金屬材料拉伸試驗要求與測試方法

 金屬材料抵抗外力引起變形和斷裂的能力稱之為金屬材料的力學性能，抗拉力則是力學性能中最重要的性能之一。拉伸試驗是標準拉伸試樣在靜態或動態軸向拉伸力不斷作用下以規定的拉伸速度拉至試樣斷裂并在拉伸過程中連續記錄力與變形量從而求出其強度判據和塑性判據的力學性能試驗。

拉伸試驗可測定材料的一系列強度指標和塑性指標。強度通常是指材料在外力作用下抵抗產生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。塑性是指金屬材料在載荷作用下產生塑性變形而不致破壞的能力。材料在承受拉伸載荷時，當載荷不增加而仍繼續發生明顯塑性變形的現象叫做屈服。產生屈服時的應力，稱屈服點或稱物理屈服強度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點，通常把材料產生的殘余塑性變形為 0.2%時的應力值作為屈服強度，稱條件屈服極限或條件屈服強度，用σ0.2 表示。材料在斷裂前所達到的最大應力值，稱抗拉強度或強度極限，用σb（帕）表示。

拉伸試驗強度指標：抗拉強度、屈服強度、彈性模量；

1.抗拉強度：試樣受外力（屈服階段之后）過程中所受到的名義應力。抗拉強度表征了材料在拉伸條件下所能承受的應力，物理意義是在于它反映了均勻變形的抗力。抗拉強度是脆性金屬選材的依據。。

2.屈服強度：當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形而載荷不增加的應力點。當所測材料無明顯屈服時，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限。抗拉強度：試樣受外力（屈服階段之后）過程中所受到的名義應力。抗拉強度表征了材料在拉伸條件下所能承受的應力，物理意義是在于它反映了均勻變形的抗力。抗拉強度是脆性金屬選材的依據。
3.彈性模量：材料在彈性變形階段，其應力和應變成正比例關系（即符合胡克定律），其比例系數稱為彈性模量。彈性模量可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標，其值越大，使材料發生一定彈性變形的應力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應力作用下，發生彈性變形越小。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標。

拉伸試驗塑性指標：斷后伸長率、斷面收縮率。

1.斷后伸長率：原始標距部分的伸長與原始標距之百分比。

2.斷面收縮率：縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積之百分比。

拉伸試驗類型：

1、低溫拉伸試驗：低溫條件下金屬材料的性能會發生嚴重的變化，溫度降低，材料的強度變高，但塑性變差，產生由韌變脆的現象，所以研究材料的低溫性能對于在低溫環境中工作材料的選擇、失效分析和安全評估都有重要意義。在低溫環境中做準靜態軸向拉伸，獲取材料低溫環境下的抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率。溫度范圍為-196℃~常溫。

2、室溫拉伸試驗：在室溫環境中做軸向拉伸試驗，用引伸計或者橫向位移測量金屬材料應力應變關系，同時測量材料的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率等指標。

3、高溫拉伸試驗：在高溫環境中做準靜態軸向拉伸，用引伸計或者橫向位移測量金屬材料應力應變關系，同時測量材料的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率等指標溫度范圍常溫~1200℃。

4、準靜態拉伸試驗：金屬材料拉伸試驗速率一般分為位移、應變和載荷三種控制方式。準靜態拉伸通常指應變率為0.001/S的拉伸試驗。不同應變速率下所測的抗拉強度、屈服強度等參數會有所不同。

5、高應變速率拉伸試驗：金屬材料在高應變速率下的力學性能、失效方式與其在靜態下完全不同，許多工程材料表現出與應變速率的依存關系即應變速率的敏感性，工程上的靜態設計和解析不符合實際動態載荷條件下的需求，因此需要通過高應變速率拉伸來獲取材料在動態載荷下的力學性能。高應變速率拉伸又稱高速拉伸，應變率通常為0.01/s、0.1/s、1/s、10/s、100/s、500/s、1000/s。試驗采用液壓伺服控制方式，最大試驗速度20m/s；最大試驗載荷50KN；最大試驗能量4400J，8通道數據采集，力、位移、變形采樣頻率可達到10MHz；最大工作行程250mm；應變測量采用VIC-2D超高速非接觸應變測量系統。拉伸過程中電腦實時采集的時間、應力（或載荷） 、應變（或變形量）等具體原始數據，試驗數據經處理后，轉換成真應力應變曲線（包括擬合外推部分）。

6、慢應變速率拉伸試驗：慢應變速率拉伸試驗是利用特制的慢應變速率拉伸試驗機進行應變速率為10-5~10-7的拉伸試驗，試驗獲得材料的抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率。慢應變速率拉伸可同時增加模擬環境條件，尤其是腐蝕環境。慢應變速率拉伸以一個恒定的、相當緩慢的應變速率對置于腐蝕環境中的試樣施加拉應力，通過強化應變狀態來加速應力腐蝕的產生和發展過程。此方法提供了在傳統應力腐蝕試驗條件下不能迅速激發應力腐蝕開裂的環境里，確定延性材料應力腐蝕開裂敏感性的快速試驗方法，它能使任何試樣在很短的時間內發生斷裂，因此它是--種相當苛刻的加速試驗方法。

7、單軸拉伸試驗：單一軸向拉伸，即延中心線施加載荷，以規定的速度均勻的拉伸試樣，需確保上下夾頭的同軸度，使試件上產生均勻拉應力。

8、雙軸拉伸試驗： 又叫等二軸拉伸試驗，用于測量材料在雙向拉伸條件下的應力應變力學性能，應變測量采用高清非接觸式全場應變測量系統配合拉伸試驗機同步實時采集材料的拉伸應變值。

拉伸試驗標準： 

國標：

GB/T 228.1  金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T 4338    金屬材料 高溫拉伸試驗方法

GB/T 228.2  金屬材料拉伸試驗第1部分：高溫試驗方法

GB/T 30069.2  金屬材料 高應變速率拉伸試驗 第2部分：液壓伺服與其他試驗系統

GB/T 30069.2  金屬材料 高應變速率拉伸試驗 第2部分：液壓伺服與其他試驗系統

GB/T 15970.1 金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分：慢應變速率試驗

美標：

ASTM E8/E8M  金屬材料拉伸試驗方法  

ASTM B557  鍛造和鑄造的鋁及鎂合金制品抗拉試驗的標準試驗方法

ASTM A370  鋼產品力學性能試驗方法和定義

ASTM E21    金屬材料高溫拉伸試驗方法  

ASTM G129-00 金屬材料對環境協助開裂敏感性評價用慢應變率試驗的標準  

日標：

JIS Z2241  金屬材料拉伸試驗方法

國際標準化組織：

ISO 6892-1   金屬材料室溫拉伸試驗方法

ISO 6892-2   金屬材料高溫拉伸試驗方法

ISO 26203-2    金屬材料 高應變速率拉伸試驗 第2部分：液壓伺服與其他試驗系統

航空標準：

HB 7235  慢應變速率應力腐蝕試驗方法

HB 5260 馬氏體不銹鋼拉伸應力腐蝕試驗方法