拉伸性能及拉伸试验详解：材料力学性能指标与工程应用

拉伸性能和拉伸测试的定义

材料的弹性、强度、塑性、应变硬化等许多重要的力学性能指标统称为拉伸性，是材料的基本力学性能。材料的其他机械性能，例如疲劳、断裂等，可以根据拉伸性能来预测。在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据。

拉伸试验是在静态轴向拉力的恒定作用下，以规定的拉伸速度将标准拉伸试样拉至断裂，在拉伸过程中连续记录力和伸长率，以确定其强度标准。和塑性标准的机械性能测试。

拉伸性能指标分类

(1)断裂强度 材料拉伸至断裂时所能承受的外力，单位为N或cN。

(2)相对强度，将强力换算成指定纱线粗细时的力。例如断裂强度是指材料在拉伸断裂时单位横截面积所能承受的最大外力，单位为MPa（N/m2）；断裂比强度是指材料在拉伸至断裂时，单位线密度所能承受的力。常用于纤维或纱线，单位为cN/dtex，或N/tex；断裂长度，材料重量等于其断裂强度时的长度，单位为km。

(3)断裂伸长率是材料被拉伸至断裂时的伸长率(应变率)。

(4)拉伸变形曲线及相关指标。拉伸变形曲线是材料在拉伸变形过程中应力和变形同时发展的曲线。可以获得初始模量、屈服应力和应变、断裂功和断裂比功等指标。

拉伸测试程序

(1)低碳钢的拉伸试验

1）。准备试件。用打标机在原标距范围内划出一条圆线（或用小钢冲头打小冲点），将标距长度分成10个等长的格子。用游标卡尺在两个相互垂直的方向上测量试样原始标距两端和中间的直径。取算术平均值作为截面直径。然后选取三个截面直径中的最小值进行计算。试样的原始横截面积A。 （取三位有效数字）。

2).调整试验机。根据低碳钢的抗拉强度σb和原始横截面积估算试件的最大载荷，配置相应的摆锤，选择合适的测力板。启动试验机，将工作台升高约10mm，以消除工作台系统自重的影响。调整主动指针与零位对齐，使从动指针靠近主动指针，并调整自动绘图装置。

3）。夹紧试件。首先将试件夹在上卡盘中，然后将下卡盘移至适当的夹紧位置，最后将试件的下端夹紧。

4).检查和试运行。请实验指导老师检查以上步骤的完成情况。启动试验机，预加少量载荷（该载荷对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载至零，检查试验机是否正常工作。

5).进行测试。启动试验机，缓慢均匀地加载，并仔细观察测力指针的转动和绘图装置的绘图情况。注意捕获屈服载荷值并记录下来，以计算屈服点应力值σS。屈服阶段要注意打滑现象。屈服阶段之后，加载速度可以更快。当即将达到最大值时，要注意“颈缩”现象。断裂后立即停止试件，记录最大载荷值。

6).取出试片和记录纸。

7).用游标卡尺测量断裂后的标距。

8).用游标卡尺测量缩颈的最小直径d1。

(2)铸铁拉伸试验

1）。准备试件。除不需要刻线或打小冲点外，其余与低碳钢相同。

2）。调整试验机和自动拉伸装置，安装试件，检查上述工作（与低碳钢拉伸试验步骤相同）。

3).进行实验。启动试验机，缓慢均匀地加载，直至试件断裂。关闭试验机，记录断裂时的最大载荷值，取出试样和记录纸。

拉伸试验参数

各向异性材料的单轴拉伸测试

1、最大试验力：50N、100N～20KN

2. 准确度等级：0.5/1级

3、试验力测量范围：0.2%～100%FS/0.4～100%FS

4、试验力示值精度：±0.5%/±1%

5、试验力分辨率：±250000码

6、变形测量范围：1%-100%FS

7、变形指示精度：±0.5%

8、变形分辨率：±250000码

9、大变形测量范围：0～800mm

10、大变形指示精度：±0.5%

11、大变形分辨率：0.003mm

12、位移指示精度：±0.3%

13、位移分辨率：0.00004mm

14、力率控制调节范围：0.005-10%FS/S

15、力率控制精度：力率控制率小于0.05%，FS/S时为±1%；力控率大于0.05%，FS/S时为±0.3%；

16、伸长率控制调节范围：0.005-10%FS/S

17、伸长率控制精度：变形控制率小于0.05%，FS/S时为±0.5%；变形控制率大于0.05%，FS/S时为±0.2%；

18、位移速率控制调节范围：0.001-1000mm/min

19、位移率控制精度：±0.2%/±0.5%

20、恒力、恒变形、恒位移控制范围：0.3%-100%FS

21、恒力、恒变形、恒位移控制精度：设定值小于10%时，FS±0.5%以内；当设定值大于10%时，FS在±0.1.%以内；

22、有效拉伸空间：900mm

23、电子拉力试验机有效测试宽度：400mm。

拉伸曲线

电子拉力试验机

试验机绘制的拉伸曲线实际上是载荷-伸长率曲线。若将载荷坐标值和伸长坐标值除以样品原始横截面积和样品标距长度，即可得到应力应变曲线。 。图4中的op部分是一条直线。此时，应力与应变成正比。该比值就是弹性模量。 Pp为成比例时的最大负载。 p 点处的应力是比例极限 σp。当继续加载时，曲线偏离op直至点e。此时，如果去掉负载，样品仍能恢复到原来的状态。如果经过e点，样品就无法恢复到原来的状态。 e 点的应力即为弹性极限 σe。由于工程中很难测量真实的σe，因此常取试样残余伸长达到原标距0.01%时的应力作为弹性极限，表示为σ0.01。继续施加载荷，样品沿es曲线变形，到达s点。此时的应力为屈服点σS或残余伸长率为0.2%的条件屈服强度σ0.2。继续增加负载经过 s 点至 b 点，即断裂前的最大负载。此时的载荷除以原横截面积即为强度极限σb。 b点之后，样品继续伸长，同时横截面积减小，承载能力开始下降，直至k点断裂。断裂瞬间的载荷与断裂处横截面的比值称为断裂强度。

拉伸试验检测标准

GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验方法》