金屬材料拉伸試驗(yàn)要求與測(cè)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(xué)性能，抗拉力則是力學(xué)性能中最重要的性能之一。拉伸試驗(yàn)是標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)軸向拉伸力不斷作用下以規(guī)定的拉伸速度拉至試樣斷裂并在拉伸過程中連續(xù)記錄力與變形量從而求出其強(qiáng)度判據(jù)和塑性判據(jù)的力學(xué)性能試驗(yàn)。

拉伸試驗(yàn)可測(cè)定材料的一系列強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強(qiáng)度通常是指材料在外力作用下抵抗產(chǎn)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(chǎn)生塑性變形而不致破壞的能力。材料在承受拉伸載荷時(shí)，當(dāng)載荷不增加而仍繼續(xù)發(fā)生明顯塑性變形的現(xiàn)象叫做屈服。產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力，稱屈服點(diǎn)或稱物理屈服強(qiáng)度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點(diǎn)，通常把材料產(chǎn)生的殘余塑性變形為 0.2%時(shí)的應(yīng)力值作為屈服強(qiáng)度，稱條件屈服極限或條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2 表示。材料在斷裂前所達(dá)到的最大應(yīng)力值，稱抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限，用σb（帕）表示。

拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、彈性模量；

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

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

拉伸試驗(yàn)塑性指標(biāo)：斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。

1.斷后伸長(zhǎng)率：原始標(biāo)距部分的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)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(yàn)類型：

1、低溫拉伸試驗(yàn)：低溫條件下金屬材料的性能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的變化，溫度降低，材料的強(qiáng)度變高，但塑性變差，產(chǎn)生由韌變脆的現(xiàn)象，所以研究材料的低溫性能對(duì)于在低溫環(huán)境中工作材料的選擇、失效分析和安全評(píng)估都有重要意義。在低溫環(huán)境中做準(zhǔn)靜態(tài)軸向拉伸，獲取材料低溫環(huán)境下的抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。溫度范圍為-196℃~常溫。

2、室溫拉伸試驗(yàn)：在室溫環(huán)境中做軸向拉伸試驗(yàn)，用引伸計(jì)或者橫向位移測(cè)量金屬材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，同時(shí)測(cè)量材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率等指標(biāo)。

3、高溫拉伸試驗(yàn)：在高溫環(huán)境中做準(zhǔn)靜態(tài)軸向拉伸，用引伸計(jì)或者橫向位移測(cè)量金屬材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，同時(shí)測(cè)量材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率等指標(biāo)溫度范圍常溫~1200℃。

4、準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)：金屬材料拉伸試驗(yàn)速率一般分為位移、應(yīng)變和載荷三種控制方式。準(zhǔn)靜態(tài)拉伸通常指應(yīng)變率為0.001/S的拉伸試驗(yàn)。不同應(yīng)變速率下所測(cè)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等參數(shù)會(huì)有所不同。

5、高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)：金屬材料在高應(yīng)變速率下的力學(xué)性能、失效方式與其在靜態(tài)下完全不同，許多工程材料表現(xiàn)出與應(yīng)變速率的依存關(guān)系即應(yīng)變速率的敏感性，工程上的靜態(tài)設(shè)計(jì)和解析不符合實(shí)際動(dòng)態(tài)載荷條件下的需求，因此需要通過高應(yīng)變速率拉伸來獲取材料在動(dòng)態(tài)載荷下的力學(xué)性能。高應(yīng)變速率拉伸又稱高速拉伸，應(yīng)變率通常為0.01/s、0.1/s、1/s、10/s、100/s、500/s、1000/s。試驗(yàn)采用液壓伺服控制方式，最大試驗(yàn)速度20m/s；最大試驗(yàn)載荷50KN；最大試驗(yàn)?zāi)芰?400J，8通道數(shù)據(jù)采集，力、位移、變形采樣頻率可達(dá)到10MHz；最大工作行程250mm；應(yīng)變測(cè)量采用VIC-2D超高速非接觸應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。拉伸過程中電腦實(shí)時(shí)采集的時(shí)間、應(yīng)力（或載荷） 、應(yīng)變（或變形量）等具體原始數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)換成真應(yīng)力應(yīng)變曲線（包括擬合外推部分）。

6、慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)：慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)是利用特制的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行應(yīng)變速率為10-5~10-7的拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)獲得材料的抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。慢應(yīng)變速率拉伸可同時(shí)增加模擬環(huán)境條件，尤其是腐蝕環(huán)境。慢應(yīng)變速率拉伸以一個(gè)恒定的、相當(dāng)緩慢的應(yīng)變速率對(duì)置于腐蝕環(huán)境中的試樣施加拉應(yīng)力，通過強(qiáng)化應(yīng)變狀態(tài)來加速應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生和發(fā)展過程。此方法提供了在傳統(tǒng)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)條件下不能迅速激發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境里，確定延性材料應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的快速試驗(yàn)方法，它能使任何試樣在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生斷裂，因此它是--種相當(dāng)苛刻的加速試驗(yàn)方法。

7、單軸拉伸試驗(yàn)：?jiǎn)我惠S向拉伸，即延中心線施加載荷，以規(guī)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(chǎn)生均勻拉應(yīng)力。

8、雙軸拉伸試驗(yàn)： 又叫等二軸拉伸試驗(yàn)，用于測(cè)量材料在雙向拉伸條件下的應(yīng)力應(yīng)變力學(xué)性能，應(yīng)變測(cè)量采用高清非接觸式全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)配合拉伸試驗(yàn)機(jī)同步實(shí)時(shí)采集材料的拉伸應(yīng)變值。

拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： 

國標(biāo)：

GB/T 228.1  金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法

GB/T 4338    金屬材料 高溫拉伸試驗(yàn)方法

GB/T 228.2  金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：高溫試驗(yàn)方法

GB/T 30069.2  金屬材料 高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn) 第2部分：液壓伺服與其他試驗(yàn)系統(tǒng)

GB/T 30069.2  金屬材料 高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn) 第2部分：液壓伺服與其他試驗(yàn)系統(tǒng)

GB/T 15970.1 金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第7部分：慢應(yīng)變速率試驗(yàn)

美標(biāo)：

ASTM E8/E8M  金屬材料拉伸試驗(yàn)方法  

ASTM B557  鍛造和鑄造的鋁及鎂合金制品抗拉試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

ASTM A370  鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)方法和定義

ASTM E21    金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法  

ASTM G129-00 金屬材料對(duì)環(huán)境協(xié)助開裂敏感性評(píng)價(jià)用慢應(yīng)變率試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)  

日標(biāo)：

JIS Z2241  金屬材料拉伸試驗(yàn)方法

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：

ISO 6892-1   金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法

ISO 6892-2   金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法

ISO 26203-2    金屬材料 高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn) 第2部分：液壓伺服與其他試驗(yàn)系統(tǒng)

航空標(biāo)準(zhǔn)：

HB 7235  慢應(yīng)變速率應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法

HB 5260 馬氏體不銹鋼拉伸應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法