ICS77.040.10 CCS H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T43112—2023
金属材料 弹性模量测定 率跳跃方法 Metallic materialsElastic modulus measurement-Rate-jump method
2024-04-01实施
2023-09-07发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T43112—2023
目 次
前言引言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
符号 5 原理 6 试验机 7 试样
N
试验程序弹性模量计算
8 9 10 试验报告
L
附录A（资料性） 率跳跃方法理论附录B（资料性） 压人蠕变效应参考文献
10 GB/T 43112—2023
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本文件起草单位：香港大学、南方科技大学、广州市珠江机床厂有限公司、冶金工业信息标准研究
院、深圳万测试验设备有限公司、东莞材料基因高等理工研究院、西南交通大学。
本文件主要起草人：颜庆云、唐斌、谢健民、董莉、侯晓东、黄星、蔡力勋、庞祥超、黄克坚、侯慧宁。 GB/T 43112—2023
引言
弹性模量是衡量材料性能的重要力学指标之一，准确测量材料弹性模量需要借助有效的技术手段。 当前获得材料弹性模量的有效便捷方法之一是基于Hertz和Oliver-Pharr模型的准静态仪器化压人试验法，该方法主要适用于众多硬质材料。然而，对于各类软金属或高温状态下金属，由于存在较明显的蠕变/黏弹性现象，在准静态加载或卸载中弹性模量测试结果会受到加载或卸载速率的影响。另外，动态载荷谱法也是常见的弹性模量测试方法，但该方法所测得的存储和损耗模量也与测试平台和测试时的加载频率相关。这些传统方法对于各类软金属或高温金属并不适用。
针对变形仅为黏弹性或弹性的金属材料，可通过本标准测量本征弹性模量。本文件主要目的是通过压人试验卸载过程中引人试验力或深度的速率跳跃，以测定材料的本征弹性模量。
= GB/T43112—2023
金属材料 弹性模量测定 率跳跃方法
1范围
本文件规定了率跳跃方法测试金属材料本征弹性模量的原理、试验机、试样、试验程序、弹性模量的
计算和试验报告。
本文件适用于试验力控制或位移控制的仪器化压人法测试金属材料的弹性模量，尤其适用于存在明显蜻变现象的金属材料。其他非金属的固体材料可参照本文件执行，
2规范性引用文件
2
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，注目期的引用文
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/T10623 3金属材料 力学性能试验术语 GB/T21838.1一2019金属材料硬度和材料参数的仪器化压人试验第1部分：试验方法 GB/T21838.2金属材料硬度和材料参数的仪器化压人试验第2部分：试验机的检验和校准
3 术语和定义
GB/T10623界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
本征弹性模量 intrinsic elasticmodulus E 不受加卸载速率等测试条件影响的金属材料固有弹性模量。
3.2
率跳跃 rate-jump 在压人过程中，开始卸载后试验力速率或深度速率的突然变化。 注：含率跳跃的压人测试预设载荷流程示例见图1a)。
3.3
接触刚度 contact stiffness s 卸载曲线在最大试验力处试验力F相对压人深度h的变化率（S=dF/dh）。
3.4
纯弹性接触刚度 purelyelasticcontactstiffness S. 卸载曲线最大试验力处试样蠕变归零时的接触刚度（3.3）。 注：此时试样材料表现为纯弹性响应，不受卸载速率影响
1 GB/T 43112—2023
3.5
蠕变因子 creep factor C erep 反映压人卸载过程中蠕变影响程度的无量纲参数
4 符号
表1中的符号及其说明适用于本文件
表 1 符号和说明
符号 Cenep E E, E; F A he S S. + a V:
说明蠕变因子
单位一 GPa GPa GPa N mm mm N · m-1 N · m-1
试样材料本征弹性模量
压人折合模量压头材料弹性模量
试验力
施加试验力下压人深度最大试验力下压头与试样的接触深度
接触刚度纯弹性接触刚度
时间试样材料泊松比压头材料泊松比
一
5 原理
采用仪器化压入设备，获得试验力-时间曲线和试验力-深度曲线；通过引人率跳跃修正，获得纯弹性接触刚度，从而计算出本征弹性模量。典型试验力-时间曲线包括加载、试验力保持和卸载阶段见图1a)。实际施加在试样上的试验力、压人深度和时间数据曲线［见图1b)用于拟合及计算。率跳跃方法理论见附录A。
2 GB/T43112—2023
含率跳跃的压入测试预设载荷流程示例标引序号说明： 1 率跳跃点； 2—卸载。 注1：h、hb、F.和F中的下标u指代为卸载起始点，下标h指代保载结束点，上部点号指代速率。 注2：在试验力控制下，由于可能存在的传感器弹簧载荷效应，在试验力保持过程中实际施加在试样上的试验力并
b) 实际加载试验力-时间及压入深度-时间曲线
a)
不一定保持恒定。
图1率跳跃压入加载示例及弹簧载荷效应
6试验机
试验机应符合GB/T21838.2的规定，并应满足以下要求： a） 在要求范围内施加预定的试验力或压人深度，数据采样率大于10Hz； b） 能测量和记录整个试验过程中施加在试样上的实际试验力、即时压人深度及时间； c) 具有给出合适压头面积函数功能，并符合GB/T21838.1一2019中C.2的规定。
7试样
试样应符合GB/T21838.1的规定。
试验程序
8
8.1 安装试样
应按照GB/T21838.1的相关规定进行试样准备和安装。 8.2试验及率跳跃过程引入 8.2.1试验程序应符合GB/T21838.1的规定。 8.2.2压入过程可采用试验力控制或者压人深度控制。 8.2.3在试验过程中引人率跳跃过程，按照采用的试验控制方法，应有加载和卸载阶段，可有试验力或压人深度保持不变阶段。具体做法为：
如图1a)所示，以保持试验力(或压入深度)不变的试验部分结束点为率跳跃点；
a) b) 试验力（或压入深度）保持不变的时间长度宜为60S，从试验力（或压入深度）最大卸载到0的
时间长度宜为30$；
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