引伸计在金属拉力试验中的作用

引伸计在金属拉力试验中的作用如果需要做σ0.2，就需要引伸计。一般结构钢机械性能试验不用引伸计。引伸计一般用于屈服强度台阶不明显的材料。不要引伸计的拉伸曲线，是把标距以外的变形等干扰都包含进曲线了。试验的可靠性或称准确性值得商榷。用引伸计才是最准确的。引申计的量程小，一般用在屈服和屈服之前使用，如在屈服后继续使用，会损坏引申计，引申计用来测量弹性模量，如用一般的差动编码器测量，计算结果会和真实的弹性模量差一个数量级，由标距造成的，引伸计在测量中精度高，但是量程小，所以一般试验机进行拉伸压缩试验都不用引伸计，除非测量弹性模量和要求很高的精度时，而一般试验，一般的差动编码器测位移精度足够,引申计是用来测量变形部分延伸率的，如果不用引伸计就不能得到应力-应变曲线，因为此时得到的应变把拉伸机齿轮空转及位移和非测试部分的位移都算上了。但是不用引伸计还是可以得到抗拉强度的，另外对于有屈服平台的材料也能得到屈服强度，但是对于没有屈服平台就是连续屈服的材料就没办法得到屈服强度了。关于引伸计除了通产所见的机械引伸计外，目前比较流行的是激光引伸计，测试时有激光打在样品上作为测量位移的标定。这样就能测试机械引伸计所无法测的叫做post-uniformelongation的参量，即试样发生颈缩后到断裂前的延伸率。这个参量在表征带孔件冲压时扩孔率时非常重要。

拉伸试验,金属虽然说每一个试验机厂家对金属拉伸都很熟悉，但是真正完全能够把标准以及标准后面的理由吃透的厂家并不多，所以现在每一个试验机厂家在指导用户完成金属拉伸试验的时候一般是从他们自己设备的能力出发，以最简单的方式来完成试验，比如全部以横梁位移的速度来完成整个试验过程。金属拉伸试验还是有很多细节问题非常值得我们重视。

首先是拉伸速度的问题。在弹性变形阶段，金属的变形量很小而拉伸载荷迅速增大。这时候如果以横梁位移控制来做拉伸试验，那么速度太快会导致整个弹性段很快就被冲过去。以弹性模量为200Gpa的普通钢材为例，如果标距为50mm的材料，在弹性段内如以10mm/min的速度进行拉伸试验，那么实际的应力速率为200000N/mm2S-1×10mm/min×1min/60S×1/50mm=666N/mm2S-1

一般的钢材屈服强度就小于600Mpa，所以只需要1秒钟就把试样拉到了屈服，这个速度显然太快。所以在弹性段，一般都选择采用应力速率控制或者负荷控制。塑性较好的材料试样过了弹性段以后，载荷增加不大，而变形增加很快，所以为了防止拉伸速度过快，一般采用应变控制或者横梁位移控制。所以在GB228-2002里面建议了，“在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在规定的应力速率的范围内(材料弹性模量E/(N/mm2)＜150000，应力速率控制范围为2—20(N/mm2)•s-1、材料弹性模量E/(N/mm2)≥150000，应力速率控制范围为6—60(N/mm2)•s-1。若仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/s～0.0025/s之间。平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。在塑性范围和直至规定强度(规定非比例延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度)应变速率不应超过0.0025/s。”。这里面有一个很关键的问题，就是应力速度与应变速度的切换点的问题。最好是在弹性段结束的点进行应:力速度到应变速度的切换。在切换的过程中要保证没有冲击、没有掉力。这是拉力试验机的一个非常关键的技术。其次是引伸计的装夹、跟踪与取下来的时机。对于钢材的拉伸的试验，如果要求取最大力下的总伸长(Agt)，那么引伸计就必须跟踪到最大力以后再取下。对于薄板等拉断后冲击不大的试样，引伸计可以直接跟踪到试样断裂；但是对于拉力较大的试样，最好的办法是试验机拉伸到最大力以后开始保持横梁位置不动，等取下引伸计以后在把试样拉断。有的夹具在夹紧试样的时候会产生一个初始力，一定要把初始力消除以后再夹持引伸计，这样引伸计夹持的标距才是试样在自由状态下的原始标距。能够这么做试验的试验机不多，请您在选购和使用的时候注意这几点。任何的材料在受到外力作用时都会产生变形。在受力的初始阶段，一般来说这种变形与受到的外力基本成线性的比例关系，这时若外力消失，材料的变形也将消失，恢复原状，这一阶段通常称为弹性阶段，物理学中的虎克定律，就是描述这一特性的基本定律。但当外力增大到一定程度后，变形与受到的外力将不再成线性比例关系，这时当外力消失后，材料的变形将不能完全消失，外型尺寸将不能完全恢复到原状，这一阶段称为塑性变形阶段。由于材料种类繁多，性能差异很大，弹性阶段与塑性阶段的过渡情况很复杂，通过和残余应力等指标作为材料弹性阶段与塑性阶段的转折点的指标来反应材料的过渡过程的性能，其中屈服点与非比例应力是最常用的指标。虽然屈服点与非比例应力同是反应材料弹性阶段与塑性阶段“转折点”的指标，但它们反应了不同过渡阶段特性的材料的特点，因此它们的定义不同，求取方法不同，所需设备也不完全相同。因此笔者将分别对这两个指标进行分析。本文首先分析屈服点的情况：

