拉伸試驗是一種簡單的機械性能試驗。在測試規(guī)內(nèi)，應力均勻，應力應變及其性能指標的測量穩(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，是工程設計的主要依據(jù)。

拉伸試驗是金屬力學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，應嚴格遵守附錄GB/T-228中的規(guī)定。

2.測試設備

設備直接影響結(jié)果數(shù)據(jù)的準確性和真實性，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、游標卡尺或矩形試樣游標卡尺。

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)過嚴格的培訓，按照GB/T 228標準進行檢測。

5.一些基本問題

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

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。當這種情況發(fā)生時，應力消除后，材料不會恢復到原來的狀態(tài)，即變形是永久的，不可逆的。此時，材料進入塑性變形區(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，繪制應變?yōu)?.002的平行線。應力-應變曲線被這條線截斷，屈服應力確定為屈服強度。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，應力-應變曲線看起來類似于圖3所示的曲線。當加載開始時，應力從零開始增加，應變線性增加。直到材料屈服，曲線才開始偏離線性。

繼續(xù)增加應力，曲線達到最大值。最大值對應的是抗拉強度，即曲線的最大應力值，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。

典型的應力-應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、標距長度和截面積等信息，可以繪制應力-應變曲線。

對于能發(fā)生拉伸塑性變形的材料，常用的曲線有兩種:工程應力-工程應變曲線和真應力-真應變曲線。兩者的區(qū)別在于計算應力所用的面積不同。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，在應力-應變曲線上，真實應力一般高于工程應力。

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)中最重要的力學性能指標之一。

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。通常把工程金屬對應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。在真應力-真應變曲線上，流動應力不斷上升，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)，代表材料抵抗進一步變形的能力。

最后說說應變率。通常，被測金屬材料的拉伸曲線是在較低應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變速率下測試其力學性能，也就是高速變形的構(gòu)件。在正常室溫下，應變速率拉伸時，材料變形主要是位錯滑移或?qū)\晶。