钢结构钢材原材料力学性能检测技术

钢结构钢材原材料拉伸、冷弯力学性能检测技术 一、检测依据 《碳素结构钢》GB/T700-2006 《金属材料 室温拉伸试验方法》GB/T228-2002 《金属材料 弯曲试验方法》GB/T232-1999 二、技术要求 1.1. 拉伸试验拉伸试验 1）原理 试验系用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，侧定材料的屈服强度Re（MPa） 、抗拉强度Rm （MPa） 、 伸长率 A（%） 。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℃ 士 5℃。 伸长率伸长率 A A：原始标距的伸长与原始标距(L0)之比的百分率。 应力应力：试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积(S0)之商。 屈服强度屈服强度R Re e：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。 抗拉强度抗拉强度R Rm m：相应最大力(Fm) 的应力。 极限强度极限强度 ultimate strengthultimate strength 物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。一般用 标称应力来表示。根据应力种类的不同，可分为拉伸强度(σt)、压缩强度(σc)、剪切强度(σs) 等。 2）制样 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 锭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。 矩形横截面试样， 推荐其宽厚比不超过 8:1。 试样原始标距与原始横截面积有L 0 k S 0 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。非比例试样其原始标距(L0)与其原始横截面积（S0）无关。 a. 机加工的式样 图 1 b. 为产品一部分的不经机加工试样 地脚螺栓（圆钢）试样试样图 钢板、型钢试样试样图 一般要求试件宽度取25 夹持端 图 2 3）原始横截面积(S0)的侧定 S0=ab………(a、b 为试样截面的长宽)a 一般都去 25mm 4）原始标距(L0)的标记 应用小标记、细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。 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，中间数值向较大一 方修约。原始标距的标记应准确到±1%。 如平行长度(Lc)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。 5）试验速率 应力速率取 10（N/mm2） ·S-1 6)断后伸长率的测定 为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线 上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。 应使用分辨力优于 0.1 mm 的量具或测量装置测定断后标距(L0)，准确到±0.25mm。 7）屈服强度（Re）的测定 图 3 应力----应变曲线 延伸率 初始瞬时效应 ①从 A 到 B 的直线表示弹性区域内荷载与变形的关系，只要荷载不超过 B 点，当卸载后， 试样会恢复到原来的尺寸和形状，B 点的应力称为材料的弹性极限。 ②在 B 到 D 点阶段，卸载后试样无法恢复原始状态。在 C 点，塑性变形速率很快，以至于 由塑性变形导致应力松弛率超过了材料的抵抗力，所以应变增加的同时，应力不再增加，反 而下降，C 点称为屈服点。 ③在 D 点，曲线突然升高，表明材料已经加工硬化，必须增加荷载才能使材料继续变形。 在 E 点前，材料的变形速率不断增加，E 点是材料的极限强度（拉伸试验时称为抗拉强度） 。 ④断裂强度为何比极限强度低？ 材料的极限强度是以材料的初始截面面积定义的最高强度，因此，塑性材料在经过拉伸，颈 缩后，材料的截面面积变小很多，断裂时荷载已经变得很低。当材料塑性的降低，材料的极 限强度与断裂强度变得很接近。 屈服强度又称为屈服极限 ，是材料屈服的临界应力值。 （1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值） ； （2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通 常为 0.2%的永久形变）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的 实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正 常使用。 当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外， 还产生部分塑性变形。当应力达到B 点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动， 这 种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点 应 力 的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(ReL 或 Rp0.2)。 有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作 为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength） 。 首先解释一下材料受力变形。 材料的变形分为弹性变形 （外力撤销后可以恢复原来形状） 和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短） 建筑钢材以 屈服强度 作为设计应力的依据。 所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向弹 -塑性状 态过度，它标志着宏观塑性变形的开始。 抗拉强度（Rm）的测定 读取试验过程中的最大力。最大力除以试样原始横截面积(S0)得到抗拉强度。 Rm=Fm/ S0（MPa）N/mm2 8）试验结果处理 试验出现下列情况之一其试验结果无效，应重做同样数量试样的试验。 a. 试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上，而且断后伸长率小于规定最小值; b. 试验期间设备发生故障，影响了试验结果。 试验后试样出现两个或两个以上的缩颈以及显示出肉眼可见的冶金缺陷 (例如分层、气 泡、夹渣、缩孔等)，应在试验记录和报告中注明。 2.2.弯曲试验（弯曲试验（GB/T 232-1999GB/T 232-1999）） 1 1）原理）原理 弯曲试验是以圆形、方形、矩形或多边形横截面试样在弯曲装置上经受弯曲塑性变形， 不改变加力方向，直至达到规定的弯曲角度。 弯曲试验时，试样两臂的轴线保持在垂直于弯曲轴的平面内。如为弯曲 180°角的弯曲试 验， 按照相关产品标准的要求， 将试样弯曲至两臂相距规定距离且相互平行或两臂直接接触。 图 4 本公司采用支辊式弯曲装置进行弯曲试验 ①支辊长度应大于试样宽度或直径。支辊半径应为 1～10 倍试样厚度。 ②除非另有规定，支辊间距离应按下式确定： L=(d+3t)±0.5t ③弯曲压头直径应在相关产品标准中规定，压头宽度应大于试样宽度或直径，且有足够 的硬度。 2 2）试样）试样 ①试验使用圆形、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 产品标准的要求如未具体规定，对于钢产品，