ICS 77.040.10 CCS H 22 团 体 标 准 T/CSTM 002 78—2021 金属材料强度、应力应变关系的 圆环压缩试验方法 Ring compression test method for strength and stress-strain relationship of metallic materials 2021-02-23发布 2021-05-23 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00278 —2021 I 前 言 本文件参照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》 给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由中国材料与试验团体标准委员会航空材料领域委员会（ CSTM/FC53 ）提出。 本文件由中国材料与试验团体标准委员会航空材料领域委员会（ CSTM/FC53 ）归口。 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00278 —2021 1 金属材料强度、应力应变关系的圆环压缩试验方法 1 范围 本文件规定了测定金属材料强度、应力应变关系的圆环压缩试验的试验设备、试样、试验步 骤、试验数据处理和试验报告。 本文件适用于均质、各向同性、应变硬化规律呈现幂指数特征的金属材料在均匀变形阶段的 强度、应力应变关系的测定。存在明显屈服平台或表现为线性硬化的金属材料可参照使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引 用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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 228.1 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法 GB/T 10623 金属材料 力学性能试验术语 JJG 139 拉力、压力和万能试验机检定规程 3 术语和定义 、符号 3.1 术语和定义 GB/T 10623 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1 Hollomon 模型 Hollomon model 用于描述符合幂律硬化特征材料应力应变关系的数学模型。 3.1.2 优度 goodness 采用多个圆环试样测得的应力应变曲线中，单个圆环试样的应力应变测量曲线与平均应力应 变曲线的接近程度。 3.2 符号 本文件使用的符号和说明见表 1。 表1 符号和说明 符号 说明 单位 bij 无量纲参数， i=1,2,j=1,2 — B 圆环的宽 度 mm ci 无量纲参数， i=1,2 — C 圆环压缩试验加载曲线拟合系数 — d 圆环的内直径 mm D 圆环的外直径 mm Ef 圆柱压头材料的弹性模量 MPa CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00278 —2021 2 表1 符号和说明 （续） 符号 说明 单位 Er 采用本标准方法测得的 弹性模量 MPa E* 特征弹性模量 MPa F 施加于圆环上的力 N Fu 力-位移曲线初始卸载点的 力 N FL 圆环的极限力 N Fp 预加力 N h 圆环在力方向所产生的位移 mm h0 零点平移截距 mm hu 力-位移曲线初始卸载点的位移 mm hum 经零点修正后的力 -位移曲线初始卸载点的位移 mm k 公式（1）中的几何参数 — m 圆环压缩试验加载曲线拟合指数 — n Hollomon 模型中材料硬化指数 — N 平行试样数量 — q1 经零点修正后的力 -位移曲线 卸载阶段 拟合系数 — q2 经零点修正后的力 -位移曲线 卸载阶段 拟合指数 — ri 优度， i=1,2,…, N — Rp0.2 规定塑性延伸率为 0.2%时的强度 MPa Rm 抗拉强度 MPa SL 力-位移曲线 的加载刚度 N/mm Su 力-位移曲线 初始卸载点的卸载 刚度 N/mm α0 弹性变形系数 — α1 无量纲有效体积系数 — α2 等效应变系数 — α3 无量纲有效体积指数 — α4 等效应变指数 — β 求解材料弹性模量时考虑压头弹性模量影响的修正系数 — ε 等效应变 mm/mm εy Hollomon 模型中材料参考屈服应变 mm/mm σ 等效应力 MPa σy Hollomon 模型中材料参考屈服应力 MPa ρ 圆环内外径比值 d/D — 4 试验设备 4.1 试验设备包括 试验机、圆柱压头 、力和位移测量装置等 。典型圆环压缩加载示意图如图 1 所示。 4.2 试验机应具备对试样连续施加力的能力。 4.3 圆柱压头 直径应大于 圆环外径，具有足够的刚度和硬度。 压头材料的硬度不低 于HRC 60， 弹性模量 Ef不低于2×105MPa。 4.4 试验设备应具 备测量力和位移的能力。力测量系统的准确度应不低于 1级，位移测量系统的 准确度应不低于 1级，应按 JJG 139定期进行 检定。 4.5 试验设备应具备采集和存储试验数据的能力。 4.6 测量圆环 尺寸的量具分辨 力应优于 1μm。 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00278 —2021 3 F D/2d/21 2 3 标引序号说明 ： 1——上压头； 2——圆环试样； 3——下压头。 图1 典型圆环压缩加载示意图 5 试样 5.1 圆环外径 应在5mm～20mm范围内，内外径比值应在 0.6～0.7范围内，圆环的宽度 B应满足 D/10≤B≤D/3，圆环试样 如图2所示。 5.2 平行试样应不少 于3个。尺寸公差和形位公差按一般公差处理。 图2 圆环试样 6 试验条件 6.1 除非另有规定， 试验一般在 10℃～35℃室温下进行。对于温度要求严格的试验，室温应为 23℃±5℃。试验过程中环境温度应保持稳定。 6.2 应避免环境对试验结果造成不利影响的冲击和振动等干扰。 7 试验步骤 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00278 —2021 4 7.1 测量圆环 外径 D、内径 d和宽度 B。应在圆周上均 分3点测量圆环的几何尺寸，取各次测量 结果的平均值作为最终结果。 7.2 圆环按试验机加载方向放置在 圆柱压头 中心位置， 圆环和压头表面洁净 。 7.3 按以下步骤预实验确定卸载点位移： a) 任选 一个圆环作为预试验试样， 确定卸载点位移 ； b) 对预试验 试样预加 力Fp，Fp不超过0.2F L，FL由公式（1）计算： 122 L 1 2 y 1 11 2 21 22 2 12      bF kD b bb BBk c cDD …………………………………… （1） 参数 b11、b12、b21、b22、c1、c2列于表2。由于公式(1)中y未知，首个试样的 FL 可采用200MPa～400MPa预估，当试验获得了 y后，后续试样试验 以该结果计算 FL。 表2 参数b11～b22的值 b11 b12 b21 b22 c1 c2 0.06390 -3.315 0.8258 -0.7371 0.3651 0.9284 c) 采用位移控制对预试验试样连续加载位移至 0.15 D，加载速率0.1mm/min ～0.3mm/min ； d) 按图3作初始加载段 ab的线性段的平移线 ce，平移量 O’e=(0.003±0.001) D； e) 平移线 ce与力-位移曲线相 交于 c点， hu即为卸载点位移。 F Oac edf O'hUFU Fpb 标引序号说明 ： abc——首次加载曲线 ； cd——卸载曲线； dcf——第二次加载曲线。 图3 卸载法确定弹性 模量示意图 7.4 选用除预试验试样外的 圆环按7.5和7.6进行正式试验。 7.5 按图3对圆环进行加载 -卸载-加载试验。首先以位移控制加载 至位移 hu，加载速率 0.1mm/min ～0.3mm/min 。然后以力控制卸载至（ 0.2～0.5）FL或（0.2～0.5）Fu，最后以位移控 制第二次加载至 0.15D，加载速率与第一阶段加载保持一致。 7.6 记录整个试验过程中的力 F和位移 h。 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00278 —2021 5 8 试验数据处理 8.1 零点修正 8.1.1 对于每次试验，均应单独确定零点。 在力-位移曲线线性位移范围内，应采集足