抗拉試驗

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噸卧式拉-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。 ^[1] 

常温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。 ^[1] 

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。 ^[1] 

所謂強度係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。 ^[2] 

可用金屬拉伸曲線圖來闡明抗拉試驗的全過程，表示無顯著屈服現象和有顯著屈服現象的金屬材料。 ^[3] 

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。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、塑性變形併產生加工硬化，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徵）。 ^[3] 

應在經過定期檢定的試驗機上進行。所用試樣可以是材料全截面試樣或經加工成圓形和矩形長(或短)比例試樣。前者常用於不經切削加工即行使用的材料，如鋼筋、線材和板材；後者則用於經切削加工後使用或再進行各種處理的材料。試樣應具有代表性，根據試驗目的和相應標準來選取。試樣製備時應避免組織受冷、熱加工影響，保證一定的光潔度。 ^[3] 

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傳感裝置來測定。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。 ^[3] 

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)〕。 ^[3] 

通常選用金屬材料時，應考慮其強度和塑性的綜合性能，拉伸曲線圖中三條曲線下所包括的面積 (A1A3)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。　 ^[4] 

通常軟鋼在屈服過程中屈服伸長的大小表徵鋼深衝後表面呂德氏線的形式和分佈或衝壓件的表面質量，試樣拉斷後的斷口形式（杯錐狀、星芒狀、脆斷）、斷口上的晶粒大小和分佈、陷窩數量和分佈以及試樣其他缺陷(冶金的或加工的)，可作為評定材料質量的參考（見斷口分析）。 ^[4] 

E.D.Harmer，The Testing and Inspection of Engineering Materials，McGraw-Hill，New York，1964.