孫悅

【摘 要】理論上，能夠影響金屬拉伸試驗(yàn)結(jié)果的存在很多因素，如：強(qiáng)度的極限、彈性、屈服極限等，這些雖然只是材料的一些固有屬性，然而也會(huì)影響到試樣的尺寸、形狀，與加載的速度、加工的精度以及影響到周?chē)沫h(huán)境等。因而在現(xiàn)實(shí)的檢測(cè)中，要不斷積累經(jīng)驗(yàn)和繼續(xù)探索下去。

【關(guān)鍵詞】金屬；拉伸試驗(yàn)；實(shí)施

一、引言

通常，拉伸試驗(yàn)是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定材料特性的試驗(yàn)方法。利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長(zhǎng)率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。從高溫下進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)可以得到蠕變數(shù)據(jù)。金屬拉伸試驗(yàn)的步驟可參見(jiàn)ASTM E-8標(biāo)準(zhǔn)。

二、拉伸試驗(yàn)與拉伸試驗(yàn)參數(shù)

（一）拉伸試驗(yàn)

測(cè)定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗(yàn)，又稱(chēng)抗拉試驗(yàn)。它是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一，主要用于檢驗(yàn)材料是否符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和研究材料的性能。

（二）拉伸試驗(yàn)參數(shù)

主要包括：最大試驗(yàn)力：50N、100N到20KN；準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí)/1級(jí)；試驗(yàn)力測(cè)量范圍：0.2%到100%F.S/0.4到100%F.S；試驗(yàn)力示值準(zhǔn)確度：±0.5%/±1%；試驗(yàn)力分辨率：±250000碼；變形測(cè)量范圍：1%—100%F.S；變形示值準(zhǔn)確度：±0.5%；變形分辨率：±250000碼；大變形測(cè)量范圍：0到800mm；大變形示值準(zhǔn)確度：±0.5%；大變形分辨率：0.003mm；位移示值準(zhǔn)確度：±0.3%；位移分辨率：0.00004mm；力速率控制調(diào)節(jié)范圍：0.005-10%F.S/S；力速率控制精度：力控制速率小于0.05%，F(xiàn).S/S時(shí)在±1%；力控制速率大于0.05%，F(xiàn).S/S時(shí)在±0.3%；伸長(zhǎng)速率控制調(diào)節(jié)范圍：0.005-10%F.S/S；伸長(zhǎng)速率控制精度：變形控制速率小于0.05%，F(xiàn).S/S時(shí)在±0.5%；變形控制速率大于0.05%，F(xiàn).S/S時(shí)在±0.2%；位移速率控制調(diào)節(jié)范圍：0.001-1000mm/min；位移速率控制精度：±0.2%/±0.5%；恒力、恒變形、恒位移控制范圍：0.3%—100%F.S；恒力、恒變形、恒位移控制精度：設(shè)定值小于10%，F(xiàn).S時(shí)在±0.5%；設(shè)定大于10%，F(xiàn).S時(shí)在±0.1.%；有效拉伸空間：900mm；電子拉力試驗(yàn)機(jī)有效試驗(yàn)寬度：400mm。

三、試驗(yàn)方法和步驟

（一）試件準(zhǔn)備

先用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件中間等直桿兩端及中間這三個(gè)橫截面處的直徑：在每一橫截面內(nèi)沿互相垂直方向各測(cè)量一次并取平均值。用所測(cè)得的三個(gè)平均值中最小的值作為試件的初始直徑d0，并按d0計(jì)算試件的初始橫截面面積A0。再根據(jù)試件的初始直徑d0 計(jì)算試件的標(biāo)距l(xiāng)0，并用游標(biāo)卡尺在試件中部等直桿段內(nèi)量取試件標(biāo)距l(xiāng)0，用刻線器將標(biāo)距長(zhǎng)度分為十等份。

（二）試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備

熟悉衡翼萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程，估計(jì)拉伸試驗(yàn)所需的最大載荷Pb，并根據(jù)Pb值選定試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力度盤(pán)（Pb值在測(cè)力度盤(pán)40% -80%范圍內(nèi)較宜）。調(diào)整測(cè)力指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)，并使從動(dòng)針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動(dòng)繪圖裝置。

（三）試件安裝

先將試件安裝在試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)，再移動(dòng)下夾頭到適當(dāng)位置，并把試件下端夾緊。

（四）檢查及試機(jī)

請(qǐng)教師檢查以上準(zhǔn)備情況。經(jīng)教師許可后開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，加少量載荷（勿使應(yīng)力超過(guò)比例極限），檢查試驗(yàn)機(jī)和繪圖裝置工作是否正常，然后卸載。

