拉伸试验及其曲线分析

1.拉伸试验方法

生产实际中通常使用拉伸试验来测定机械零件的强度和塑性。拉伸试验是一种破坏性试验，所以拉伸试验时通常不直接采用机械零件做试验，而是用与制造机械零件的相同材料制成的标准试样进行试验。为了使测定出来的强度和塑性指标具有可比性，拉伸试样必须按照国家标准制作。拉伸试样一般有圆形和矩形两类，图1-2 所示为圆形拉伸试样。

拉伸试验方法如下:

(1)将试样两端部位分别夹持在如图1-3 所示拉伸试验机的上下夹头中。

(2)对试样缓慢施加轴向拉伸力F，使试样沿其轴向伸长。如图1-4 (a)所示。

(3)随着拉伸力F 的缓慢增大，试样的有效伸长量ΔL 不断增加，直至试样断裂。如图1-4 (b)、(c)所示。

图1-2　圆形拉伸试样

(a)拉伸前； (b)拉断后
do—圆试样原始直径； Lo—原始标距； Lu—断后标距；So—原始横截面积； Su—断后最小横截面积

图1-3　拉伸试验机

图1-4　拉伸试验过程示意图

(a)装夹试样； (b)试样变形； (c)试样拉断

(4)观察、记录实验结果，并对实验结果进行分析。

从图1-4 所示的试验过程中可以看出: 在试验中，试样变形和断裂时的拉伸力F 越大，说明材料的强度越高； 试样断裂时的伸长量ΔL 越大，则说明材料的塑性越好。由此可以得到评定材料的强度和塑性的指标: 屈服强度(Re)、抗拉强度(Rm)、断后伸长率(A)和断面收缩率(Z)。(www.xing528.com)

图1-5　低碳钢拉伸曲线示意图

2.拉伸曲线

衡量强度的指标是在拉伸试验过程中测得拉伸曲线，再由拉伸曲线通过计算来获得。

在拉伸试验过程中，试验机自动以拉伸力F 为纵坐标，以伸长量ΔL 为横坐标，画出一条拉伸力F 与伸长量ΔL 的关系曲线，称为拉伸曲线。图1-5 所示为低碳钢的拉伸曲线示意图。

根据拉伸曲线，低碳钢试样的拉伸过程可分为以下几个阶段:

(1)弹性变形阶段(OA)

在拉伸试验时，若载荷不超过A 点对应的载荷，则卸载后试样立即恢复原状，这种随载荷的作用而产生、随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。其中在OA 阶段，拉力与伸长成正比。该载荷为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力。

(2)屈服阶段(B′B)

若载荷超过A 点载荷，则卸载后试样的变形不能完全消失，保留一部分残余变形，这种不能恢复的残余变形称为塑性变形，也称为永久变形。当载荷增加到B′点时，测力计指针停留不动或突然下降到B 点，然后在小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢，在曲线上出现了水平线段(或水平的锯齿形线段)，即表示外力不增加试样仍继续发生塑性伸长，这种现象称为屈服，B 点对应的载荷为屈服载荷。

(3)强化阶段(CD)

当载荷超过屈服载荷后，材料开始出现明显的塑性变形，同时欲使试样继续伸长，载荷也必须不断增加。随着塑性变形增加，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化(或称加工硬化)。此阶段变形是均匀发生的，D 点对应载荷为拉伸试验时的最大载荷。

(4)颈缩阶段(DE)

当载荷增加到最大值时，试样开始局部截面积缩小，出现“颈缩” 现象，变形主要集中在颈部。由于试样截面积逐渐减小，故载荷也逐步降低，试样在“颈缩” 处断裂。

屈服现象在低碳钢、中碳钢、低合金高强度结构钢和一些有色金属材料中可以观察到。但有些金属材料没有明显的屈服现象，不同材料的拉伸曲线有很大的差别。