2009年发布的ISO 6892-1：2009 Metallic Materials—Tensile Testing—Part 1：Method of Test at Room Temperature，新增了基于应变速率控制的试验速率，称为方法A。此外ISO 6892-1：2009还完全保留了上一版对试验速率的相关规定，即方法B。GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法》对试验速率的规定与ISO 6892-1：2009的基本一致，也将试验速率控制分为方法A和方法B。GB/T 228.1-2010的这一变化在业内引起了持续的讨论，讨论焦点主要集中在速率控制方式(应变、应力和横梁位移)、速率大小及速率对检验结果和效率等方面的影响。方昊等人结合目前正在进行的GB/T 228.1-2010修订工作，就方法A应用中遇到的问题(主要是不连续屈服试样，采用方法A的推荐速率时，试样平行长度内应变速率的相对误差超±20%的规定)进行探讨，希望对该次标准修订工作有所贡献。

01、应变速率应用中可能出现的问题

1.1引伸计控制方式存在速率失控等风险

 较早期的试验机，不具备应变速率控制能力或控制精度不高，引伸计控制方式存在速率失控等风险。为此，采用应变速率控制前，需对试验机的能力进行评估。

1.2应变速率相对误差难以满足标准

对于不连续屈服材料，测定下屈服强度ReL和屈服点延伸率Ae时，要求试样平行长度内应变速率的相对误差为目标值的±20%。由于屈服伸长变形是不均匀的，采用恒定的横梁位移速率控制且应变速率较低时，试样平行长度内应变速率的相对误差难以满足±20%的规定。

02、屈服阶段试验速率验证

方昊等人对GB/T 228.1-2010的方法A进行验证。方法A有两种不同类型的应变速率控制模式，第一种是基于引伸计的反馈而得到应变速率；第二种是根据平行长度估计的应变速率，由恒定的横梁位移速率来实现。

验证试验的设备为近期引入配有高刚度液压平推夹具和全自动引伸计的国际知名品牌拉伸试验机，采样频率设定为50s-1。验证速率范围为屈服阶段的应变速率范围2和范围3。

2.1连续屈服试样的验证

验证方法A基于引伸计的反馈而得到第一种应变速率，采用标准推荐的速率范围2(应变速率̇eLe=0.00025s-1，相对误差±20%)。对应ISO 6892-1：2019方法A1的范围2。验证试样取自具有连续屈服的无间隙原子钢(IF钢)冷轧薄板，制成GB/T 228.1-2010的P6带头试样(平行长120mm，宽度20mm，标距80mm)。

图1为连续屈服试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线，曲线呈典型的连续屈服特征。图2为屈服点及其附近应变速率及波动情况，可见屈服点及其附近引伸计标距内应变速率波动为0.0001~0.0004s-1，即0.00025s-1相对误差±40%的范围内，超出相对误差±20%的要求，但符合ASTM E8/E8M-16aε1的控制方法B规定的应变速率及误差范围(0.015±0.006)mm·mm-1·min-1。仔细观察图2可发现，大部分时间点的应变速率在0.0002~0.0003s-1，符合相对误差±20%的规定。

图1 连续屈服试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线

图2 连续屈服试样弹性及屈服阶段的应变速率-时间曲线

2.2不连续屈服试样的验证

根据GB/T 228.1-2010的方法A可知，对于呈不连续屈服的试样，上屈服强度之后，在测定下屈服强度和屈服点延伸率时，应当保持根据平行长度估计的第二种应变速率vc(vc=Lc×̇eLc，vc 为横梁位移速率，Lc为拉伸试样的平行长度,̇eLc为平行长度估计的应变速率)。直到不连续屈服结束。验证试样取自具有不连续屈服的冷轧薄板，验证第2种应变速率的范围2和范围3。

2.2.1 验证速率范围2

 速率范围2:̇eLc =0.00025s-1，相对误差±20%。(对应于ISO 6892-1：2019的方法A2的速率范围2)。

2.2.1.1 验证引伸计标距范围内的应变速率

验证试验采用GB/T 228.1-2010的P6带头试样，引伸计标距为80mm。图3为不连续屈服P6试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线，曲线呈典型的不连续屈服特征。上、下屈服点及其附近应变速率及变化情况见图4，可见试样标距内的应变速率的相对误差约为±60%，超出了标准规定的±20%相对误差。

图3 采用速率范围2时不连续屈服P6试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线

图4 采用速率范围2时不连续屈服P6试样引伸计标距内弹性及屈服阶段的应变速率-时间曲线

2.2.1.2 验证平行长度范围内的应变速率

采用GB/T 228.1-2010的平行长度100mm，宽度25mm的P7带头试样。引伸计标距长度与平行长度约为100mm。

GB/T 228.1-2010的3.5款：理想的L0应大于Lc/2但小于约0.9Lc，这将保证引伸计检测到发生在试样上的全部屈服(L0为原始标距，Lc为平行长度)。将引伸计标距长度设置为与平行长度相等，仅为了验证平行长度范围内的应变速率及速率相对误差能否满足标准规定。

图5为不连续屈服P7试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线，上、下屈服点及其附近应变速率及变化情况见图6，试样平行长度内应变速率波动主要集中在目标值的±60%，个别值达到目标值的±100%，超出了标准规定的±20%相对误差。

