2拉伸试验

第二节拉伸试验原理
物体因外力作用产生变形,其内部各部分之间因相对位置的变化而引起的相互作用称为内力.众所周知,即使不受外力,物体各质点间也存在相互作用力.我们所称的内力,是在外力作用下,上述各作用力的变化量,随着该变化量的逐渐加大,物体内部发生一系列的物理变化,当到达某一极限时,物体就会被破坏,该极限与物体的强度有直接关系.
第二阶段为屈服阶段（cd段），即试样屈服于外力产生较大塑性变形阶段。此时试样伸长急剧增加，但载荷却在很小的范围内波动，若忽略这一微小的波动，F- 曲线上该段可见一水平线段，该段对应的外力Fs以表示，这是由弹性变形阶段到塑性变形阶段的分界点。
第三阶段为强化阶段（de）（均匀塑性变形阶段）。试样屈服变形阶段结束后，要使之继续变形，就要继续施加外力，克服试样内部不断增加的抗变形力。因为材料本身在塑性变形中会产生强化，也称为加工硬化。该阶段的塑性变形比弹性变形大得多，所以曲线上可见 有很大增加。由d点开始，屈服结束，试样某部位产生塑性变形，截面变小，但加工硬化使该部位抗变形力增加，这样，下一步变形就转移到试样的其它部位。由此，在de段试样各部位产生较均匀的塑性变形之间近似遵循直线关系，且此直径gh与弹性现阶段内直线oa近似平行。由此可见，试样的变形包括了弹性变形 e和塑性变形 p。如卸载时的载荷，此后原则上遵循着原来的拉伸曲线。
Lo 试样原始标距。试验前，测量试样伸长所标记的标距长度。
Lu 试样断后标距。试样拉断后，将断口对接在一起时试样的标距长度。
Le 引伸计标距。用引伸计测量试样延伸所使用的试样部分的长度。
So 试样平行长度部分的原始横截面积
Su 试样拉断后缩颈处的最小横截面积
（一）圆截面试样
Lc≥Lo+d/2仲裁试验Lo+2d Lo=5d,10d或定标距 r≥0.75d粗糙度≤0.8µm
3
±0.050.02Biblioteka ＞3-6±0.06
0.03
＞6-10
±0.07
0.04
＞10-18
±0.09
0.04
＞18-30
±0.10
0.05
相对两面机加工的矩形横截面试样横向尺寸
≥3-6
±0.1
0.05
＞6-18
±0.2
0.1
＞18-30
±0.5
0.2
拉伸试样之所以要规定形状公差要求,是因为形状公差对应变(伸长)的测定有一定影响.试样机加工造成的形状公差一般有三种情况:一端大另一端小,两端大中间小,中间大两端小.最常见的是一端大另一端小的情况.
铸件一般采用圆截面试样，线材一般采用标距为100mm或200mm的定标距试样。
(四)试样横向尺寸公差试样宽度公差
试样标称宽度
尺寸公差
形状公差
一般试验
仲裁试验
10、12.5、15
0.2
0.1
0.04
20
±0.5
0.2
0.05
试样横向尺寸公差
名称
标称横向尺寸
尺寸公差
形状公差
机加工的圆形横截面直径
四面机加工的距形截面试样横向尺寸
ε=
ε和σ是拉伸试验中两个最基本的参数，它们相互之间有一定的联系。
对于不同材料的试样，由于其化学成分及组织的不同，在拉伸过程中会体现出不同的物理现象及力学性质，但从外表看来，一般分为以下几个基本过程。以金属试样为例，将试样装夹在材料试验机上，按照有关标准规定选择合适的速率，均匀地对试样施加作用力F，可以观察试样由开始到破坏（一般是断裂）的几个阶段。
试样总长度原则上LtLt＞Lc+4d 不带头Lt＞Lc+3d 试样应优先选用d =5、10、20 mm
（二）矩形试样
薄板Lc≥Lo+b/2仲裁Lo+2b Lc≥Lo+1.5 仲裁Lo+2 Lo=K 或定标距
薄板r≥20mm材板r≥12mm 粗糙度≤3.2µm四面加工≤0.8µm
厚度大于0.1mm的板（带）材料一般采用矩形截面试样。原板材可通过机加工减薄，其宽厚比不大于8∶1；若短比例试样的Lo小于15mm，则应选用 K＝11.3的长比例试样。薄带试样还可采用标距为50mm或80mm的定标距试样。
试样初始受力，宏观上逐渐被均匀拉长，然后在某一点横截面渐渐变细（缩颈），直至在该处断裂。塑性较好的材料一般有明显的缩颈现象。但也有例外，如奥氏体钢、铝青铜等塑性金属材料不发生缩颈，这类材料通常有圈套的加工硬化能力。而对于较脆弱的材料，一般由伸长到最终断裂前，通常无明显缩颈现象发生。
拉伸过程中，材料试验机上的自动记录装置也可自动绘出拉伸曲线图，该图以力F/N作为纵坐标，试样的伸长量 /mm为横坐标，即F- 曲线，习惯上称为拉伸图。现在以20低碳钢为例，具体说明拉伸过程中的几个阶段。
图d是铸铁、淬火钢等较脆材料的σ—ε曲线。不仅无屈服阶段，且在产生少量均匀塑性变形后就突然断裂。
第二节 拉伸试验基本术语
1、上屈服强度ReH：（σsU）试样发生屈服，并且外力首次下降前的最大应力。
2、下屈服强度ReL：（σsL）不记初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力。
