拉伸测试知多少？

        拉伸测试程序包括将样品连接到测试机上并施加力直至材料断裂。结果通常记录在应力应变图中。

测试中测量的最重要的参数是极限拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率。

什么是拉伸测试或拉伸测试？

拉伸测试或拉力测试也称为拉力测试，是一种破坏性测试方法，也是最常见的机械测试类型。

拉伸试验用于确定金属的屈服点或屈服强度、拉伸强度或极限拉伸应力以及伸长率。

拉伸测试方法测量断裂金属、复合材料或塑料样本所需的力以及样本拉伸或伸长至断裂点的程度。

‍‍ 拉伸测试程序‍‍

将由金属加工而成的标准尺寸拉伸试样插入拉伸试验机中（如下图所示）。

该机器主要由两部分组成：拉紧或拉动装置以及用于测量和记录刻度盘上的负载的装置。对样品施加逐渐增加的拉伸载荷，并观察样品的最终延伸（或应变）。

施加的应力（即载荷除以横截面）与伸长率或伸长率之间的关系由应力-应变曲线表示，如下图所示，这是延性碳钢的典型曲线。

直到曲线上的P点，应力与应变成正比，如直线所示。它被称为比例极限。

超过P，曲线偏离直线。曲线上的E点为弹性极限。这意味着到目前为止，当负载移除时，样本会恢复到其原始尺寸，从而表现出弹性。

当载荷增加超过弹性极限时，会出现一个突然延伸的点，表现为梁的下降和在较低载荷下继续延伸。

如果去除负载，样本不会恢复其原始尺寸，并且据说发生了塑性变形或塑性流动。

在上面的曲线中，上屈服点用Y _u表示，即发生突然延伸之前的最高应力，其值受表面光洁度、试件形状和加载速率的影响。

通常在商业测试中测量的较低屈服点用 Y _L表示，即产生最大伸长率的最低应力。如此大的金属伸长率出现在很少的材料中，例如锻铁和低碳钢。

随着载荷增加，样本继续延伸（即塑性变形），直到标距发生收缩并且梁下降。

这对应于样本上的最大载荷（曲线上的 M 点）。负载现在作用在逐渐减小的区域上，并产生足以使样本破裂的应力。

该最大应力“M”是金属的拉伸强度。实际中从未使用低于 M 处应力的实际断裂应力。

拉伸试验样本尺寸

在拉伸试样中，标距长度和平行长度是标准尺寸。这些如下图所示。

标距通常为50mm，在试验前在试样上标记两个点，测量断裂后的最终标距。

拉伸测试实验

拉伸测试的目的是确定符合测试中规定的某些条件（例如室温或高温）的一种或多种强度（例如拉伸强度和屈服强度）和变形（伸长率或面积收缩率）性能标准或代码。

这里，拉伸测试试样通常加载至断裂点并记录所需的拉伸力。

由于拉伸试验在基材评估和焊接接头检查中具有特殊意义，因此必须尽可能精确地定义实验条件，以便不同的测试实验室始终报告清晰且可比较的结果。

拉伸测试计算

试验过程中，连续测量施加的载荷值（F）和试样总长度的变化（（ΔL）。

由拉伸试验结果得到应力值（力/单位面积，用σ表示），无论是屈服应力还是拉伸应力，以及应变（伸长率，用ε表示）。

需要测试样本的横截面积（测试样本中心）来计算应力或拉伸强度值。

拉伸强度公式及计算

拉伸试验根据拉伸试验数据，采用以下公式计算：

应力 (σ) = 力 (F) / 试样横截面积 (A)

