拉伸試驗是一種簡單的機械性能試驗。在測試規(guī)內(nèi)，應(yīng)力均勻，應(yīng)力應(yīng)變及其性能指標(biāo)的測量穩(wěn)定可靠，理論計算方便。通過拉伸試驗，可以測定材料在彈性變形、塑性變形和斷裂過程中最基本的力學(xué)性能，如正彈性模量E、屈服強度σ0.2、屈服點σs、抗拉強度σb、斷后伸長率δ和面積收縮率ψ等。拉伸試驗中獲得的力學(xué)性能，如E，σ0.2，σs，σb，δ，ψ等。，是材料固有的基本性能，是工程設(shè)計的主要依據(jù)。

拉伸試驗是金屬力學(xué)性能試驗中最常見的試驗，同一種材料通過不同的拉伸試驗過程得到的測量結(jié)果不一定相同。拉伸試驗受哪些因素影響？

1.取樣位置和方法

由于成分、組織、組織、缺陷、加工變形分布不均勻，同一批甚至同一產(chǎn)品的不同部位都不一樣。因此，在取樣時，應(yīng)嚴(yán)格遵守附錄GB/T-228中的規(guī)定。

2.測試設(shè)備

設(shè)備直接影響結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實性，所以在實驗過程中要保證試驗機在檢定有效期內(nèi)。如圖，是WDW-50萬能試驗機，設(shè)備定期檢查送檢。

3.測試環(huán)境的影響

測試環(huán)境主要包括環(huán)境溫度、夾緊裝置選擇的影響等。

球形支撐卡盤

4.測試方法的選擇

測試方法主要包括夾緊方法、拉伸率、拉伸截面積和圖案尺寸的測量方法。選擇測量圖樣尺寸時，宜選擇外徑千分尺、游標(biāo)卡尺或矩形試樣游標(biāo)卡尺。

此外，由于主觀因素和操作技能的差異，也會給測量結(jié)果帶來誤差。所以檢測人員要經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)，按照GB/T 228標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

5.一些基本問題

對于大多數(shù)金屬材料，在彈性變形區(qū)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比。當(dāng)應(yīng)力或應(yīng)變繼續(xù)增加時，在某一點上，應(yīng)變將不再與施加的應(yīng)力成比例。

此時，與相鄰初始原子的鍵開始斷裂，并由一組新的原子重新形成。當(dāng)這種情況發(fā)生時，應(yīng)力消除后，材料不會恢復(fù)到原來的狀態(tài)，即變形是永久的，不可逆的。此時，材料進(jìn)入塑性變形區(qū)(圖1)。

實際上，很難確定材料從彈性區(qū)變?yōu)樗苄詤^(qū)的確切位置。如圖2所示，繪制應(yīng)變?yōu)?.002的平行線。應(yīng)力-應(yīng)變曲線被這條線截斷，屈服應(yīng)力確定為屈服強度。屈服強度等于發(fā)生明顯塑性變形時的應(yīng)力。大多數(shù)材料是不均勻的，它們不是完美的理想材料。材料的屈服是一個過程，通常伴隨著加工硬化，所以不是一個具體的點。

對于大多數(shù)金屬材料，應(yīng)力-應(yīng)變曲線看起來類似于圖3所示的曲線。當(dāng)加載開始時，應(yīng)力從零開始增加，應(yīng)變線性增加。直到材料屈服，曲線才開始偏離線性。

繼續(xù)增加應(yīng)力，曲線達(dá)到最大值。最大值對應(yīng)的是抗拉強度，即曲線的最大應(yīng)力值，圖中用M表示。斷裂點是材料最終斷裂的點，在圖中用F表示。

典型的應(yīng)力-應(yīng)變測試裝置和試樣的幾何形狀如圖4所示。拉伸試驗時，緩慢拉伸試樣，記錄長度和施加力的變化，記錄力-位移曲線。利用試樣的原始長度、標(biāo)距長度和截面積等信息，可以繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

對于能發(fā)生拉伸塑性變形的材料，常用的曲線有兩種:工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。兩者的區(qū)別在于計算應(yīng)力所用的面積不同。前者使用樣本的初始面積，后者使用拉伸過程中的實時橫截面面積。因此，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，真實應(yīng)力一般高于工程應(yīng)力。

常見的拉伸曲線有兩種:一是有明顯屈服點的拉伸曲線；第二，拉伸曲線沒有明顯的屈服點。屈服點代表金屬對初始塑性變形的抵抗力。這是工程技術(shù)中最重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。

工程實踐中如何定義金屬的塑性變形？

殘余塑性變形是重要的基礎(chǔ)。通常把工程金屬對應(yīng)一定量的殘余塑性變形的抗力人為地作為屈服強度，也叫條件屈服強度。即如果沒有明顯的塑性屈服點，就沒有明顯的屈服強度。想知道實際的金屬屈服強度，需要一個判斷條件，于是就有了條件屈服強度。

對于不同的金屬構(gòu)件，對應(yīng)于條件屈服強度的殘余變形是不同的。對于一些苛刻的金屬構(gòu)件，殘余變形要小一些，而普通金屬構(gòu)件在條件下屈服時對應(yīng)的殘余變形要大一些。常用的殘余變形有0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等。

金屬的屈服是位錯運動的結(jié)果，所以金屬的屈服由位錯運動的阻力決定。對于純金屬，包括晶格抗力、位錯相互作用抗力和位錯與其他缺陷或結(jié)構(gòu)的相互作用抗力。

拉伸曲線上直線段對應(yīng)的面積，也就是彈性部分，就是彈性能。從彈性變形開始到斷裂的過程中，試樣吸收的總能量稱為斷裂功，金屬在斷裂前吸收的能量稱為斷裂韌性。

實際上，金屬的機械性能通常在拉伸過程中發(fā)生變化，最突出的現(xiàn)象是加工硬化。金屬的加工硬化有助于避免實際工程構(gòu)件在過載情況下突然斷裂，造成災(zāi)難性后果。

金屬的塑性變形和變形硬化是確保金屬均勻塑性變形的先決條件。也就是說，在多晶金屬中，發(fā)生塑性變形的地方被強化，然后塑性變形被抑制，使變形轉(zhuǎn)移到其他更容易的地方。

從實際拉伸曲線來看，大多數(shù)金屬在室溫下屈服后，在屈服應(yīng)力的作用下，變形不會繼續(xù)，必須增加阻力才能繼續(xù)變形。在真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上，流動應(yīng)力不斷上升，出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象。這種曲線稱為加工硬化曲線。

硬化指數(shù)N是一個重要的塑性指數(shù)，代表材料抵抗進(jìn)一步變形的能力。

最后說說應(yīng)變率。通常，被測金屬材料的拉伸曲線是在較低應(yīng)變速率下測試得到的。只有一些特殊的金屬構(gòu)件才需要在較高的應(yīng)變速率下測試其力學(xué)性能，也就是高速變形的構(gòu)件。在正常室溫下，應(yīng)變速率拉伸時，材料變形主要是位錯滑移或?qū)\晶。