金属基复合材料拉伸性能标准试验方法

Test Method for Tension Testing of Metallic Materials 引伸计分类及标定的操作规程3
Practices for Verification and Classification of Extensometers 试验方法中各项精度和偏差使用的操作规程4
Test Method for Performance Characteristics of Metallic Bonded Resistance Strain Gages 与质量和统计有关的术语4
Terminology for Relating to Quality and Statistics 拉伸载荷下试样对中标定的操作规程3
8 试验件
8.1 概述 8.1.1 试验件尺寸——在材料可获得性和经济性限制范围内，试件尺寸应足够大以在统计 上能代表材料来提供有意义的数据，只要可能，应大到足以能粘贴应变计或装引伸计。包 括变形测量装置的工作段长度应至少13 mm[1/2 in.]。
注1——由于材料尺寸限制无法提供工作段长度大于13 mm[1/2in.]的试件时，没有提供标准的更小尺 寸试件，这些小尺寸对材料研制是有用的，但不认为是标准的。应按其尺寸限制分别评估和报告由这些非 标准试件得到的试验数据。
6 影响因素
6.1 拉伸试验数据是用于真实结构工程设计的主要判据，因此定义实现真实拉伸性能包括 统计变量的试验状态十分重要。这样的数据将允许设计工程师来确定最合适和最有意义的 安全裕度。以下一些试验方法细节将引起明显的数据偏差： 6.1.1 材料和试样制备——粗糙的材料加工方法，缺乏控制的纤维定位以及不适当的试样 加工引起的损伤，是引起疲劳数据高度分散的已知因素。 6.1.2 夹持——由于夹持而引起的破坏有很高的百分比，尤其是材料数据分散度很大时， 说明试件的夹持出现问题。 6.1.3 系统对中度——过度弯曲引起试样提前破坏，同时也使弹性模量出现较大偏差。应 尽量消除由试验系统引起的过度弯曲。夹头对中度不好、试件不合适地安装于夹头中或粗 糙的试样制备引起的试件尺寸超出公差范围，均可能导致试样弯曲。若怀疑试验机的对中，， 应检查其对中度.
AS复合材料拉伸性能标准试验方法1
Standard test method for tension Properties of Fiber Reinforced Metal Matrix Composite Materials
1 范围
1.1 本试验方法适用于测定连续或不连续高模量纤维增强的金属基复合材料拉伸性能，本 试验方法也适用于1.1.6中叙述的非商业金属基复合材料。本试验方法用于在实验室环境中 对试件施加单轴载荷，室温或高温均可。金属基复合材料类型包括： 1.1 单向——所有纤维在单一方向排列的任何纤维增强复合材料，连续或不连续纤维，纵 向和横向性能。 1.1.2 0°/90°均衡正交——仅由0°和90°层组成的层压板，不需对称，连续或不连续增强纤 维。 1.1.3 角铺设层压板——任何由±θ角层组成的均衡层压板，这里θ角表示相对于参考方向的 锐角，无0°增强纤维的连续增强纤维（如(±45)ns，(±30)ns等）。 1.1.4 准各向同性层压板——一种均衡对称的层压板，对这种层压板，给定点所关心的本 构性能在层压板平面内呈现各向同性，带有0°增强纤维的连续增强纤维（如(0/±45/90)s， (0±30)s等）。 1.1.5 无序和随机非连续纤维。 1.1.6 定向固态共晶体复合材料。 1.2 以国际单位(SI)或英制单位(inch-pound)给出的数值可单独作为标准。正文中，英制单 位在括号内给出，每一种单位制之间的数值并不严格等值，因此每一种单位制必须单独使 用，由两种单位制组合的数据可能导致与本标准的不相符。 1.3 本标准并未打算提及，若存在的话，与使用有关的所有安全性问题。在使用本标准之 前，用户有责任建立合适的安全与健康的操作方法，以及确定规章制度的适用性
3 ASTM标准年鉴, Vol 03.01。 4 ASTM标准年鉴, Vol 14.02。 5 ASTM标准年鉴, Vol 14.03
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4 试验方法概述
4.1 将拉伸试件安装到试验机夹头中，以恒定的加载速率施加单调拉伸载荷，直至试件出 现破坏，能由破坏前承受的最大载荷确定材料的极限强度。若用应变或位移传感器监测试 样应变，则能确定材料的应力-应变响应，由此能得到极限拉伸应变、比例极限和拉伸弹性 模量。
