一、材料在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能

1.1 拉伸試驗

（1）概述

拉伸試驗是標準拉伸試樣在靜態(tài)軸向拉伸力不斷作用下以規(guī)定的拉伸速度拉至斷裂，并在拉伸過程中連續(xù)記錄力與伸長量，從而求出其強度判據(jù)和塑性判據(jù)的力學(xué)性能試驗。

強度指標：彈性極限、屈服強度、抗拉強度；

塑性指標：斷后伸長率、斷面收縮率.

（2）概念

應(yīng)力：應(yīng)力是在他作用單位面積上的力，用N/mm^2表示，在米制單位中，用千帕（kPa）或兆帕（Mpa）表示。

應(yīng)變：是被測試材料尺寸的變化率，它是加載后引起的尺寸變化。由于應(yīng)變是一個變化率，所以它沒有單位。

原始標距（l0）:施力前的試樣標距.

斷后標距（lk）:試樣斷裂后的標距.

斷后伸長率（A）：是斷后標距的殘余伸長（lk-l0）與原始標距（l0）之間的百分比.

斷面收縮率（Z）:斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量（Sk-S0）與原始橫截面積（S0）之比的百分率。

最大力（Fm）:試樣在屈服階段之后所能抵抗的最大力。

屈服強度：當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點。

上屈服強度：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。

下屈服強度：在屈服期間，不計初始瞬時效應(yīng)時的最低應(yīng)力。

（3）拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

以低碳鋼的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線為例。

OB-彈性階段，BC-屈服階段，

CD-強化階段，DE-頸縮階段。

試樣在各階段變化的示意圖

彈性階段：

金屬在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系，符合胡克定律，

其比例系數(shù)稱為彈性模量。

屈服階段：

當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點，應(yīng)區(qū)分上屈服強度和下屈服強度。通常把下屈服點對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服強度。

強化階段：

經(jīng)過屈服階段后，曲線從C點又開始逐漸上升，說明要使應(yīng)變增加，必須增加應(yīng)力，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱作強化，CD段稱為強化階段（加工硬化）。曲線最高點所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為材料的抗拉強度（強度極限），它是衡量材料強度的又一個重要指標。強度極限是材料在整個拉伸過程中所能承受的最大拉力。

頸縮階段：

曲線達到D點，在試樣比較薄弱的某一局部（材料不均勻或有缺陷處），變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現(xiàn)了頸縮現(xiàn)象。此后，試件的軸向變形主要集中在頸縮處，試件最后在頸縮處被拉斷。

a是低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，它有鋸齒狀的屈服階段，分上下屈服，均勻塑性變形后產(chǎn)生縮頸，然后試樣斷裂；

b是中碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，它有屈服階段，但波動微小，幾乎成一條直線，均勻塑性變形后發(fā)生縮頸，然后試樣斷裂；

c是淬火后低、中溫回火鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，它無可見的屈服強度，均勻塑性變形后產(chǎn)生縮頸，然后試樣斷裂；

d是鑄鐵、淬火鋼等較脆材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，它不僅無屈服強度，而且在產(chǎn)生少量均勻塑性變形后就突然斷裂。

（4）拉伸試樣形狀及尺寸

拉伸試樣的一般形狀

比例試樣尺寸：

原始直徑d0：3、5、6、8、10、15、20、25，優(yōu)先選用5、10、20mm。

原始標距l(xiāng)0》15mm，短試樣L0=5d0，長試樣l0=10d0

矩形橫截面拉伸試樣的形狀和尺寸符號

薄板非比例試樣

（5）拉伸試驗前的準備

取樣部位、取樣方向、取樣數(shù)量是對材料性能試驗結(jié)果影響較大的三個因素，被稱為取樣三要素。應(yīng)按照相關(guān)產(chǎn)品標準GB/T2975-2018<鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能取樣位置及試樣制備>或協(xié)議的規(guī)定。

取樣方法：

從原材料上直接取樣試驗；從產(chǎn)品的重要部位（最薄弱、最危險的部位）取樣試驗；以實物零件直接試驗，如鋼筋、螺栓等；以澆筑的鑄件試樣直接試驗或經(jīng)加工成試樣進行試驗。

試樣加工：

防止變形或受熱而影響其力學(xué)性能，以切削加工為宜；平行段應(yīng)光滑，無加工硬化，無缺口、刀痕、毛刺等缺陷；脆性材料加持部分與平行段應(yīng)有較大半徑的圓弧過渡；不經(jīng)機加工鑄件試樣表面的夾砂、毛刺等必須加以清除。

試樣檢查、標記：

試驗前應(yīng)檢查試樣外觀是否符合要求；試樣原始標距一般采用細劃線或墨線進行標定，所采用的方法不能影響試樣過早斷裂；對于特薄或脆性材料，可在試樣平行段內(nèi)涂上快干著色料，再輕輕劃上標線。

試樣的原始橫截面積測量：

圓形截面試樣：在標距兩端及中間三處橫截面上相互垂直兩個方向測量直徑，以各處兩個方向測量的直徑的算數(shù)平均值計算橫截面積，取三處測得橫截面積平均值作為試樣原始橫截面積。

矩形截面試樣：在標距兩端及中間三處橫截面積上測量寬度和厚度，取三處測得橫截面積平均值作為試樣原始橫截面積。

（6）拉伸試驗準備

萬能試驗機是用來針對各種材料進行儀器設(shè)備靜載、拉伸、壓縮、彎曲、剪切等力學(xué)性能試驗用的機械加力的試驗機。萬能試驗機的組成：加載機構(gòu)、加樣機構(gòu)、記錄機構(gòu)、測力機構(gòu)等。標準《GB/T16491-2008 電子萬能試驗機》。

夾持裝置用于對不同形狀、尺寸和材質(zhì)的試樣進行夾持定位。引伸計用于測定微小塑性變形的長度測量儀。

試驗設(shè)備校驗：

電子萬能試驗機：《GB/T 16825.1-2008 靜力單軸試驗機的檢驗 第1部分： 拉力和壓力試驗機測力系統(tǒng)的檢驗與校準》、《GB/T 16825.2-2005 靜力單軸試驗機的檢驗 第2部分：拉力蠕變試驗機 施加力的檢驗》

引伸計：《GB/T 12160-2002 單軸試驗用引伸計的標定》