第一節　拉伸試驗

一、概述

金屬拉伸是歷史最為悠久，應用最為廣泛的力學性能試驗方法之一。在大部分的材料手冊工藝技術條件中都首先選用材料的拉伸性能指標來表征材料的性能。再者，拉伸指標也是材料供貨、驗收及生產和科研中最為主要的檢測項目，是鋼結構建筑和產品的重要設計依據。

拉伸性能試驗可檢測金屬的抗拉強度、屈服強度、規定塑性延伸強度、斷后伸長率和斷面收縮率等。

二、拉伸的基本原理

拉伸試驗是在規定的溫度、濕度和試驗速率條件下，用靜拉伸力對試樣軸向拉伸，測量力和相應的伸長，一般都將樣品拉至斷裂，來測定其力學性能。在拉伸試驗中，以縱坐標應力、橫坐標應變繪制出的曲線稱為應力-應變曲線。在應力-應變曲線上可方便地測得拉伸的各項性能指標。

伸長率是指斷后標距的殘余伸長（Lu-L0）與原始標距（L0）之比的百分率。

式中　A——斷裂伸長率，％；

Lu——斷后標距，mm；

L0——原始標距，mm。

斷面收縮率是指斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量（S0-Su）與原始橫截面積（S0）之比的百分率。

式中　Z——斷面收縮率，％；

S0——原始橫截面積，mm2；

Su——斷后最小橫截面積，mm2。

應力是指試驗期間任一時刻的力除以試樣原始橫截面積S0的商。

抗拉強度是指相應最大力Fm對應的應力。

式中　Rm——抗拉強度，MPa；

Fm——最大力，N；

S0——原始橫截面積，mm2。

屈服強度是指當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點。應區分上屈服強度和下屈服強度（圖2-1）。

上屈服強度ReH：試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力。

下屈服強度ReL：在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最小應力。

規定塑性延伸強度Rp是指塑性延伸強度等于規定引伸計標距Le百分率時對應的應力。經常說的RP0.2就是塑性延伸強度等于規定引伸計標距為0.2％時的應力（圖2-2）。

三、拉伸試驗方法

目前現行有效的室溫拉伸試驗方法為GB/T 228.1—2010《金屬材料　拉伸試驗　第1部分：室溫試驗方法》。除非另有規定，試驗一般在室溫10～35℃范圍內進行。對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應為（23±5）℃。

1.拉伸試驗設備

拉伸試驗機是檢測金屬拉伸性能的主要設備。拉伸試驗機的種類繁多，有機械傳動試驗機、液壓萬能試驗機等。目前應用比較廣泛的是微機控制電子萬能材料試驗機（圖2-3）、微機控制電液伺服萬能材料試驗機（圖2-4）。

GB/T 228.1—2010《金屬材料　拉伸試驗　第1部分：室溫試驗方法》中規定試驗機的測力系統應按照GB/T 16825.1進行校準，并且其準確度應為1級或優于1級。引伸計的準確度級別應符合GB/T 12160的要求。測定上屈服強度、下屈服強度、屈服點伸長率、規定塑性延伸強度、規定總延伸強度、規定殘余延伸強度，以及規定殘余延伸強度的驗證試驗，應使用不劣于1級準確度的引伸計；測定其他較大伸長率的性能，如抗拉強度、最大力總伸長率和最大塑性伸長率、斷裂總伸長率，以及斷后伸長率，應使用不劣于2級準確度的引伸計。微機控制拉伸試驗機應滿足GB/T 22066。

2.對試樣的要求

試樣的形狀與尺寸取決于要被試驗的金屬產品的形狀與尺寸。

通常從產品、壓制坯或鑄錠切取樣坯經機械加工制成試樣。但具有恒定橫截面的產品（型材、棒材、線材等）和鑄造試樣（鑄鐵和鑄造非鐵合金）可以不經機械加工而進行試驗。

試樣橫截面可以為圓形、矩形、多邊形、環形，特殊情況下可以為某些其他形狀。

試樣原始標距與原始橫截面積有關系者稱為比例試樣。國際上使用的比例系數k的值為5.65。原始標距應不小于15mm。當試樣橫截面積太小，以致采用比例系數為5.65的值不能符合這一最小標距要求時，可以采用較高的值（優先采用11.3）或采用非比例試樣。

機械加工的試樣如試樣的夾持端與平行長度的尺寸不相同，它們之間應以過渡弧連接。

如試樣為未經機械加工的產品或試棒，兩夾頭間的長度應足夠，以使原始標距的標記與夾頭有合理的距離。

鑄造試樣應在其夾持端和平行長度之間以過渡弧連接。此弧的過渡半徑尺寸可能很重要，建議在相關產品標準中規定。

應按照相關產品標準或GB/T 2975的要求切取樣坯和制備試樣。

3.試驗程序

（1）選用合適的拉伸設備　試驗前，根據試樣的材料以及尺寸選取噸位合適的拉伸設備，以確保拉力在設備的精度范圍之內，一般保證拉力值在設備最大噸位的20％～80％之間，然后根據試樣的形狀換好試驗機的夾頭。

（2）試驗原始尺寸的測量　試驗前用量具測量試樣的原始橫截面積，一般用千分尺和卡尺來測量。

（3）試樣原始標距的標記和測量　根據要求選取原始標距的長度，一般首先選取k的值為5.65。

沿著試樣的平行部分長度，用兩個點或者一系列的等分點（等分點間距為5mm或10mm）標出原始標距。標記一般有劃線和沖點兩種，可在專用的劃線機或沖點機上進行，也可手工進行。對于脆性材料或很薄的試樣，為避免沖點對試樣斷裂的影響，通常可在試樣平行段內涂上快干墨水或帶色涂料，再輕輕劃上標記。

（4）試驗條件的選擇　就是選擇合適的試驗速度和試驗溫度。試驗溫度一般保持在10～35℃范圍內。主要選擇的是試驗速度。GB/T 228.1—2010中有兩種方法，方法A和方法B。

（5）測定需要檢測的數據　出具報告。