1 引言
在军工材料检测中，有很多材料需要测试其微小的塑性延伸强度Rp0.01，该值相当于以往俗称的比例极限σpo由于其近乎在弹性阶段内，所以试验机的受力同轴度、试样的装卡状态以及试样的加工精度，都会对Rp0.01测试数据产生较大的影响。为此，在对该强度指标测试中，应保证试验机具有良好的受力同轴度，并采用双侧平均引伸计测试。
2 Rp0.01与Rp0.2的关系
在规定塑性延伸强度中，引伸计在测试时引起的测量误差对力值的影响一般不是成正比关系的，而是所测得塑性延伸率与力―变形曲线的截点曲率变化有关，尤其是对规定塑性延伸强度﹤Rp0.05影响最大，而对于Rp0.2则影响小得多。
由于无法得到力―变形曲线的数学表达式，就不能准确地得到引伸计测量应变的相对标准不确定度urel（ΔLe）与力值的相对标准不确定度urel（ΔFe）之间的关系。为得到两者之间的近似关系，通过交截点与曲线作切线，与延伸轴的交角为a，则引伸计测量应变的相对标准不确定度urel（ΔLe）与引伸计对力值带来的相对标准不确定度urel（ΔFe）近似符合式（1）：
urel（ΔFe）=tgɑ•urel（ΔLe） （1）
在实际测量中，由于Rp0.01刚好处于弹性段与塑性段过滤处，改点与力―变形曲线的切线斜率ɑ角较小，带来测量误差比较小。图1是紫铜试样的拉伸曲线，可明显看出Rp0.01的切线斜率ɑ角比Rp0.2大，因此在Rp0.01测试时，必需考虑该点切线斜率ɑ角的影响，从而也说明Rp0.01测试要比Rp0.2困难。
图1 紫铜试样的力―变形曲线
3 试验设备和试样的要求
3.1试验机要求
试验机夹持系统的同轴度要求：GB/T 16491-2008规定，0.5级试验机的同轴度应小于12%，1级试验机的同轴度应小于15%；GB/T 22315-2008规定：“试验机夹持装置应能使试样承受轴向力，在初轴向力与终轴向力之间，在各个方向上在试样相对两侧测定的应变变化量与其平均值之差的最大值（即最大弯曲应变）不超过平均值3%。”
3.2 引伸计系统的要求
3.2.1 引伸计等级
GB/T 228要求：“引伸计的准确度级别应符合GB/T 12160的要求。测定规定塑性延伸强度，应使用不劣于1级准确度的引伸计”；GB/T 22315-2008规定，“引伸计应按GB/T 12160进行体验，其准确度应为0.5级或优于0.5级”。
3.2.2 引伸计类型
GB/T 22315-2008规定，“测量试样轴向变形时，使用能测量试样相对两侧平均变形的轴向均值时，使用能测量试样相对两侧平均变形的轴向均值引伸计，或在试样相对两侧分别固定两个轴向引伸计。”
图2是在试样两侧分别装卡两只单侧引伸计绘制的力―变形曲线叠加图，从中可看出，单侧引伸计无法消去试验机夹持系统不同轴的影响。若使用双侧平均引伸计，则可以消去试验机夹持系统的偏心影响。图3是单侧引伸计测定Rp0.0 2和Rp0.2的试验曲线，从测试数据可看到，Rp0.2相差0.1%，而Rp0.02相差达7.4%。对于测试塑性延伸率小于0.2%的塑性延伸强度，如Rp0.01、Rp0.05，采用双侧平均应变引伸计是非常重要的。
图2 两只单侧引伸计绘制的力―变形曲线叠加图（广州澳金实验室提供）
图3 单侧引伸计测定Rp0.02和Rp0.2的影响（广州澳金实验室提供）
3.2.3 引伸计测量范围
测量规定塑性延伸强度Rp时，引伸计所需的总变形量DL可由式（2）确定：
（2）
式中：εp为塑性延伸率，如Rp0.01，则εp=0.01%；E为所测材料的弹性模量；Le为引伸计标距。
引伸计的测量范围可按式（2）求得的变形量再加上0.2mm-0.3mm余量即可。
3.3 试样的要求
GB/T 228要求，“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”。
如试样的加持端与平行长度的尺寸不相同，它们之间应以过度弧线连接。此弧的过度半径的尺寸很重要，应符合GB/T 228的要求。试样平行长度Lc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Lo。对于圆形横截面试样，夹持端和平行长度之间的过度弧的最小半径应≧0.75d；对于板状试样，头部与平行长度之间应有过度半径至少为20mm的过度弧相连接。
4 Rp0.01的测量技术
4.1 试样装卡要求
GB/T 228要求，“应尽最大努力确保夹持的试验受轴向拉力的作用，尽量减小弯曲”，这对测定规定塑性延伸强度时尤为重要；“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”。
4.2 引伸计装卡要求
由于试样加工状态的不同、每次夹持试样的状态不同，试验机夹持试样时产生一定量的不同轴度，这样试验施加力时，在试样上会产生附加弯矩，造成力―变形曲线弹性直线段的非直线性，从而影响塑性延伸强度的判断，尤其对Rp0.01的测试影响更甚。
试验机的夹持系统不可避免存在着不同轴度，而绝大多数试验机上使用的引伸计基本上是单侧结构，单侧结构引伸计容易受夹具引起载荷偏心，造成F-DL曲线初始段有微弯现象。因此，单侧引伸计对操作者装卡的要求较高，且应注意引伸计装卡方向对材料力学性能影响，以减少由引伸计装卡方向引起偏心影响。
笔者曾在微机控制电子万能试验机上，用单侧引伸计对低碳钢试样进行8个方向装卡，绘制力—变形曲线，计算弹性模量。表1是单侧引伸计8个方向装卡的测试结果，根据试验曲线和弹性模量实测数据，可以得出：单侧引伸计平行于夹具的夹块装卡试验结果较好，而引伸计垂直于夹具的夹块装卡试验结果较差，两者相差达4%
表1 引伸计装卡方向对弹性模量测试的影响分析
注：引伸计前、后装卡是垂直夹具的夹块装卡，引伸计左、右装卡是平行夹具的夹块装卡。
④为了看出差异，弹性模量数字没有按GB/T 22315-2008规定进行修约。
5 单双引伸计的验证试验
笔者曾用单侧引伸计和双侧引伸计进行测定Rp0.01的对比验证试验。为了便于试验对比，同时在同一试样上分别装夹单侧引伸计和双侧平均引伸计，引伸计标距均为50mm。表2是单侧引伸计和双侧引伸计测定Rp0.01的试验数据。
从表2的试验数据分析可得到：对于同一试样，
单侧引伸计与双侧平均引伸计对Rp0.01测试结果存在一定差异，黄铜最大相差2.6%，40Gr最大相差2.8%，硬铝最大相差3.7%；当一组试样量足够多时，这时单侧引伸计与双侧平均引伸计测得的平均值较小，可以认为二者效果一样。
6 结论
单侧引伸计受试验不同轴度造成负荷偏心的影响很大，而双侧平均引伸计则容易消除符合偏心所引起的误差。故使用单侧引伸计必须注意试验机夹持系统的不同轴度，同时也要注意引伸计装夹不当带来的误差。建议在测Rp0.01时最好使用双侧平均引伸计。 |
