金屬材料拉伸試驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)

拉伸試驗(yàn)是金屬力學(xué)試驗(yàn)中基本的試驗(yàn)。通過(guò)拉伸試驗(yàn)獲得的拉伸力學(xué)性能是工程材料的基本力學(xué)性能，拉伸試驗(yàn)的基本目的就在于此。

S1為瞬時(shí)橫截面積；L1為瞬時(shí)長(zhǎng)度。將式（1-3）中S1代替式（1-1）中的ST，得到：…………（1-4）；

實(shí)際應(yīng)用中通常采用工程應(yīng)力。按照GB/T10623-2008的定義，按原始橫截面積計(jì)算的軸向應(yīng)力稱為工程應(yīng)力（而在施加力方向上的應(yīng)力分量稱為軸向應(yīng)力），簡(jiǎn)稱應(yīng)力。

通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以評(píng)定金屬材料的彈性性能、強(qiáng)度性能、延性性能等方面多種性能參數(shù)。為金屬材料檢驗(yàn)、研制和開(kāi)發(fā)新材料、改進(jìn)材料限度地發(fā)揮材料潛力、進(jìn)行金屬材料制件的失效分析、確定金屬材料制件的合理設(shè)計(jì)、制造、安全和維護(hù)提供依據(jù)，也為選材和控制提供重要依據(jù)。

因外力作用而發(fā)生變形的試樣，同時(shí)亦導(dǎo)致其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間相互作用而產(chǎn)生抵抗這種變形的內(nèi)力。

顯然，在計(jì)算應(yīng)力時(shí)，用試樣實(shí)際瞬時(shí)橫截面積或受力前的原始橫截面積，其結(jié)果會(huì)不同。GB/T10623-2008《金屬材料 力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)》的定義。

e為工程應(yīng)變；式（1-4）為真應(yīng)力與工程應(yīng)力的關(guān)系。在測(cè)定金屬拉伸硬化指數(shù)n時(shí)，在計(jì)算中用到此關(guān)系式。

在拉伸試驗(yàn)中試樣處于均勻延伸狀態(tài)下，真應(yīng)力與工程應(yīng)力有固定關(guān)系。通過(guò)假定試樣變形時(shí)體積保持不變，可以寫(xiě)出如下關(guān)系：；那么…………（1-3）；

與真應(yīng)力相比較，用工程應(yīng)力表示的內(nèi)力強(qiáng)度不如真應(yīng)力的準(zhǔn)確。但在金屬材料的彈性范圍內(nèi)，或總應(yīng)變不大的情況下，工作應(yīng)力的誤差不大，對(duì)于大多數(shù)工程實(shí)際來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確度是足夠的。

內(nèi)力在橫截面上均勻分布。為了便于比較幾何相似的試樣的內(nèi)力強(qiáng)度，需要引入一個(gè)力學(xué)參量，作為比較的基礎(chǔ)。

力學(xué)性能的判據(jù)是表征和判定金屬力學(xué)性能所用的指標(biāo)和依據(jù)，而其高低表征材料抵抗外力作用的能力水平，是評(píng)定金屬材料的重要依據(jù)。

二、拉伸試驗(yàn)力學(xué)參量

金屬力學(xué)性能正是材料承受外載荷而不發(fā)生失效的能力。

1.應(yīng)力：一根原始橫截面積為So、長(zhǎng)度為L(zhǎng)o的直桿試樣，若在其兩端施加拉力F，在力的作用下發(fā)生變形，軸向延伸和橫向縮短，如圖1-1所示。

在圖1-1的情況下，作用力通過(guò)直桿試樣的橫截面中心，橫截面上內(nèi)力的合力與外作用力F大小相等，方向相反。

按照瞬時(shí)橫截面積計(jì)算的軸向應(yīng)力稱為真應(yīng)力，用公式（1-1）表示：；式中：為真應(yīng)力；F為橫截面上承受的力；ST為實(shí)際的瞬時(shí)橫截面積。

雖然用真應(yīng)力表示內(nèi)力強(qiáng)度是準(zhǔn)確的方法，但在實(shí)際中，由于隨著外力的變化試樣橫截面積也隨之變化，因此，式（1-1）表示的真應(yīng)力不便于工作實(shí)際的使用。

這個(gè)力學(xué)參量就是“應(yīng)力"。應(yīng)力定義為單位面積上的內(nèi)力。一般用符號(hào)表示，單位用MPa表示。

用式（1-2）表示：………………（1-2）；——為工程應(yīng)力；F為橫截面上承受的力；So為原始橫截面積。

按照上述定義，應(yīng)力與作用力和受力的橫截面積大小相關(guān)。圖1-1中受外力作用的試樣，作用力變化時(shí)，由于縱向延伸和橫向縮短，實(shí)際上瞬時(shí)橫截面積也隨之變化。

金屬材料拉伸試驗(yàn)的目的和意義，金屬材料受外力作用時(shí)會(huì)表現(xiàn)出各種不同的行為，呈現(xiàn)出彈性與非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的力學(xué)特性。

影響金屬材料拉伸力學(xué)性能測(cè)定的因素很多，為了限制和減小因素的影響，以便測(cè)出可供分析對(duì)比和利用的各種性能，拉伸試驗(yàn)必須標(biāo)準(zhǔn)化、通用化并與國(guó)際接軌。更好地促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和交流。