7 设备
7.1 千分尺——仪器精度应满足其最小读数在试件宽度和厚度尺寸的1%以内。对于通常的 试 件 儿 何 尺 寸 ， 精 度 为 ±2.5μm[±0.0001in.] 的 仪 器 便 能 满 足 对 试 件 厚 度 的 测 量 ， 精 度 为 ±25μm[±0.0001in.]的仪器便能满足对试件宽度的测量。 7.2 试验机——包括以下部分： 7.2.1 固定端头——具有带夹头的固定端头。
Practices for Verification of Specimen Alignment Under Tensile Loading
3 术语
3.1 定义——术语D 3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语，术语D 883定义 了与塑料有关的术语，术语E 6定义了与力学试验有关的术语，术语E 456和操作规程E 177 定义了与统计有关的术语。当各个标准定义的术语之间发生矛盾时，术语D 3878优先于其 他标准。 3.2 本标准专用术语定义： 3.2.1 连续纤维(continuous fiber)——在试样或元件内多晶或非晶纤维是连续的，或纤维两 端位于所考虑的应力场以外。 3.2.2 不连续纤维(discontinuous fiber)——在试样或元件内多晶或非晶纤维是不连续的，或 纤维两端位于所考虑的应力场以内。
Practices for Use of the terms Precision and Bias in ASTM Test Methods 用比较技术标定热电偶的试验方法5
Test Method for calibration of Thermocouples by Comparison Techniques 金属胶接电阻应变计工作特性试验方法3
5 意义与用途
5.1 制定本试验方法是为了得到用于材料标准，研究与开发，质量保证以及结构设计和分 析的拉伸性能数据。影响拉伸响应并应在报告中给出的因素包括：材料、材料制备和铺贴 方法、试件铺层顺序、试件制备、试件状态调节、试验环境、试件对中和夹持、试验速度、 在某一温度下的时间和增强体体积百分数。从本试验方法可获得试验方向的性能包括： 5.1.1 极限拉伸强度； 5.1.2 极限拉伸应变； 5.1.3 拉伸弹性模量； 5.1.4 泊松比。
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7.2.2 运动端头——具有带夹头的可动端头。 7.2.3 加载机构——具有使运动端头相对于固定端头一可控速度的加载机构，其速度要求 在第10章中予以规定。 7.2.4 载荷指示器——能显示试验件承受总载荷的适当的载荷指示机构。该装置应在规定 的试验速率下无惯性滞后，且给出的载荷精度应在显示值的±1%以内。试验机精度应按操 作规程E 4验证。因此应选择用于每个特定试验时标定的载荷范围，来保证预期的最大载荷 在标定载荷范围的20~80%，这是为确保线性标定载荷相应和防止载荷指示器不会超载。 7.2.5 夹头： 7.2.5.1 概述——夹头设计应适合被试试件，试验方法E 8中描述的夹头设计应是适用的， 但其尺寸应与试件匹配。 7.2.5.2 用于圆试件的夹头——适合圆柱形试件的夹头应是标准带螺纹夹头或分离带凸台 的夹头，凸台表面要与相应于第8章中所述试件紧密配合。夹头应自身对中。 7.2.5.3 用于平板试件的夹头——这种夹头应为为楔型夹头和侧向加压夹头，带有锯齿或 滚花表面与试件接触。夹头应自身对中，即它们应分别连接到固定端头和运动端头上，从 而在加载时夹头能使试件轴与载荷方向一致，致使试件截面无论是厚度方向还是宽度方向 都无明显的力矩。由楔型夹头或侧压夹头施加的侧向压力应足以防止夹头表面与试件加强 片表面间的滑移，且不会对试件的产生过度侧压损伤。若锯齿太粗糙，可垫以金刚砂布或 类似材料使试件加强片更大面积承受夹持力，分布更均匀。锯齿应保持清洁并小心操作， 保证试件在安装时对中。 7.2.5.4 夹头对中——为确保试件试验段处于均匀的轴向应力状态，应坚持以下对中措施。 试验系统应按试验方法E 1012对中，应对用于对中的试件对中，使得在施加了500 με平均应 变时测得的试验段最大弯曲百分数应不超过10%，且在零载时由夹头应力在对中试件上每 一个应变片产生的最大应变读数不超过50 με。 7.2.6 应变——应由应变计或引伸计测量得到的应变。 7.2.6.1 应变计——应变计纵向长度不小于3 mm，横向长度不小于1.5mm。应变片、表面 处理和胶黏剂的选择应对受体材料提供合适的性能，并应使用适合的应变记录装置。 7.2.6.2 引伸计——用于复合材料的引伸计应满足操作规程E 83，对工作段长度为25 mm的 试件，B-1级要求可用来代替应变计，它也用在超过应变计使用温度的高温试验中。引伸计 应按E 83定期标定。
