拉伸试验是金属力学性能检测中最常见的试验。 同一材料通过不同拉伸测试工艺的测量结果不一定相同。 影响拉伸试验的因素有哪些？
01
采样地点和方法
由于材料中成分、结构、结构、加工变形缺陷等分布不均匀，同一批甚至同一产品的不同部位可能会出现差异。 因此，切割样品时应严格执行GB/T-228附录中的规定。
拉伸试样3D图
02
测验设备
检测设备直接影响结果数据的准确性和真实性，因此在实验过程中需要保证试验机在校准的有效期内。 图为WDW-50万能试验机。 设备定期校准并提交检查。
微机控制电子万能试验机
03
测试环境的影响
测试环境主要包括环境温度的影响、夹具设备的选择等。
球形支撑卡盘
04
测试方法的选择
试验方法主要有夹紧法、拉伸速率、拉伸截面积和图案尺寸的测量方法。 选择测量图案尺寸时，建议使用外径千分尺、游标卡尺或矩形样品游标卡尺。
另外钢材高温力学性能，由于主观因素和操作技巧的差异，也会给测量结果带来误差。 因此，检验人员应经过严格的培训，并按照GB/T-228标准方法进行检验。
05
一些基本问题
对于大多数金属材料，在弹性变形区域，应力与应变成正比。 当应力或应变继续增加时，在某一点，应变将不再与施加的应力成正比。
此时，与邻近原始原子的键开始断裂，并被一组新原子重新重组。 当这种情况发生时，材料在应力去除后将不再恢复到原来的状态，即变形是永久性的、不可逆的，材料进入塑性变形区（图1）。
图1 塑性变形示意图
在实践中钢材高温力学性能，很难确定材料从弹性区域转变到塑性区域的确切点。 如图2所示，以0.002的应变绘制平行线。 这条线用于截取应力-应变曲线，并将屈服时的应力确定为屈服强度。 屈服强度等于发生显着塑性变形时的应力。 大多数材料并不统一，也不是完美理想的。 材料的屈服是一个过程，通常伴随着加工硬化，因此它不是一个具体的点。
图2 应力-应变曲线
对于大多数金属材料，应力-应变曲线看起来类似于图 3 中所示的曲线。当加载开始时，应力从零开始增加，应变线性增加，直到材料屈服并且曲线开始偏离线性。
继续增加应力，曲线达到最大值。 最大值对应的是抗拉强度，即曲线的最大应力值，图中用M表示。 断裂点是材料最终断裂的点，图中用F表示。
图3 工程应力-应变曲线示意图
典型的应力应变测试装置和测试样品几何形状如图4所示。在拉伸测试过程中，缓慢拉动样品，同时记录长度和施加力的变化，并记录力-位移曲线。 利用样品的原始长度、标距、横截面积等信息可以绘制应力-应变曲线。
图4 应力应变测试
对于能承受拉伸塑性变形的材料，最常用的曲线有两种：工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线。 它们之间的区别在于计算应力时使用的面积。 前者使用样品的初始面积，后者使用拉伸过程中的实时横截面积。 因此，在应力-应变曲线上，真实应力一般高于工程应力。
图5 典型拉伸曲线图
图6 各种真实金属材料的真应力和真应变曲线
最常见的拉伸曲线有两种：一种是有明显屈服点的拉伸曲线；另一种是有明显屈服点的拉伸曲线。 另一种是没有明显屈服点的拉伸曲线。 屈服点表示金属对初始塑性变形的抵抗力。 这是工程技术中最重要的力学性能指标之一。
图7 典型的变形硬化拉伸曲线
工程中如何定义实际金属的塑性变形？
残余塑性变形量是重要依据。 通常，人为地将工程金属在一定残余塑性变形量时对应的抗力视为屈服强度，也称为条件屈服强度。 也就是说，如果没有明显的塑性屈服点，就没有明显的屈服强度。 要知道实际金属的屈服强度，需要一个判断条件，所以就有了条件屈服强度。
对于不同的金属构件，其条件屈服强度对应的残余变形是不同的。 对于一些条件恶劣的金属构件，残余变形量应较小，而普通金属构件屈服时相应的残余变形量较大。 常用的残余变形有0.01%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%和1.0%等。
图 8 条件收益率
金属的屈服强度是位错运动的结果，因此金属的屈服强度是由位错运动的阻力决定的。 对于纯金属，它包括晶格阻力、位错相互作用阻力以及位错与其他缺陷或结构之间的相互作用阻力。
图9 实际金属铝中的位错
拉伸曲线上的直线段，即弹性部分对应的面积，就是弹性能。 从弹性变形开始到断裂的过程，样品吸收的总能量称为断裂功，金属断裂前吸收的能量称为断裂韧性。 实际金属在拉伸过程中通常会伴随着机械性能的变化，其中最突出的现象是加工硬化。 金属的加工硬化有助于防止实际工程部件在过载时突然断裂，从而造成灾难性后果。
金属塑性变形和形变硬化是保证金属均匀塑性变形的前提。 这意味着在多晶金属中，发生塑性变形的地方会被强化，然后塑性变形被抑制，从而使变形能够转移到其他更容易的地方。
从实际拉伸曲线来看，大多数金属在室温下屈服后，在屈服应力的作用下变形不会继续，必须增加抗力才能继续变形。 在真应力-真应变曲线上，流变应力持续上升并发生加工硬化。 这样的曲线称为加工硬化曲线。 加工硬化指数n是重要的塑性指标，代表材料抵抗持续变形的能力。
图10 金属塑性变形过程中的加工硬化
最后，谈谈应变率。 通常被测金属材料的拉伸曲线是通过较低应变率下的测试获得的。 只有一些特殊的金属构件需要在较高应变率下测试其力学性能，即经历高速变形的构件。 在正常室温应变率拉伸下，材料的变形主要以位错滑移或孪晶为主。
图11 铝合金高速变形曲线
拉伸曲线，即工程应变-工程应变曲线上的最大工程应力，称为极限拉应力，即抗拉强度。
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