时得到补偿，另一方面是为了保证夹持过程中产生的力不影响力值的测量。

10.2 试样的夹持方法
应使用例如楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头、套环夹具等合适的夹具夹持试样。
应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用，尽量减小弯曲（更多信息见ASTME1012）。这对试验脆性材料或测定规定非比例延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要。
为了得到直的试样和确保试样与夹头对中，可以施加不超过规定强度或预期屈服强度的5%相应的预拉力。应对预拉力的延伸影响进行修正。
10.3试验速率
注ISO6892-1速度方法A在本标准中为附件，内容参见附件JB。本部分主要描述应力速率控制试验速率方法B
10.3.1 总则
试验速率取决于材料特性并应符合下列要求。若无其他规定，在应力达到规定屈服强度的1/2之前，可以采用任意试验速率，超过这点后的试验速率应按表3规定。
10.3.2 测定屈服强度和规定强度的试验速率
10.3.2.1 上屈服强度
在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在表3 规定的应力速率范围内。
表3 应力增加速度
材料弹性模量E/(Mpa)
应力增加速度/Mpa·s-1
最小
最大
＜150000
2
20
≥150000
3
30
注ISO 6892-1中≥150000时应力增加速度为6-60 Mpa·s-1
10.3.2.2 下屈服强度
如仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/s～0.0025/s 之间。平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。如不能直接调节这一应变速率，应通过调节屈服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。
任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超过表3 规定的最大速率。
10.3.2.3 上屈服强度和下屈服强度
如在同一试验中测定上屈服强度和下屈服强度，测定下屈服强度的条件应符合10.3.2.2 的要求。
10.3.2.4 规定塑性延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度
除非另有规定，在达到