一、材料在單向靜拉伸載荷下的力學性能

1.1 拉伸試驗

（1）概述

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

   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

應力：應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：當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點。

上屈服強度：試樣發生屈服而力首次下降前的最高應力。

下屈服強度：在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最低應力。

（3）拉伸應力-應變曲線

   以低碳鋼的拉伸應力-應變曲線為例。

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，其應力和應變成正比例關系，符合胡克定律，

其比例系數稱為彈性模量。

屈服階段：

       當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點，應區分上屈服強度和下屈服強度。通常把下屈服點對應的應力值稱為屈服強度。

強化階段：

       經過屈服階段后，曲線從C點又開始逐漸上升，說明要使應變增加，必須增加應力，材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現象稱作強化，CD段稱為強化階段（加工硬化）。曲線最高點所對應的應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，出現了頸縮現象。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是低碳鋼的應力-應變曲線，它有鋸齒狀的屈服階段，分上下屈服，均勻塑性變形后產生縮頸，然后試樣斷裂；

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

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

d是鑄鐵、淬火鋼等較脆材料的應力-應變曲線，它不僅無屈服強度，而且在產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，優先選用5、10、20mm。

原始標距l0》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、取樣數量是對材料性能試驗結果影響較大的三個因素，被稱為取樣三要素。應按照相關產品標準GB/T2975-2018<鋼及鋼產品力學性能取樣位置及試樣制備>或協議的規定。

 取樣方法：

        從原材料上直接取樣試驗；從產品的重要部位（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性能，以切削加工為宜；平行段應光滑，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有較大半徑的圓弧過渡；不經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備靜載、拉伸、壓縮、彎曲、剪切等力學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、加樣機構、記錄機構、測力機構等。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》