拉伸试验的目的和原理

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1、拉伸试验的目的和原理拉伸试验的目的和原理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

2、度和塑性指标，而且还可以用于评定材料在低温下的脆性。拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据， 对于设计和选材、 新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制、设备的安全和评估，都有很重要的应用价值和参考价值，有些则直接以拉伸试验的结果为依据。例如：进行强度计算时，材料所受的应力应小于屈服强度，否则会因塑性变形而导致破坏。材料的强度越高，能承受的外力就越大，所用的材料也越少。又如：断后伸长率和断面收缩率大的材料，轧制和锻造的可塑性也越大，反之，可塑必就越小。此外，拉伸试验指标还和其他的力学性能指标建立了经验关系。如：热轧软钢的抗拉强度与布氏硬度之间有 Rm =1/3HB 等。我国 2002年颁

3、布了国家标准 GB/T2282002 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/T2281987金属拉抻试验方法 、GB/T63971986金属拉伸试验试样和 GB/T30761982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。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

4、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.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,该称为工程应力:FSO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lo,则工程应变为：=l1lolloloS0F伸伸F试试L0样样横横和是拉伸试验中两个最

5、基本的参数，它们相互之间有一定的联系。截截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

6、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l/mm为横坐标，即 F-l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。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

7、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。试样拉伸过程的物理现象拉伸前试样装有引伸计试样颈缩现象断裂后对接5mm原始标距L0引伸计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-l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

8、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l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le 和塑性变形lp。如卸载时的载荷，此后原则上遵循着原来的拉伸曲线。第四阶段为局部塑性变形阶段（ef 段） 。在前一阶段，试样的变形量越来越大，其强化能力也逐渐减小，到了e 点，由于其强化能力跟不上变形，终于在某个最薄弱处

9、产生局部塑性变形，这时，该处横截面积显著收缩，载荷读数迅速下降，出现前述的“缩颈”现象。此时虽然力F 不断下降，但缩颈部位仍不断被拉长，直至断裂。出现局部塑性变形的开始点（e 点）所对应的力 Fb 为试样在拉伸过程中所能随的最大外力。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，因面有着不同的曲线。下面列举几种常见的曲线。图 a 是一般低碳钢的曲线。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，无可见屈服阶段，试样产生缩颈变形后断裂。图 d 是铸铁、淬火钢等较脆材料的曲线。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。