第一节 拉伸试验
一、概述
金属拉伸是历史最为悠久，应用最为广泛的力学性能试验方法之一。在大部分的材料手册工艺技术条件中都首先选用材料的拉伸性能指标来表征材料的性能。再者，拉伸指标也是材料供货、验收及生产和科研中最为主要的检测项目，是钢结构建筑和产品的重要设计依据。
拉伸性能试验可检测金属的抗拉强度、屈服强度、规定塑性延伸强度、断后伸长率和断面收缩率等。
二、拉伸的基本原理
拉伸试验是在规定的温度、湿度和试验速率条件下，用静拉伸力对试样轴向拉伸，测量力和相应的伸长，一般都将样品拉至断裂，来测定其力学性能。在拉伸试验中，以纵坐标应力、横坐标应变绘制出的曲线称为应力-应变曲线。在应力-应变曲线上可方便地测得拉伸的各项性能指标。
伸长率是指断后标距的残余伸长（Lu-L0）与原始标距（L0）之比的百分率。
式中 A——断裂伸长率，％；
Lu——断后标距，mm；
L0——原始标距，mm。
断面收缩率是指断裂后试样横截面积的最大缩减量（S0-Su）与原始横截面积（S0）之比的百分率。
式中 Z——断面收缩率，％；
S0——原始横截面积，mm2；
Su——断后最小横截面积，mm2。
应力是指试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积S0的商。
抗拉强度是指相应最大力Fm对应的应力。
式中 Rm——抗拉强度，MPa；
Fm——最大力，N；
S0——原始横截面积，mm2。
屈服强度是指当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度（图2-1）。
图2-1 典型上、下屈服曲线
上屈服强度ReH：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。
下屈服强度ReL：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力。
规定塑性延伸强度Rp是指塑性延伸强度等于规定引伸计标距Le百分率时对应的应力。经常说的RP0.2就是塑性延伸强度等于规定引伸计标距为0.2％时的应力（图2-2）。
图2-2 规定塑性延伸强度
三、拉伸试验方法
目前现行有效的室温拉伸试验方法为GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》。除非另有规定，试验一般在室温10～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为（23±5）℃。
1.拉伸试验设备
拉伸试验机是检测金属拉伸性能的主要设备。拉伸试验机的种类繁多，有机械传动试验机、液压万能试验机等。目前应用比较广泛的是微机控制电子万能材料试验机（图2-3）、微机控制电液伺服万能材料试验机（图2-4）。
图2-3 微机控制电子万能材料试验机
图2-4 微机控制电液伺服万能材料试验机
GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》中规定试验机的测力系统应按照GB/T 16825.1进行校准，并且其准确度应为1级或优于1级。引伸计的准确度级别应符合GB/T 12160的要求。测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点伸长率、规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度，以及规定残余延伸强度的验证试验，应使用不劣于1级准确度的引伸计；测定其他较大伸长率的性能，如抗拉强度、最大力总伸长率和最大塑性伸长率、断裂总伸长率，以及断后伸长率，应使用不劣于2级准确度的引伸计。微机控制拉伸试验机应满足GB/T 22066。
2.对试样的要求
试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸。
通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯经机械加工制成试样。但具有恒定横截面的产品（型材、棒材、线材等）和铸造试样（铸铁和铸造非铁合金）可以不经机械加工而进行试验。
试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。
试样原始标距与原始横截面积有关系者称为比例试样。国际上使用的比例系数k的值为5.65。原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以致采用比例系数为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值（优先采用11.3）或采用非比例试样。
机械加工的试样如试样的夹持端与平行长度的尺寸不相同，它们之间应以过渡弧连接。
如试样为未经机械加工的产品或试棒，两夹头间的长度应足够，以使原始标距的标记与夹头有合理的距离。
铸造试样应在其夹持端和平行长度之间以过渡弧连接。此弧的过渡半径尺寸可能很重要，建议在相关产品标准中规定。
应按照相关产品标准或GB/T 2975的要求切取样坯和制备试样。
3.试验程序
（1）选用合适的拉伸设备 试验前，根据试样的材料以及尺寸选取吨位合适的拉伸设备，以确保拉力在设备的精度范围之内，一般保证拉力值在设备最大吨位的20％～80％之间，然后根据试样的形状换好试验机的夹头。
（2）试验原始尺寸的测量 试验前用量具测量试样的原始横截面积，一般用千分尺和卡尺来测量。
（3）试样原始标距的标记和测量 根据要求选取原始标距的长度，一般首先选取k的值为5.65。
沿着试样的平行部分长度，用两个点或者一系列的等分点（等分点间距为5mm或10mm）标出原始标距。标记一般有划线和冲点两种，可在专用的划线机或冲点机上进行，也可手工进行。对于脆性材料或很薄的试样，为避免冲点对试样断裂的影响，通常可在试样平行段内涂上快干墨水或带色涂料，再轻轻划上标记。
（4）试验条件的选择 就是选择合适的试验速度和试验温度。试验温度一般保持在10～35℃范围内。主要选择的是试验速度。GB/T 228.1—2010中有两种方法，方法A和方法B。
（5）测定需要检测的数据 出具报告。