拉伸试验是材料力学性能试验中zui常见、zui重要的试验方法之一。
拉伸试验是在三个外界条件:温度、加载速度、应力状态都恒定的条件下进行的。温度条件指常温、低温、和高温。加载速度是在静载荷下进行的, 应变速率一般为0.0001——0.01/s。应力状态为单向沿轴拉伸,即简单应力状态。它具有简单易行、试样便于制备等特点。通过拉伸试验可以得到材料的基本力学性能指标,如弹性模量、屈服强度、规定非比例延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、应变硬化指数和塑性应变比等。缺口拉伸试验可以衡量材料的脆性破坏倾向。高温拉伸试验可以了解材料在高温下的失效情况;而低温拉伸试验则不但可以测定材料在低温下的强度和塑性指标,而且还可以用于评定材料在低温下的脆性。
拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据,对于设计和选材、新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制、设备的安全和评估,都有很重要的应用价值和参考价值,有些则直接以拉伸试验的结果为依据。例如:进行强度计算时,材料所受的应力应小于屈服强度,否则会因塑性变形而导致破坏。材料的强度越高,能承受的外力就越大,所用的材料也越少。又如:断后伸长率和断面收缩率大的材料,轧制和锻造的可塑性也越大,反之,可塑必就越小。此外,拉伸试验指标还和其他的力学性能指标建立了经验关系。如:热轧软钢的抗拉强度与布氏硬度之间有Rm =1/3HB等。
物体因外力作用产生变形, 其内部各部分之间因相对位置的变化而引起的相互作用称为内力。*, 即使不受外力,物体各质点间也存在相互作用力,我们所称的内力,是在外力作用,上述各作用力的变化量,随着该变化量的逐渐加大, 物体内部发生一系列的物理变化,当到达某一极*, 物体就会被破坏,该极限与物体的强度有直接关系。
但从外表看来,一般分为以下几个基本过程。以金属试样为例,将试样装夹在拉伸强度试验机上,按照有关标准规定选择合适的速率,均匀地对试样施加作用力F ,可以观察试样由开始到破坏(一般是断裂)的几个阶段。
试样初始受力,宏观上逐渐被均匀拉长,然后在某一点横截面渐渐变细(缩颈),直至在该处断裂。塑性较好的材料一般有明显的缩颈现象。但也有例外,如奥氏体钢、铝青铜等塑性金属材料不发生缩颈,这类材料通常有圈套的加工硬化能力。而对于较脆弱的材料,一般由伸长到zui终断裂前,通常无明显缩颈现象发生。
拉伸过程中,拉伸强度试验机上的自动记录装置也可自动绘出拉伸曲线图,该图以力F/N作为纵坐标,试样的伸长量l ∆/mm为横坐标,即F-l ∆曲线,习惯上称为拉伸图。现在以20低碳钢为例,具体说明拉伸过程中的几个阶段。