（五）進(jìn)行試驗(yàn)

開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)以慢速均勻加載，注意觀察測(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)、自動(dòng)繪圖情況及試件在拉伸過(guò)程中的各種現(xiàn)象。當(dāng)測(cè)力指針不動(dòng)或倒退時(shí)，說(shuō)明材料開(kāi)始屈服，測(cè)力指針停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的恒定值或第一次回轉(zhuǎn)的最小值即屈服載荷Ps。當(dāng)測(cè)力指針和從動(dòng)指針再次分離時(shí)，試件開(kāi)始頸縮，直至最后被拉斷。測(cè)力指針回到零點(diǎn)，而從動(dòng)指針則指示出最大載荷Pb。關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)，取下試件。將斷裂的試件對(duì)齊并盡量靠緊，用游標(biāo)卡尺測(cè)量斷裂后標(biāo)距段的長(zhǎng)度l1及斷口處直徑d1。

（六）結(jié)束試驗(yàn)

從試驗(yàn)機(jī)上取下已繪好的拉伸曲線圖紙，并請(qǐng)教師檢查試驗(yàn)記錄。清理試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，將試驗(yàn)機(jī)及有關(guān)工具復(fù)原。

四、試驗(yàn)結(jié)果處理

整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按要求填寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告并寫(xiě)出結(jié)論。鑄鐵拉伸試驗(yàn)步驟與低碳鋼拉伸試驗(yàn)步驟相同，只記錄最大載荷并繪出拉伸曲線。

五、拉伸速度的問(wèn)題

在彈性變形階段，金屬的變形量很小而拉伸載荷迅速增大。這時(shí)候如果以橫梁位移控制來(lái)做拉伸試驗(yàn)，那么速度太快會(huì)導(dǎo)致整個(gè)彈性段很快就被沖過(guò)去。以彈性模量為200Gpa的普通鋼材為例，如果標(biāo)距為50mm的材料，在彈性段內(nèi)如以10mm/min的速度進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，那么實(shí)際的應(yīng)力速率為：

200000N/mm2S-1×10mm/min×1min/60S×1/50mm=666N/mm2S-1

一般的鋼材屈服強(qiáng)度就小于600Mpa，所以只需要1秒鐘就把試樣拉到了屈服，這個(gè)速度顯然太快。所以在彈性段，一般都選擇采用應(yīng)力速率控制或者負(fù)荷控制。塑性較好的材料試樣過(guò)了彈性段以后，載荷增加不大，而變形增加很快，所以為了防止拉伸速度過(guò)快，一般采用應(yīng)變控制或者橫梁位移控制。所以在GB228-2002里面建議了，“在彈性范圍和直至上屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)機(jī)夾頭的分離速率應(yīng)盡可能保持恒定并在規(guī)定的應(yīng)力速率的范圍內(nèi)（材料彈性模量E/（N/mm2）<150000，應(yīng)力速率控制范圍為2—20（N/mm2）·s-1、材料彈性模量E/（N/mm2）≥150000，應(yīng)力速率控制范圍為6—60（N/mm2）·s-1=。若僅測(cè)定下屈服強(qiáng)度，在試樣平行長(zhǎng)度的屈服期間應(yīng)變速率應(yīng)在0.00025/s～0.0025/s之間。平行長(zhǎng)度內(nèi)的應(yīng)變速率應(yīng)盡可能保持恒定。

在塑性范圍和直至規(guī)定強(qiáng)度（規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、規(guī)定總延伸強(qiáng)度和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度）應(yīng)變速率不應(yīng)超過(guò)0.0025/s?！薄＿@里面有一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，就是應(yīng)力速度與應(yīng)變速度的切換點(diǎn)的問(wèn)題。最好是在彈性段結(jié)束的點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力速度到應(yīng)變速度的切換。在切換的過(guò)程中要保證沒(méi)有沖擊、沒(méi)有掉力。這是拉力試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)。

六、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，能夠影響其拉伸試驗(yàn)的結(jié)果也會(huì)存在很多因素，例如，有強(qiáng)度的極限、彈性、屈服極限等，這些雖然只是材料的一些固有屬性，然而也會(huì)影響到試樣的尺寸、形狀，與加載的速度、加工的精度以及影響到周?chē)沫h(huán)境等。在現(xiàn)實(shí)的檢測(cè)中，應(yīng)盡量確定這些所存在的因素，從而對(duì)產(chǎn)生的各種因素進(jìn)行制定各種操作流程，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)必須要選用正確的方向，從而加強(qiáng)它的準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》