3、规定非比例延伸强度Rp：（σp）试样标距部分的非比例延伸达到规定的原始标距百分比时的应力。
将物体简化为杆件.杆件受到外力F作用,在其任意横截面上均产生内力F.一般,截面上的内力并不是均匀分布的,因此,用单位横截面上的内力,即应力来表示材料抗破坏与变形的能力.由于横截面积So随着构件不断被拉伸而逐渐减小,故而一般用初始截面积SO来计算应力σ,该σ称为工程应力:
σ＝
在材料性能测试中，除了要测出应力，经常还要了解材料经拉伸后的变形程度。设杆件的初始长度为 ,则工程应变ε为：
4、抗拉强度Rm：（σb）试样受外力（屈服阶段之前不计）拉断过程中所随的最大名义应力。
5、断后伸长率A：（δ）试样拉断后，原始标距部分的伸长与原始标距的百分比。
6、断面收缩率Z：（ψ）试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
第三节 金属拉伸试样
一、拉伸试样的分类
（一）按产品形状分类
对于不同的材料，其拉伸时所表现出的物理现象和力学性质不尽相同，因面有着不同的σ—ε曲线。下面列举几种常见的σ—ε曲线。
图a是一般低碳钢的σ—ε曲线。有锯齿状的屈服阶段，分上下屈服点，产生缩颈现象后，试样断裂。
图b是中碳钢的σ—ε曲线。有屈服阶段，但波动微小，几乎成一直线，产生缩颈现象后，试样断裂。
图c是淬火后低、中温回火钢的σ—ε，无可见屈服阶段，试样产生缩颈变形后断裂。
三、加工要求
1、试样在机加工过程中要防止冷变形或受热而影响其力学性能，通常以切削加工为宜，进刀深度要适当，并充分泠却；特别是最后一道切削或磨削的深度不宜过大，以免影响性能。
2、对于矩形试样，一般要保留原表面层并防止损伤。试样上的毛刺要清除，尖锐棱边应倒圆，但半径不宜过大。试样允许较直，但应防止矫正力对力学性能产生显著影响。对于不测定断后伸长率的试样可不经矫正直接进行试验。
3、不经机加工铸件试样表面上的夹砂、夹渣、毛刺、飞边等必须加以清除。
4、加工后，试样的尺寸和表面粗糙度应符合规定的要求，表面不应有显著的横向刀痕、磨痕或机械损伤、明显的淬火变形或裂纹以及其他可见的冶金缺陷。
我国2002年颁布了国家标准GB/T228——2002《金属材料室温拉伸试验方法》。按照金属力学性能试验方法标准体系逐步与国际接轨的方针，该标准等效采用了ISO6892：1998《金属材料室温拉伸试验》。将原GB/T228——1987《金属拉抻试验方法》、GB/T6397——1986《金属拉伸试验试样》和GB/T3076——1982《金属薄板（带）拉伸试验方法》合并，不但技术内容、要求和规定采用国际标准，而且相关术语、性能名称、符号也采用国际标准。
第一阶段为弹性阶段（ob段）。试样变形为弹性变形，一旦取消外力，试样完全恢复原状，不会产生残余伸长，b点对应的外力F。为试样产生弹性变形的极限外力，超过b点，便会产生塑性变形。在该阶段的一定范围内（oa段），试样伸长与载荷之间符合虎克定律，即成正比关系，称为比例变形阶段，a点对应的外力Fp分为产生比例变形的极限外力，一旦超过此外力，变形与外力之间比例关系也即破坏。ab段为弹性变形的非比例阶段，时间很短，要靠很精密的仪器才能测量得出。
第一节拉伸试验的目的和意义
拉伸试验是材料力学性能试验中最常见、最重要的试验方法之一。
拉伸试验是在三个外界条件：温度、加载速度、应力状态都恒定的条件下进行的。温度条件指常温、低温、和高温。加载速度是在静载荷下进行的,应变速率一般为0.0001~0.01/s。应力状态为单向沿轴拉伸，即简单应力状态。它具有简单易行、试样便于制备等特点。通过拉伸试验可以得到材料的基本力学性能指标，如弹性模量、屈服强度、规定非比例延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、应变硬化指数和塑性应变比等。缺口拉伸试验可以衡量材料的脆性破坏倾向。高温拉伸试验可以了解材料在高温下的失效情况；而低温拉伸试验则不但可以测定材料在低温下的强度和塑性指标，而且还可以用于评定材料在低温下的脆性。
（三）其他类型试样
对于管材可采用纵向弧形试样，或带塞头的全截面试样。应优先选用K＝5.65 的短比例试样。
弧形试样Lc≥Lo+1.5 仲裁Lo+2 Lo= K r≥12mm 粗糙度≤3.2µm
试样b = 10、15、20 mm
管段试样Lc≥Lo+D/2仲裁试验Lo+2D Lo= K 或定标距
管状试样配塞头距离标距就大于D/4。对于不配塞头的试样，可将其两端夹持头部压扁进行试验。
对于截面较小的薄带试样以及某些异型截面试样，由于其标距短或截面不用测量（例如：只测定延伸率）可以采用Lo为50mm、100mm、200mm的定标距试样。
非比例试样测定的断后伸长率应在其符号下角注明标距的长度，即用“ mm”表示。它的标距与试样截面不存在比例关系。