金属材料拉伸试验需要注意的若干问题

摘要： 本文讨论金属材料的拉伸试验需要注意的若干问题，例如： 试样的尺寸测量；试样的取样部位；机加工；拉伸试验的速率，屈服力的确定，断后伸长率等因素。

关键词： 屈服力； 断后伸长率

金属材料的拉伸试验是金属材料力学性能试验中的重要内容之一，主要包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率的测定。这些参数能否准确、真实的被测定主要取决于试样的取样部位及方向，机加工，试样的尺寸测量，拉伸试验的速率，规定非比例延伸强度（%l0.2）的确定方法，断后伸长的测量等因素。

经过多年的试验工作及学习相关标准、文献、资料，将从以下几个方面论述一下自己的看法和体会以供大家参考。

1 试样的取样部位及方向

能否准确、真实的反映出金属材料的力学性能与试样的取样部位及方向有重要关系。因此取样时有三个主要因素要考虑：①取样部位：一般中心部位的性能低于其他部位的性能；②取样方向：一般纵向试样的性能优于横向试样的性能，特别是断面收缩率的差异特别显著；③取样数量：试样应有代表性，数量由产品标准及使用情况而定。

这三个主要因素与力学性能试验结果有密切关系是因为：①金属材料在冷变形或热变形的加工过程中，变形量不会处处均匀，变形时金属沿主变形方向流动；②金属材料内部会存在各类冶金缺陷，在加工变形时缺陷的分布也不均匀；③金属材料加热或散热的条件也会有差异，所以成材后的金相组织必然也不均匀；④还有其他诸多工艺变动因数等，决定了名义上相同的一批，甚至同一产品（如同一块钢板）的不同部位，其力学性能也出现差异。因此，在不同部位取样、制样和试验，其结果必然不同[1]。

2 试样机加工后的形状公差

一般试样机加工后造成的形状公差有三种情况：①一端大另一端小；②两端大中间小；③中间大两端小。最常见的是一端大另一端小的情况。这种情况往往会产生标外断。

3 试样原始横截面积的测量

①对于圆形横截面积的试样，在其标距的两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径，取两个方向的平均值为直径计算面积，取三处测得面积的最小值为试样的原始横截面积。

②对于矩形和弧形横截面积的试样，在其标距的两端及中间三处横截面上测量厚度（或壁厚）和宽度，取三处测得的最小横截面积为试样的原始横截面积。

③对于环形横截面积的试样（圆管段试样），在其一端相互垂直的方向测量外径和平均壁厚计算的横截面积为试样的原始横截面积。

原始横截面积的计算值至少保留4位有效数字，常数%i应至少保留4位有效数字。

4 拉伸试验的速率

拉伸试验速率对性能的测定有明显影响，最常用的3种速率控制方式：有载试验机夹头分离速率；应力速率； 应变速率。通常应力速率应在6～60 MPa·s-1 ，应变速率应在0.00025～0.0025s-1 。试验机夹头分离速率一般设定在1～7mm/min即可满足要求。

5 屈服力的确定

目前大多数试验室采用微机控制拉伸试验全过程，一般人们会认为屈服强度的测定会准确无误，其实不尽然，常因夹具打滑等因素造成电脑的误判，因此对微机作出的力-位移曲线进行复验是十分必要的。上、下屈服力判定的基本原则如下：

①屈服前的第一个峰值力（第一个极大力）判为上屈服力，不管其后的峰值力比它大或小。

②屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一个谷值力（第一个极小值力），取其余谷值力中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力，此谷值力为下屈服力。

③屈服阶段中呈现屈服平台，平台力判为下屈服力。如呈现多个而且后者高于前者的屈服平台，判第一个平台力为下屈服力。

④正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。

6 断后伸长率的测定

如果试样断在标距中间1/3L0（L0为原始标距）范围内，则直接测量两标点间的长度；如果断在标距内，但超出中间1/3L0范围，可以采用位移方法（见GB/T228-2002标准中附录F）[2]测定断后标距。

在工作中常遇到试样断在标距外又无备样，或因事故分析无多余试样的情况，我们提出如下解决方案供大家参考：

基本原理：假定金属材料在拉伸试验过程中体积不变。将拉伸试样发生颈缩区域的形状近似看作两个对称的圆台，试样塑性变形前的圆柱体积等于塑性变形后的圆台体积，算出塑性变形后的长度，再得出断后伸长率。

参考文献：

[1] 姜英波，吴佳雄.关于执行《金属材料室温拉伸试验方法》标准若干问题的探讨[M].浙江建筑，2004，21（2）：1008-3707.

[2] GB/T228-2002， 金属材料室温拉伸试验方法[S].

作者简介：徐向光，（1955-），男，高级工程师。专业方向：金属材料。