1、拉伸試驗的目的和原理拉伸試驗是材料力學性能試驗中最常見、最重要的試驗方法之一。 拉伸試驗是在三個外界條件：溫度、加載速度、應力狀態(tài)都恒定的條件下進行的。溫度條件指常溫、低溫、和高溫。加載速度是在靜載荷下進行的,應變速率一般為0.00010.01/s。應力狀態(tài)為單向沿軸拉伸，即簡單應力狀態(tài)。它具有簡單易行、試樣便于制備等特點。通過拉伸試驗可以得到材料的基本力學性能指標，如彈性模量、屈服強度、規(guī)定非比例延伸強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率、應變硬化指數(shù)和塑性應變比等。缺口拉伸試驗可以衡量材料的脆性破壞傾向。高溫拉伸試驗可以了解材料在高溫下的失效情況；而低溫拉伸試驗則不但可以測定材料在低溫下的

2、強度和塑性指標，而且還可以用于評定材料在低溫下的脆性。 拉伸試驗所得到的材料強度和塑性性能數(shù)據(jù)，對于設計和選材、新材料的研制、材料的采購和驗收、產(chǎn)品的質量控制、設備的安全和評估，都有很重要的應用價值和參考價值，有些則直接以拉伸試驗的結果為依據(jù)。例如：進行強度計算時，材料所受的應力應小于屈服強度，否則會因塑性變形而導致破壞。材料的強度越高，能承受的外力就越大，所用的材料也越少。又如：斷后伸長率和斷面收縮率大的材料，軋制和鍛造的可塑性也越大，反之，可塑必就越小。此外，拉伸試驗指標還和其他的力學性能指標建立了經(jīng)驗關系。如：熱軋軟鋼的抗拉強度與布氏硬度之間有Rm =1/3HB等。 我國2002年頒布了

3、國家標準GB/T2282002金屬材料室溫拉伸試驗方法。按照金屬力學性能試驗方法標準體系逐步與國際接軌的方針，該標準等效采用了ISO6892：1998金屬材料室溫拉伸試驗。將原GB/T2281987金屬拉抻試驗方法、GB/T63971986金屬拉伸試驗試樣和GB/T30761982金屬薄板（帶）拉伸試驗方法合并，不但技術內(nèi)容、要求和規(guī)定采用國際標準，而且相關術語、性能名稱、符號也采用國際標準。拉伸試驗原理物體因外力作用產(chǎn)生變形,其內(nèi)部各部分之間因相對位置的變化而引起的相互作用稱為內(nèi)力.眾所周知,即使不受外力,物體各質點間也存在相互作用力.我們所稱的內(nèi)力,是在外力作用下,上述各作用力的變化量,隨

4、著該變化量的逐漸加大,物體內(nèi)部發(fā)生一系列的物理變化,當?shù)竭_某一極限時,物體就會被破壞,該極限與物體的強度有直接關系.將物體簡化為桿件.桿件受到外力F作用,在其任意橫截面上均產(chǎn)生內(nèi)力F.一般,截面上的內(nèi)力并不是均勻分布的,因此,用單位橫截面上的內(nèi)力,即應力來表示材料抗破壞與變形的能力.由于橫截面積So隨著構件不斷被拉伸而逐漸減小,故而一般用初始截面積SO來計算應力,該稱為工程應力: 在材料性能測試中，除了要測出應力，經(jīng)常還要了解材料經(jīng)拉伸后的變形程度。設桿件的初始長度為,則工程應變?yōu)椋?拉伸試樣橫截面為So，試驗力F，試樣平行段的伸長為L，把試樣拉伸直至拉斷，以測定其力學性能。作F¡&

5、#170;L曲線，變形表現(xiàn)為四個階段： 圖21 試樣受力圖第一階段為彈性階段（ob段）。第二階段為屈服階段(hd段)：試驗力基本不變，試樣屈服于外力產(chǎn)生較大塑性變形。第三階段為強化階段(de段)：要使試樣繼續(xù)變形，必須增加試驗力。第四階段為局部塑性變形階段(ek段)：即試樣局部發(fā)生頸縮現(xiàn)象.直至試樣斷裂。和是拉伸試驗中兩個最基本的參數(shù)，它們相互之間有一定的聯(lián)系。對于不同材料的試樣，由于其化學成分及組織的不同，在拉伸過程中會體現(xiàn)出不同的物理現(xiàn)象及力學性質，但從外表看來，一般分為以下幾個基本過程。以金屬試樣為例，將試樣裝夾在材料試驗機上，按照有關標準規(guī)定選擇合適的速率，均勻地對試樣施加作用力F，可

