金属材料拉伸测试的影响因素及实际应用

陆林和 顾骏 庆

江苏容大材料腐蚀检验有限公司 江苏无锡 214000

摘要：本文通过标准GB/T228.1-2010和实际检测经验，分析金属材料拉伸测试对结果性能有影响的因素，以及这些因素的产生原因、影响影响性能的程度，并根据实际应用探讨相应的降低影响因素的控制方法。

关键词：金属材料；标准；拉伸；影响因素；控制要求

金属材料拉伸试验是应用最广泛的检测和评定金属材料产品质量的手段。拉伸性能检测的主要参数是金属材料各项强度指标和塑性性能，对金属材料的研发和实际使用具有重要意义。影响拉伸检测结果的因素很多，如拉伸速率、试样加工、试验设备、引伸计装夹和标定、样品夹持方式、测试环境温度以及人员等。本文结合标准《GB/T228.1-2010》要求和实际应用，对测试结果的影响因素加以控制。

1 拉伸速率的影响及控制要求

1.1拉伸速率的影响

拉伸速率对材料强度及塑性根据材料种类不同,影响也不同，且对拉伸的曲线形貌亦有影响。拉伸试验弹性阶段的变形量小，而加载力增加较快，此时横梁位移控制容易造成整个弹性阶段很快被冲过。导致屈服测量不准确，或屈服结果偏高的结果。在实际测试中，金属材料拉伸速率增加，金属材料的屈服强度和抗拉强度的测试结果均会相应的增加，断后伸长率会相应的减小。而测量奥氏体不锈钢这类对拉伸速率极为敏感的不锈钢材料时，速率的影响将会尤为明显，速率降低会显著增加断后伸长率数值。

1.2拉伸速率的控制要求

实际检测中为了避免拉伸速率对拉伸性能结果产生较大影响，可根据标准GB/T228.1-2010要求优先采用A法应变控制，此法是为了减小测定应变速率敏感参数时的试验速率变化和试验结果的测量不确定度。测量弹性阶段至屈服应为引伸计应变控制，应变速率 推荐0.00025/s，屈服阶段应为横梁位移应变控制，应变速率 推荐0.00025/s，屈服阶段之后应为横梁位移应变控制，应变速率 推荐0.0067/s。对于标准尺寸的拉伸棒R4试样，测试换算速率基本等同国际标准和美标标准。

2 试样加工的影响及控制要求

2.1试样加工的影响

试样的准确加工是获得可信实验数据的前提，实际工作中，加工样品的取样方向、形状、尺寸、加工精度和方法等都对测试结果有影响。受材料成型方法影响，材料的取样方向对拉伸的强度和断后伸长率也有一定影响，如Q345低合金高强度结构钢，横向拉伸强度比纵向拉伸强度高，但断后延伸率比纵向略低。大量测试表明，形状公差对圆棒样品的抗拉强度和断后伸长率有明显的影响，公差越大，抗拉强度和断后伸长率越小；尺寸公差偏大，断后伸长率偏大，尺寸公差偏小，断后伸长率亦偏小；样品粗糙度越大，抗拉强度越小；过渡弧小于0.75倍直径时，上屈服强度随着过渡弧增大而增大。可见，样品的加工对实验数据有一定影响。

2.2样品加工的控制要求

为了减小样品加工对实验数据的影响，实际工作中，我们应当依据相关产品规范及测试标准的要求进行制样，严格控制样品的加工精度，如形状公差、尺寸公差，同时应对样品的加工方法进行合理的选取，如受热易变形易硬化的薄材料应优先选择发热量低的线切割。样品制备过程中应使过渡圆衔接处平滑，加工不应留有刀痕，进刀量不可太大等。

3 试验设备的影响及控制要求

3.1试验设备的影响

设备精度、测量范围、同轴度、夹持不合理对测试结果均有影响。精度不够，会造成测试结果误差变大，测量范围不合理，可能造成测试结果失真，试样轴线与夹头轴线由偏离，会使使用受附加应力影响测试结果。样品夹偏、弯曲、不平等均会引起不同轴而影响测试结果。