2 ASTM标准年鉴, Vol 15.03。
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D 3878 E4 E8 E 83 E 177
E 220
E 251
E 456 E 1012
与复合材料有关的术语2
Terminology for Composite Materials 试验机力标定操作规程3
Practices for Force Verification of Testing Machines 金属材料拉伸试验方法3
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8.1.2 试件制备——金属基复合材料的力学性能测量对粗糙的试件加工方法特别敏感，必 须给予极大的关注，特别在机加工和去毛刺时。应使用金刚砂磨削、高压水切割或电火花 加工（EDM），用水润滑金刚砂磨削获得最终尺寸。应通过对加工表面仔细检验来确定要 求的金刚砂磨削深度。试件边缘应平整和相互平行且在规定容差内。研磨操作需特别小心 来尽量降低引起损伤的振动。EDM方法中，安装试件必须有良好的电接触以避免发生无关 的放电和损伤试件。可通过轻度基体刻蚀、手工打磨或锉磨来完成表面抛光。 8.1.3 试件横截面——在工作段内试件横截面必须是均匀的，允许两端稍稍有一点锥度， 只要最小截面在工作段中间且对称于中心线。对圆柱形试件，工作段端部与中间直径之差 限制在0.5%以内；对平板试件，试验段宽度的锥度不应超过1%，厚度不应有斜削。为在统 计上能代表材料，建议在加载方向至少铺设有200根连续长丝或碎纤维，或两者都有。 8.2 平板试件——平板试件标准尺寸见图1，在后面几节中通过增强物的体积含量和铺放 形式进行了讨论。 8.2.1 单向和正交铺设层压复合材料 8.2.1.1 纵向试件——轴向试验的单向和正交层压复合材料试件见图1的设计A，B，C，D 或E。若需传递载荷到试件或为防止夹持引起表面附近区域纤维损伤，可在试件夹持面粘贴 加强片，加强片应足够长在试件两端提供剪切面积，2WTLT，它足够大以能传递加于试件 的最大载荷。除最短试件外，其余所有试件肩部的曲率半径应至少为25 mm[1 in.]，实际上 肩部边缘应是连接弧形和加强片界面拐角的直线。对轴向试验推荐的单向和正交层压复合 材料试件的标准设计为设计A和B，设计C、D和E被认为是复合材料尺寸受限时的标准设计。 如注1所述，对在材料研发中受到板件尺寸或毛坯限制时，可使用非标准小试件（设计F）。 更进一步的尺寸限制（如晶须增强复合材料毛坯）会要求更小的试件，本标准未提供标准 设计。任何与所列标准试件尺寸的偏离或用设计F（以及其他非标准小试件设计）均应在数 据汇总内注明。 8.2.1.2 横向试件——单向复合材料横向强度是低的，需要较大宽度的试件以获得有代表 性和可重复的数据，获得这种数据的试件应采用设计A或F，但设计A是横向试件的首选尺 寸。若可用复合材料方向上的长度达不到76 mm[3 in.]（设计G），工作段长度可降至 13 mm[0.5 in.]，这时应变片的工作区必须精确位于工作段内。任何与所列标准试件尺寸的 偏离或用设计G（以及其他非标准小试件设计）均应在数据汇总内注明。 8.2.2 角铺设和准各向同性层压复合材料： 8.2.2.1 用于轴向试验的角铺设和准各向同性层压复合材料试验件见图1设计H，I，J和K， 若需要，可在试件夹持面粘贴加强片，来把载荷传递到试件，或防止夹持引起表面附近区 域纤维损伤。加强片应足够长以在试件两端提供剪切面积，2WTLT，它足够大以能传递加 于试件的最大载荷。对轴向试验的角铺设和准各向同性层压复合材料推荐的设计，对含有 45°和30°层的复合材料分别是设计H和设计I。若试验其他铺设方向的层板，工作段最大宽 度由WGmax=tanθ(LG)计算。任何与所列标准试件尺寸的偏离或用其他非标准试件设计均应在 数据汇总内注明。