抗拉試驗
正文
測定金屬力學性能的重要方法之一。從古代起人們就曾用原始方法和設備檢驗金屬的力學性能。至17世紀中葉，伽利略、胡克等都曾對金屬力學性能的理論研究和測試實踐作出貢獻。1865年英國設計並組裝的 300噸臥式拉-壓試驗機,用以取得金屬強度數據。以後許多國家相繼製成各種類型的萬能試驗機。從20世紀70年代開始，電子型自動化拉力試驗機獲得廣泛採用。性能指標 常溫下金屬抗拉性能通常包括抗拉強度(σb)、屈服強度又稱屈服點(σs)或規定屈服強度(σ0.2)、伸長率(δ)和斷面收縮率(ψ)四個指標（判據）。前二者稱為強度指標,後二者稱為塑性指標。所謂強度系指試樣受軸向拉伸負荷(P)過程中任一瞬間,金屬抵抗變形或破斷的能力,一般以原單位橫截面積(F0)上所受的力(kgf/mm2)表示即σ＝P/F0；而塑性則為試樣經拉伸到破斷後,以百分數(％)表示的標距的伸長率和斷裂處原橫截面積的縮減率。
金屬抗拉強度還包括彈性模量 (E)、比例極限(σp)、彈性極限(σe)和破裂強度(σk)，E為拉伸曲線上彈性部分直線段的斜率，σp等於拉伸曲線上直線段終結或金屬開始塑性變形時的應力，σe一般規定為試樣經拉伸到殘餘伸長達 0.005～0.05％時的應力，σk是試樣破斷負荷(Pk)除以縮頸處最小橫截面積之商；一般以金屬屈服強度作為構件設計的依據。σp由於不易精確測定，已逐漸被淘汰而為σe取代。
拉伸曲線圖 可用金屬拉伸曲線圖來闡明抗拉試驗的全過程,圖1a和b分別代表無顯著屈服現象和有顯著屈服現象的金屬材料。按圖,向試樣施加軸向拉伸負荷,金屬即根據胡克定律產生彈性伸長直到相應於比例極限的p點。繼續增荷超過彈性極限的e點，試樣沿es曲線持續彈、塑性變形，到s點即達到殘餘伸長率為0.2％的規定屈服強度。如圖1b所示，當某些金屬，如軟鋼和個別有色金屬，產生顯著屈服現象時，則應按規定測其σs、上或下屈服強度(σsu或σsl)。從s點持續增荷到拉斷前最大負荷b點,試樣仍均勻地進行彈、塑性變形並產生加工硬化,b點負荷除以F0稱為抗拉強度。試驗到達b點後，試樣即在某一薄弱截面開始局部縮小,負荷持續下降，系統失穩。此時，試樣局部塑性變形繼續快速進行，直至縮頸減小到一定程度k點時,試樣即斷裂。試驗終止（見金屬力學性能的表征）。
抗拉試驗金屬的各強度指標,除σs、σsu、σsl、σb、和σk可用測力度盤直讀相應負荷外，其餘均為微量殘餘伸長應力，要用自動繪製拉伸曲線圖、不同精度引伸計或其他變形感測裝置來測定。所用儀表測得的變形量，對σp和σe應精確到0.001～0.002mm,而對σ0.2，則為0.02mm。
測試的可靠性除試驗機類型、試樣取制、測量儀表精度和合理使用外，還有加荷速率對屈服強度的影響。早在40年代前，就發現加荷速率與試驗機剛度(或柔度)對軟鋼屈服形式和屈服強度的測定有影響。以後採用了多種方案來保證屈服強度測試的準確性。如60年代採用彈性應力速率；70年代又通過試驗機柔度（K-值，即每公斤力所引起的機器總變形，mm/kgf）與試樣柔度相互作用關係導出公式來計算，使試樣屈服過程應變速率不大於0.0025s-1的彈性應力速率〔kgf/(mm2·s)〕。
通常選用金屬材料時，應考慮其強度和塑性的綜合性能,圖2拉伸曲線圖中三條曲線下所包括的面積 (A1＜A2＞A3)表示三種鋼用相同試樣在拉斷時所作的功或韌性，為選材提供參考。
抗拉試驗參考書目
E.D.Harmer, The Testing and Inspection of Engineering Materials,McGraw-Hill,New York,1964.
配圖
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