6、以觀察試樣由開始到破壞（一般是斷裂）的幾個階段。試樣初始受力，宏觀上逐漸被均勻拉長，然后在某一點橫截面漸漸變細（縮頸），直至在該處斷裂。塑性較好的材料一般有明顯的縮頸現(xiàn)象。但也有例外，如奧氏體鋼、鋁青銅等塑性金屬材料不發(fā)生縮頸，這類材料通常有圈套的加工硬化能力。而對于較脆弱的材料，一般由伸長到最終斷裂前，通常無明顯縮頸現(xiàn)象發(fā)生。拉伸過程中，材料試驗機上的自動記錄裝置也可自動繪出拉伸曲線圖，該圖以力F/N作為縱坐標，試樣的伸長量/mm為橫坐標，即F-曲線，習慣上稱為拉伸圖。現(xiàn)在以20低碳鋼為例，具體說明拉伸過程中的幾個階段。第一階段為彈性階段（ob段）。試樣變形為彈性變形，一旦取消外力，試樣完全

7、恢復原狀，不會產(chǎn)生殘余伸長，b點對應的外力F。為試樣產(chǎn)生彈性變形的極限外力，超過b點，便會產(chǎn)生塑性變形。在該階段的一定范圍內(nèi)（oa段），試樣伸長與載荷之間符合虎克定律，即成正比關系，稱為比例變形階段，a點對應的外力Fp分為產(chǎn)生比例變形的極限外力，一旦超過此外力，變形與外力之間比例關系也即破壞。ab段為彈性變形的非比例階段，時間很短，要靠很精密的儀器才能測量得出。 原始標距L05mm 拉伸前試樣裝有引伸計試樣 頸縮現(xiàn)象斷裂后對接試樣拉伸過程的物理現(xiàn)象p 出應力，經(jīng)常還要了解材料經(jīng)拉伸后的變形程度。設桿90 61.0 30.5 引伸計第二階段為屈服階段（cd段），即試樣屈服于外力產(chǎn)生較大塑性變形階

8、段。此時試樣伸長急劇增加，但載荷卻在很小的范圍內(nèi)波動，若忽略這一微小的波動，F(xiàn)-曲線上該段可見一水平線段，該段對應的外力Fs以表示，這是由彈性變形階段到塑性變形階段的分界點。第三階段為強化階段（de）（均勻塑性變形階段）。試樣屈服變形階段結束后，要使之繼續(xù)變形，就要繼續(xù)施加外力，克服試樣內(nèi)部不斷增加的抗變形力。因為材料本身在塑性變形中會產(chǎn)生強化，也稱為加工硬化。該階段的塑性變形比彈性變形大得多，所以曲線上可見有很大增加。由d點開始，屈服結束，試樣某部位產(chǎn)生塑性變形，截面變小，但加工硬化使該部位抗變形力增加，這樣，下一步變形就轉移到試樣的其它部位。由此，在de段試樣各部位產(chǎn)生較均勻的塑性變形之間

9、近似遵循直線關系，且此直徑gh與彈性現(xiàn)階段內(nèi)直線oa近似平行。由此可見，試樣的變形包括了彈性變形e和塑性變形p。如卸載時的載荷，此后原則上遵循著原來的拉伸曲線。第四階段為局部塑性變形階段（ef段）。在前一階段，試樣的變形量越來越大，其強化能力也逐漸減小，到了e點，由于其強化能力跟不上變形，終于在某個最薄弱處產(chǎn)生局部塑性變形，這時，該處橫截面積顯著收縮，載荷讀數(shù)迅速下降，出現(xiàn)前述的“縮頸”現(xiàn)象。此時雖然力F不斷下降，但縮頸部位仍不斷被拉長，直至斷裂。出現(xiàn)局部塑性變形的開始點（e點）所對應的力Fb為試樣在拉伸過程中所能隨的最大外力。對于不同的材料，其拉伸時所表現(xiàn)出的物理現(xiàn)象和力學性質不盡相同，因面有著不同的曲線。下面列舉幾種常見的曲線。圖a是一般低碳鋼的曲線。有鋸齒狀的屈服階