深入了解材料力学性能：拉伸试验在汽车、航空航天等领域的应用与重要性

汽车、轨道交通、航空航天以及电子电器等各类领域出现技术创新和应用创新，金属、塑料等各类材料的应用范围日益广泛，这使得对材料的性能有了更高的要求，其中就包含材料的力学性能。

材料的力学性能指的是在不同的环境，像温度、介质、湿度等情况下，当承受各种外加载荷，比如拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等的时候，所展现出来的力学方面的特征。材料力学性能的评定是离不开相应测试的，而本文将会对其中的拉伸试验进行解读。

概述

拉伸试验是材料力学性能试验的基本方法之一。它主要用于进行测定。在拉伸载荷的作用下，可测定材料的一系列特性。

典型的拉伸试验测试设备

拉伸测试是一项常规性能测试。在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，会对塑料试样的纵轴方向施加拉伸载荷。当牵伸作用力大于键合力或分子间的作用力时，就会使分子链断裂或相互滑移。宏观上会表现为样条的塑性变形、断裂。在这个过程中，会测试试样承受的负荷及其伸长。通常的测试项目包含拉伸应力。通常的测试项目包含拉伸强度。通常的测试项目包含拉伸屈服强度。通常的测试项目包含断裂伸长率。通常的测试项目包含拉伸弹性模量。

低碳钢的拉伸试验步骤主要有以下 8 步：首先要准备试件；接着调整试验机；然后装夹试件；之后检查与试车；再进行试验；之后取下试件和记录纸；接着用游标卡尺测量断后标距；最后用游标卡尺测量缩颈处最小直径。

拉伸曲线与试验主要阶段

典型拉伸曲线示意图

拉伸曲线可直接反映的具体信息：

比例极限σp：应力与应变成正比关系的最大应力；

弹性极限σe指的是材料从弹性变形转变为弹 - 塑性变形时的应力，也就是当应力超过弹性极限，开始出现塑性变形时的应力。

金属发生明显塑性变形时所具有的抗力称为屈服极限σs，屈服点是与屈服极限对应的强度，并且屈服点有上、下之分。

条件屈服强度σ0.2 的含义是，在材料没有明显屈服平台的情况下，规定当产生 0.2%的残余塑性应变时所对应的应力。

抗拉强度（强度极限）σb 指的是试样在拉断之前由最大载荷所决定的临界应力。

弹性模量 E：在弹性变形阶段，应力与应变成正比例关系，这种正比例关系符合胡克定律，而这个比例系数就是弹性模量。

延伸率δ：试样拉伸断后标距段会有总变形ΔL，此总变形ΔL与原标距长L进行相比，其比值就是延伸率δ，即δ=ΔL/L×100%。延伸率和截面收缩率都属于描述材料塑性性能的指标。

材料存在差异，其拉伸曲线也存在差异。总的来讲：从开始拉伸一直到最后断裂这个过程，大致可以划分成四个具有特征的阶段。

1、弹性阶段

随着荷载不断增加，应变会随应力按一定比例增加。应变指的是在外力以及非均匀温度场等因素发挥作用时，物体局部产生的相对变形。应力则是当物体因外因而发生变形时，在物体内部各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力就是应力。如果卸去荷载，试件能够恢复到原来的状态，这表现为弹性变形。

2、屈服阶段

应力与应变不成比例，此时开始出现塑性变形。应变增加的速度比应力增长速度快，钢材抵抗外力的能力进入了“屈服”状态。

3、强化阶段

抵抗塑性变形的能力再次提升，变形发展的速度较为迅速，并且会随着应力的升高而不断增强。

4、颈缩阶段

材料变形迅速增大，然而应力却在下降。试件的薄弱处截面明显地缩小了，从而产生了“颈缩现象”，一直到断裂。

影响因素

4. 试验操作的方法和规范不同也会导致拉伸试验的变化。

1、取样部位和方法

材料中由于成分、组织、结构、缺陷以及加工变形等分布不均匀，这就导致同一批产品或者同一产品的不同部位有可能出现力学性能方面的差异。所以在切取样品的时候，应当严格依照相关国标的规定来进行操作。

2、试验设备

试验设备会对结果数据的准确性和真实性产生直接影响。所以，在进行实验时，一定要确保试验机处于检定的有效期内。各类万能试验机以及配套引伸计都需要定期进行校验和维护。

3、试验环境的影响

试验环境主要包括环境温度、实验地点周围有无振动的影响等。

4、试验方法的选择

试验方法包含夹持方法、拉伸速率，还有拉伸横截面积以及式样尺寸的测量方法。在挑选测量样品的尺寸时，最好选用外径千分尺和游标卡尺。

此外，因为主观因素不一样，操作技巧也有差别，这会给测量结果带来误差。所以，检验人员要经过严格的培训，并且按照相应国标的方法来进行试验。

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