金属拉伸试验开展与实施的浅谈

孙悦

【摘 要】理论上，能够影响金属拉伸试验结果的存在很多因素，如：强度的极限、弹性、屈服极限等，这些虽然只是材料的一些固有属性，然而也会影响到试样的尺寸、形状，与加载的速度、加工的精度以及影响到周围的环境等。因而在现实的检测中，要不断积累经验和继续探索下去。

【关键词】金属；拉伸试验；实施

一、引言

通常，拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。从高温下进行的拉伸试验可以得到蠕变数据。金属拉伸试验的步骤可参见ASTM E-8标准。

二、拉伸试验与拉伸试验参数

（一）拉伸试验

测定材料在拉伸载荷作用下的一系列特性的试验，又称抗拉试验。它是材料机械性能试验的基本方法之一，主要用于检验材料是否符合规定的标准和研究材料的性能。

（二）拉伸试验参数

主要包括：最大试验力：50N、100N到20KN；准确度等级：0.5级/1级；试验力测量范围：0.2%到100%F.S/0.4到100%F.S；试验力示值准确度：±0.5%/±1%；试验力分辨率：±250000码；变形测量范围：1%—100%F.S；变形示值准确度：±0.5%；变形分辨率：±250000码；大变形测量范围：0到800mm；大变形示值准确度：±0.5%；大变形分辨率：0.003mm；位移示值准确度：±0.3%；位移分辨率：0.00004mm；力速率控制调节范围：0.005-10%F.S/S；力速率控制精度：力控制速率小于0.05%，F.S/S时在±1%；力控制速率大于0.05%，F.S/S时在±0.3%；伸长速率控制调节范围：0.005-10%F.S/S；伸长速率控制精度：变形控制速率小于0.05%，F.S/S时在±0.5%；变形控制速率大于0.05%，F.S/S时在±0.2%；位移速率控制调节范围：0.001-1000mm/min；位移速率控制精度：±0.2%/±0.5%；恒力、恒变形、恒位移控制范围：0.3%—100%F.S；恒力、恒变形、恒位移控制精度：设定值小于10%，F.S时在±0.5%；设定大于10%，F.S时在±0.1.%；有效拉伸空间：900mm；电子拉力试验机有效试验宽度：400mm。

三、试验方法和步骤

（一）试件准备

先用游标卡尺测量试件中间等直杆两端及中间这三个横截面处的直径：在每一横截面内沿互相垂直方向各测量一次并取平均值。用所测得的三个平均值中最小的值作为试件的初始直径d0，并按d0计算试件的初始横截面面积A0。再根据试件的初始直径d0 计算试件的标距l0，并用游标卡尺在试件中部等直杆段内量取试件标距l0，用刻线器将标距长度分为十等份。

（二）试验机准备

熟悉衡翼万能试验机的操作规程，估计拉伸试验所需的最大载荷Pb，并根据Pb值选定试验机的测力度盘（Pb值在测力度盘40% -80%范围内较宜）。调整测力指针对准零点，并使从动针与之靠拢，同时调整好自动绘图装置。

（三）试件安装

先将试件安装在试验机的夹头内，再移动下夹头到适当位置，并把试件下端夹紧。

（四）检查及试机

请教师检查以上准备情况。经教师许可后开动试验机，加少量载荷（勿使应力超过比例极限），检查试验机和绘图装置工作是否正常，然后卸载。

（五）进行试验

开动试验机以慢速均匀加载，注意观察测力指针的转动、自动绘图情况及试件在拉伸过程中的各种现象。当测力指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，测力指针停止转动时的恒定值或第一次回转的最小值即屈服载荷Ps。当测力指针和从动指针再次分离时，试件开始颈缩，直至最后被拉断。测力指针回到零点，而从动指针则指示出最大载荷Pb。关闭试验机，取下试件。将断裂的试件对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的长度l1及断口处直径d1。

（六）结束试验

从试验机上取下已绘好的拉伸曲线图纸，并请教师检查试验记录。清理试验现场，将试验机及有关工具复原。

四、试验结果处理

整理试验数据，按要求填写试验报告并写出结论。铸铁拉伸试验步骤与低碳钢拉伸试验步骤相同，只记录最大载荷并绘出拉伸曲线。

五、拉伸速度的问题

在弹性变形阶段，金属的变形量很小而拉伸载荷迅速增大。这时候如果以横梁位移控制来做拉伸试验，那么速度太快会导致整个弹性段很快就被冲过去。以弹性模量为200Gpa的普通钢材为例，如果标距为50mm的材料，在弹性段内如以10mm/min的速度进行拉伸试验，那么实际的应力速率为：

200000N/mm2S-1×10mm/min×1min/60S×1/50mm=666N/mm2S-1

一般的钢材屈服强度就小于600Mpa，所以只需要1秒钟就把试样拉到了屈服，这个速度显然太快。所以在弹性段，一般都选择采用应力速率控制或者负荷控制。塑性较好的材料试样过了弹性段以后，载荷增加不大，而变形增加很快，所以为了防止拉伸速度过快，一般采用应变控制或者横梁位移控制。所以在GB228-2002里面建议了，“在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在规定的应力速率的范围内（材料弹性模量E/（N/mm2）<150000，应力速率控制范围为2—20（N/mm2）·s-1、材料弹性模量E/（N/mm2）≥150000，应力速率控制范围为6—60（N/mm2）·s-1=。若仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/s～0.0025/s之间。平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。

在塑性范围和直至规定强度（规定非比例延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度）应变速率不应超过0.0025/s。”。这里面有一个很关键的问题，就是应力速度与应变速度的切换点的问题。最好是在弹性段结束的点进行应力速度到应变速度的切换。在切換的过程中要保证没有冲击、没有掉力。这是拉力试验机的一个非常关键的技术。

六、结束语

总而言之，能够影响其拉伸试验的结果也会存在很多因素，例如，有强度的极限、弹性、屈服极限等，这些虽然只是材料的一些固有属性，然而也会影响到试样的尺寸、形状，与加载的速度、加工的精度以及影响到周围的环境等。在现实的检测中，应尽量确定这些所存在的因素，从而对产生的各种因素进行制定各种操作流程，在进行试验时必须要选用正确的方向，从而加强它的准确度。

参考文献：

[1]GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验方法》