其中力以牛顿为单位，面积以mm ²或英寸²为单位。

同样，应变值 ( ε ) 是通过将长度变化 (ΔL) 除以测试样本的原始长度 (L) 来计算的。

应变也被称为伸长百分比或减少百分比。

伸长率/断面收缩率 公式

伸长率是衡量金属延展性的指标，表示金属在使用中受力时的安全系数。延展性可以定义为能够使用拉力将金属拉成线材的性能。

面积减少百分比是延展性的另一种衡量标准，可以在拉伸试验中测量。它是通过将断裂拉伸样品的端部小心地装配在一起并测量最小横截面的尺寸而获得的。

该面积与原始横截面积之差除以原始横截面积并乘以 100 即可得出面积减少的百分比。

应变或伸长率或面积减少率可以通过以下公式计算：

应变 (ε) = (ΔL-L)/L*100

 在哪里，

1. ΔL 是最终标距，

2. L 是初始标距

拉伸试验中的伸长率或断裂后伸长率是剩余长度变化（ΔLL），称为断裂后的初始测量长度（L）。

同样，面积减少 Z 是指试样断裂后相对于初始截面的最大剩余截面变化。

百分比 (%) 伸长率计算示例

如果试验结束时原始标距长度 50 mm (L ₁ )增加到 60 mm (L ₂ )，则伸长率百分比计算如下：

( L ₁ – L ₂ )/ L ₁ *100 = 60-50/50*100 = 20%

因此，伸长率将为 20%。

拉伸测试标准和规范

主要拉伸试验标准和规范如下。这些标准适用于材料和焊缝测试。

1. ASTM E8/E8M –金属材料的拉伸测试

2. BS EN ISO 4136 ：金属材料焊缝的破坏性测试。横向拉伸试验

3. BS EN 895：金属材料焊缝的破坏性测试。横向拉伸试验

4. ISO 6892 – 金属材料拉伸测试

5. ASTM D412 – 弹性体拉伸测试

6. ISO 37 – 弹性体拉伸测试

7. ASTM D638 – 塑料拉伸测试

8. ISO 527-2 – 塑料拉伸测试

9. ASTM A370 –钢产品机械测试的标准测试方法和定义

拉伸测试的重要性

拉伸测试是最重要的机械测试，对于所有机械设计和施工至关重要。

该测试为材料选择、评估和质量保证提供重要数据。该测试有助于为材料完整性提供关键输入，确保其满足产品寿命所需的最低拉伸/屈服强度和伸长率。

所有可能危及生命的关键工程设计，例如桥梁、铁路、航空航天和机械，都依赖于拉伸试验所获得数据的可靠性。

在这些应用中，拉伸测试的作用非常重要。错误的结果或不符合设计标准可能会给财务和人员生命带来风险。

由于材料选择不合格而造成的此类致命事故的财务费用远远高于对材料进行通常的拉伸测试的成本。

拉伸试验有哪些类型？

拉伸试验根据用途可分为以下几类：

• 
  在不断增加（平滑）的负载下——经典的准静态拉伸试验

• 
  恒定静载（静态）负载下——静态拉伸试验

• 
  交变载荷下循环应力应变曲线的测定——LCF（低周疲劳）

• 
  室温（10 至 35 °C）：标准拉伸测试

• 
  在高温下（远超过 1000 °C）：高温拉伸测试或热拉伸测试

• 
  在低温或深冷温度下拉伸测试（低至-269°C）

• 
  在非常低的测试速度下——蠕变测试

• 
  在较高的测试速度下——高速拉伸测试。

我们可以从拉伸测试中获得哪些性能？

拉伸测试提供有关给定材料的各种机械性能的信息。进行基本拉伸测试是为了了解屈服强度、拉伸强度和伸长率。

其中最重要的列于此处：

1.  抗拉强度
2.  屈服强度
3. 伸长率（应变）

4. 面积减少百分比（应变）
5.  失效时负载
6.  杨氏模量

7.  最大负载

 应力-应变曲线

应力-应变拉伸曲线突出了材料响应拉伸载荷、压缩载荷或扭转应用时的变形。

根据测试的材料类型（例如脆性或延性），应力-应变曲线还可以提供主要材料属性。

应力应变图告诉我们许多重要的机械性能，例如拉伸和屈服强度、弹性、屈服点以及拉伸测试试样加载过程中的伸长率和面积收缩率。

这些特性对于许多具有成功和可靠设计的工程应用来说具有最大的价值。

下图显示了具有各种附着点的典型应力-应变曲线。

拉伸试验中的脆性和延性断裂

在工程材料中，材料断裂有以下几种类型：

1. 脆性断裂（内聚或解理断裂）

2. 延性断裂

3. 混合 脆性和韧性断裂

在脆性断裂中，材料的断裂没有任何大的塑性变形，因此断裂后的拉伸试样显示出平坦的表面，断裂区域没有任何颈缩。

脆性断裂发生在沿晶和沿晶中。它主要在体心立方（BCC）材料中观察到，因为随着温度下降，它们在原子水平上失去滑动能力（失去延展性和塑性）。

当超过材料的最高法向拉伸应力时，就会存在这种断裂机制的条件。因此，脆性断裂是正常应力断裂。

另一方面，韧性断裂在断裂区域表现出明显的塑性变形，表现为颈缩。在这里，材料表现出塑性，因此具有延展性。

从材料原子结构来看，韧性断裂可以发生在BCC（体心立方）、HCP（六方密堆积）和FCC（面心立方）中。

除 FCC 外，BCC 和 HCP 均取决于温度。通常，BCC 和 HCP 材料随着温度下降，它们开始出现脆性断裂。

在零度以下的温度下，这种现象会显着减少。因此，在设计低温和韧性性能（冲击载荷）零件时，它是一个重要因素。