3.2测试设备的要求

为了保证测试结果数据的稳定、可靠，测试设备必须经过符合资质要求的校准单位进行鉴定、校准，保证设备的精度满足测量标准的要求。同时，正确使用设备及夹持工装才能保证获取的数据结果真实有效。

4 引伸计装夹、标定的影响及控制要求

4.1引伸计的影响

引伸计是拉伸试验中一个重要的附件，用于测量变形量小的参数，是测量非比例延伸强度、弹性模量等的必备设备。引伸计的精度、选取量程、装夹、安装和取下方法也会影响测试结果。

4.2引伸计的控制要求

引伸计使用前应先配备在相应设备上再进行校正，符合要求精度才可以使用。测试时应根据样品尺寸选择合适量程的引伸计，确保引伸计标距的测量范围覆盖样品平行段长度的0.85左右。实际使用过程中，引伸计应轻拿轻放，避免引伸计内部应变片受损。安装时，应先把标距杆垫片卡在力臂和标距杆之间，并压紧力臂，然后在把引伸计的标距刀刃垂直接触试样中心，用橡皮筋绑在样品上，固定好之后取出标距垫片，最后才开始测试。到达规定取下阶段后取下引伸计，特别是测量脆性试样时，应选择合理的摘取点，尽量避免样品提前断裂对引伸计造成震荡损伤。

5 样品夹持方式的影响即可控制要求

5.1夹持具的影响

夹持具选择不合理时会影响测试结果，夹持具与试样形状不匹配和夹具表面外型花纹形状不适合，会造成夹具和试样间的接触面积不足，静摩擦力不够，从而导致拉伸时样品在夹具内打滑，影响测试数据。样品夹持时倾斜，轴线不与夹持具轴线平行，容易造成向上的分解力，影响测试结果准确性，当样品较薄或各项异性较大时，会造成样品的提前断裂，测量结果准确性得不到保证。

5.2夹持具的选择和装夹要求

实验室应选择合适的夹具，对有特殊需要的试样应配置特殊夹持具。圆形试样应夹持在V型夹具的中间，板状试样应垂直于夹具，保证试样轴线与夹具轴线平行，弧形试样应在内弧添加相应弧度的垫块保证足够的接触面，同时确保样品不应夹持提前变形。

6 环境温度及人员的影响和控制要求

6.1环境温度及人员的影响

温度对金属材料影响较大，相同的材料在不同的温度环境下，其拉伸性能结果会有所差别，故而保证温度的合理、稳定是有必要的。同时，作为测试的主体人员，由于主观和操作上的不同，也会给测试结果带来误差，尤其是样品表面形状不规则、测量困难的样品，容易造成结果数据的不稳定。

6.2环境及人员的控制要求

依据标准GB/T228.1-2010要求，一般室温需控制在10℃~35℃范围内，温度有严格要求的应控制温度在25℃±5℃。为了避免人员不同造成结果的不稳定，应当依据标准规范制定符合要求的操作规程和作业指导书。

7 结论

影响金属材料拉伸测试性能结果的因素有很多，拉伸速率、样品加工、测试设备、引伸计、夹具、环境温度及人员等均会对测试结果造成影响。针对影响因素，我们在实际检测活动中，应制定正确的测试设备操作规定，严格控制测试活动过程，对于影响测试结果的环节严加把关，并制定符合标准要求的指导文件进行规范，以获得准确、可靠的测试数据。

参考文献：

[1] GB/T 228-2002 《金属材料 室温拉伸试验方法》[S]

[2] GB/T 228.1-2010 《金属材料 拉伸试验 第 1部分：室温试验方法》[S]

[3] GB/T 1591-2008 《低合金高强度结构钢》[S]

[4] 陶美娟.金属材料力学性能试验.北京：科学普及出版社，2014[M]

[5] 王承忠.金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性.物理检测：理化分册，2008[J]