材料常规力学性能测试拉伸试验（一）

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按作用在物体上的力可分为静载荷：逐渐、缓慢地作用在工件上的力，如机床床身的压力、钢索的拉力等。动载荷：包括气锤杆、齿轮、弹簧的冲击力等冲击载荷和交变载荷。

适用范围

1、橡胶材料：橡胶制品、软管、胶带、O型圈、轮胎等橡胶材料及制品。

2、塑料材料：塑料制品、薄膜、管材、板材、包装材料、尼龙制品、防水卷材等塑料材料及制品。

3、金属材料：金属制品、不锈钢制品、螺栓、钢丝、合金制品等金属材料及制品。

4、建筑材料：木材、板材、玻璃、混凝土、石墨制品等。

材料常规力学性能测试-拉伸试验

概述

测量材料在拉伸载荷作用下一系列性能的试验，也称拉伸试验。它是材料力学性能测试的基本方法之一，主要用于检查材料是否符合规定的标准以及研究材料的性能。

绩效指标

拉伸试验可以测量材料的一系列强度指标和塑性指标。强度通常是指材料在外力作用下抵抗弹性变形、塑性变形和断裂的能力。当材料承受拉伸载荷时，载荷继续发生显着塑性变形而不增加载荷的现象称为屈服。发生屈服的应力称为屈服点或物理屈服强度，以S (Pa) 表示。工程中有许多材料没有明显的屈服点。通常取材料残余塑性变形为0.2%时的应力值作为屈服强度，称为条件屈服极限或条件屈服强度，用0.2表示。材料断裂前达到的最大应力值称为抗拉强度或强度极限，以b（帕斯卡）表示。

塑性是指金属材料在载荷作用下发生塑性变形而不损坏的能力。常用的塑性指标有伸长率和面积收缩率。伸长率，又称伸长率，是指材料试样在拉伸载荷作用下拉断后的总伸长率与原长度的百分比，用表示。面积收缩率是指材料试样在拉伸载荷作用下拉断后，其缩小面积与原始横截面积之比的百分比，用表示。

条件屈服极限0.2、强度极限b、伸长率和断面收缩率是拉伸试验中经常测量的四个性能指标。此外，还可测量材料的弹性模量E、比例极限p、弹性极限e等。

数据曲线

试验机绘制的拉伸曲线实际上是载荷-伸长曲线（见图）。若将载荷坐标值和伸长坐标值除以样品原始横截面积和样品标距长度，即可得到应力。 -应变曲线图。图中op部分是一条直线。此时，应力与应变成正比。该比值就是弹性模量。 Pp为成比例时的最大负载。 p 点处的应力是比例极限p。当继续加载时，曲线偏离op直至点e。此时，如果去掉负载，样品仍能恢复到原来的状态。如果经过e点，样品就无法恢复到原来的状态。 e 点的应力即为弹性极限e。由于工程中很难测量真实的e，因此常取试样残余伸长达到原标距0.01%时的应力作为弹性极限，表示为0.01。继续施加载荷，样品沿es曲线变形到达s点。此时的应力为屈服点S或残余伸长率为0.2%的条件屈服强度0.2。继续增加负载经过s 点至b 点，即断裂前的最大负载。此时的载荷除以原横截面积即为强度极限b。 b点以后，试件继续伸长，同时横截面积减小，承载能力开始下降，直至k点断裂。断裂瞬间的载荷与断裂处横截面的比值称为断裂强度。

图1为拉伸标准样品和断裂后的样品。标距长度已预先标记在样品上。

图2是一般结构钢的拉伸（载荷-伸长率）关系图。

国家标准

GB/T228.1-2010 《金属材料拉伸试验方法》

高温拉伸试验

概述

高温拉伸试验是在高于室温的高温下进行的拉伸试验。在高温拉伸试验中，除了应力和应变外，还必须考虑温度和时间两个参数。温度对高温拉伸性能影响很大，因此温度控制要求非常严格。样品一般采用电炉加热。炉子工作空间应有足够的均匀区，并采用仪表自动控制温度。

影响

金属材料在高温下工作，这个温度不会导致材料蠕变。或者虽然在此温度下可能会发生蠕变，但由于工作时间短，蠕变并不起决定性作用。在上述两种情况下，通过高温下短时拉力测得的性能就成为衡量材料力学性能的重要指标。有时为了确定热加工工艺，还需要确定材料在热加工温度下的短期拉伸性能。

实验分析

金属材料高温拉伸试验规定的性能指标与常温拉伸试验基本相同，但一般测量四大性能指标：抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面收缩率。因为在做高温短时拉伸试验时，负载持续时间的长短对拉伸性能有很大的影响。当短时高温拉伸试件被快速拉断时，拉伸强度值显着增加。如下图：

高温短时拉伸试验几项主要指标的测量方法与常温下基本相似。随着温度的变化，四大指标的变化趋势如图所示：

研究应用

西安交通大学单志伟教授、马恩教授和麻省理工学院（MIT）李炬教授等人利用TEM中的纳米力学测试系统测试了各向同性亚微米非晶硅（a-Si）。对样品进行定量压缩和拉伸测试。

这项工作开辟了材料中固有的拉伸压缩不对称性的未经探索的机制。该研究成果以“非晶硅中的张力-压缩不对称性”为题发表在Nature子刊《Nat. Mater.》上。这种不寻常的拉压（T-C）不对称性也适用于其他类似于a-Si的材料，并为小尺寸a-Si微电子和微机电系统的应用提供了重要指导。未来可能会激发具有新颖弹性的新材料的发明。

论文链接：