为排除速率波动系横梁位移速率不稳定所致，分析了横梁位移速率的波动情况。图7为图5对应试样试验时的横梁位移速率及其波动情况。由图7可见横梁位移速率非常稳定，波动范围仅为目标值的±0.8%。结合图2连续屈服试样应变速率的波动范围，可认为不连续屈服试样平行长度内应变速率波动主要由试样和测试系统引起。

图5 采用速率范围2时不连续屈服P7试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线

图6 采用速率范围2时不连续屈服P7试样平行长度内弹性及屈服阶段的应变速率-时间曲线

图7 采用速率范围2时不连续屈服P7试样弹性及屈服阶段的横梁位移速率-时间曲线

2.2.2 验证速率范围3

速率范围3:̇eLc=0.002s-1，相对误差±20%。(对应ISO 6892-1：2019的方法A2的速率范围3)。

仅验证平行长度内应变速率的波动范围。采用GB/T 228.1-2010的平行长度100mm，宽度25mm的P7带头试样。引伸计标距长度与平行长度均为100mm。

图8为不连续屈服P7试样平行长度内弹性及屈服阶段的应变速率-时间曲线，屈服点及其附近应变速率及变化情况见图9。可见，采用平行长度估计的应变速率范围3时，试样平行长度内的实际应变速率波动未超出标准规定的相对误差(±20%)。

图8 采用速率范围3时不连续屈服P7试样弹性及屈服阶段的应力-应变曲线

图9 采用速率范围3时不连续屈服P7试样平行长度内弹性及屈服阶段的应变速率-时间曲线

03、分析与讨论

3.1连续屈服试样

采用第一种应变速率的范围2(ISO 6892-1：2019的A1)时，由于试样标距内的应变速率是基于引伸计的反馈控制而得到的，应变速率波动主要来自试验机的机电仪系统。根据上述验证试验数据，现有试验机基本能将试样标距内的应变速率控制在±20%的相对误差内。如果适当扩大应变速率相对误差，比如将目前的±20%扩大至±40%，则能覆盖该次验证试验的应变速率波动范围。也与ASTM E8/E8M-16aε1的控制方法B规定的应变速率及误差范围(0.015 ± 0.006) mm·mm-1·min-1(即0.00025s-1±40%)相一致。

3.2不连续屈服试样采用速率范围2

采用第二种应变速率的范围2时，屈服阶段(含上屈服附近)，试样标距内和平行长度内的应变速率波动均超出了±20%的相对误差。由于拉伸曲线的物理屈服点是材料特性和试验机系统共同作用的结果，且试验系统达不到理想刚体，对于试样平行长度内屈服伸长为不均匀变形的材料，即使试验机能将横梁位移速率波动控制在极小的范围内，也无法将试样平行长度内的应变速率控制在某个恒定值或标准要求的±20%。GB/T 228.1-2010附录F给出的“考虑试验机刚度(或柔度)后估算的横梁位移速率”的方法，虽可将应变速率均值修正至目标值，但不能消除由试样不均匀变形引起的应变速率波动。文献介绍了不连续屈服材料试样采用引伸计反馈的应变速率进行屈服阶段控制，屈服阶段应变速率在0.0003s-1左右，个别数据达到0.002s-1。也表明不连续屈服试样采用速率范围2时，应变速率相对误差不满足标准规定。

根据该次验证试验，如果将第二种根据平行长度估计的应变速率的相对误差扩大至±100%，则能很好覆盖该次试验采用的试验系统的应变速率波动范围。

查阅ASTM E8/E8M-16aε1也能发现，其测定屈服特性的应变率控制方法，仅包含取自引伸计反馈信号的闭环控制，即GB/T 228.1-2010方法A中的第一种应变速率。

结合验证试验结果和ASTM E8/E8M-16aε1，对于GB/T 228.1-2010的第二种应变速率的范围2，建议要么结合材料特性和目前主流的拉伸试

验设备，适当扩大应变速率的相对误差，要么取消第二种应变速率。

3.3不连续屈服试样采用速率范围3

不连续屈服试样采用第二种应变速率的范围3时，屈服阶段(含上屈服点附近)，试样标距内和平行长度内的应变速率波动均未超出±20%的相对误差。由于采用横梁位移控制时，试验机和试样夹持方式与范围2相同时，由试验系统造成速率波动是相近的，差异主要由试样引起。但应变速率由范围2的0.00025s-1提高到范围3的0.002s-1时，同样为±20%的相对误差，范围3的速率波动幅度较范围2提高了8倍。

04、结论及建议

    (1) 验证试验发现，执行GB/T 228.1-2010方法A推荐的试验速率时，目前的拉伸试验机较难满足±20%的速率相对误差，尤其是采用第二种应变速率时。

     (2) 建议修订中的GB/T 228.1-2010，考虑采用与ASTM E8/E8-16Aaε1相似的规定，应变速率控制仅用于引伸计反馈信号的闭环控制。

     (3) 修订GB/T 228.1-2010时，建议开展多试验室的验证试验，评估两种应变速率控制模式，采用范围1和范围2的应变速率时，±20%速率相对误差的可执行性，再确定是否需要修改或如何修改速率相对误差。