一切的产品与设备都是由各种不同性能的材料构成，它们在使用中会受到各种各样的外力作用，自然就会产生各种各样的变形，，但这种变形必须被限制在弹性范围之内，否则产品的形状将会发生永久变化，影响继续使用，设备的形状也将发生变化，轻则造成加工零部件精度等级下降，重则造成零部件报废，产生重大的质量事故。那么如何确保变形是在弹性范围内呢？从上面的分析已知材料的变形分为弹性变形与塑性变形两个阶段，只要找出这对已知材料的力学性能进行试验与理论分析，人们总结出了采用屈服点、非比例应力两个阶段的转折点，工程设计人员就可确保产品与设备的可靠运行。

从上面的描述，可以看出准确求取屈服点在材料力学性能试验中是非常重要的，在许多的时候，它的重要性甚至大于材料的极限强度值(极限强度是所有材料力学性能必需求取的指标之一)，然而非常准确的求取它，在许多的时候又是一件不太容易的事。它受到许多因素的制约，归纳起来有：

＊夹具的影响；

＊试验机测控环节的影响；

＊结果处理软件的影响；

＊试验人员理论水平的影响等。

这其中的每一种影响都包含了不同的方面。下面逐一进行分析

一、夹具的影响

这类影响在试验中发生的几率较高，主要表现为试样夹持部分打滑或试验机某些力值传递环节间存在较大的间隙等因素，它在旧机器上出现的概率较大。由于机器在使用一段时间后，各相对运动部件间会产生磨损现象，使得摩擦系数明显降低，最直观的表现为夹块的鳞状尖峰被磨平，摩擦力大幅度的减小。当试样受力逐渐增大达到最大静摩擦力时，试样就会打滑，从而产生虚假屈服现象。如果以前使用该试验机所作试验屈服值正常，而现在所作试验屈服值明显偏低，且在某些较硬或者较脆的材料试验时现象尤为明显，则一般应首先考虑是这一原因。这时需及时进行设备的大修，消除间隙，更换夹块。

二、试验机测控环节的影响

试验机测控环节是整个试验机的核心，随着技术的发展，目前这一环节基本上采用了各种电子电路实现自动测控。由于自动测控知识的深奥，结构的复杂，原理的不透明，一旦在产品的设计中考虑不周，就会对结果产生严重的影响，并且难以分析其原因。针对材料屈服点的求取最主要的有下列几点：

1、传感器放大器频带太窄

由于目前试验机上所采用的力值检测元件基本上为载荷传感器或压力传感器，而这两类传感器都为模拟小信号输出类型，在使用中必须进行信号放大。众所周知，在我们的环境中，存在着各种各样的电磁干扰信号，这种干扰信号会通过许多不同的渠道偶合到测量信号中一起被放大，结果使得有用信号被干扰信号淹没。为了从干扰信号中提取出有用信号，针对材由于金属材料与塑料的性能相差很大，其屈服的定义也有所不同。如金属材料定义有屈服、上屈服、下屈服的概念。而塑料只定义有屈服的概念。另外，金属材料的屈服强度一定小于极限强度，而塑料的屈服可能小于极限强度，也可能等于极限强度(两者在曲线上为同一点)。由于对标准的不熟悉，往往在试验结果的输出方面产生一些不应有的错误，如将塑料的屈服概念(上屈服)作为金属材料的屈服概念(一般为下屈服)输出，或将无屈服的金属材料的最大强度按塑料的屈服强度定义类推作为金属材料屈服值输出，产生金属材料屈服值与最大值一致的笑话。

2、将非比例应力与屈服混为一谈

虽然非比例应力与屈服都是反应材料弹性阶段与塑性阶段的过渡状态的指标，但两者有着本质的不同。屈服是材料固有的性能，而非比例应力是通过人为规定的条件计算的结果，当材料存在屈服点时是无需求取非比例应力的，只有材料没有明显的屈服点时才求取非比例应力。部分试验人员对此理解不深，以为屈服点、上屈服、下屈服、非比例应力对每一个试验都存在，而且需全部求取。

3、将具有不连续屈服的趋势当作具有屈服点

国标对屈服的定义指出，当变形继续发生，而力保持不变或有波动时叫做屈服。但在某些材料中会发生这样一种现象，虽然变形继续发生，力值也继续增大，但力值的增大幅度却发生了由大到小再到大的过程。从曲线上看，有点象产生屈服的趋势，并不符合屈服时力值恒定的定义。正如在第三类影响中提到的，由于对“力值恒定”的条件没有定量指标规定，这时经常会产生这一现象是否是屈服，屈服值如何求取等问题的争论。

综上所述，屈服值在材料力学性能试验中有着非常重要的作用，但同时在求取时又面临着许多问题，因此无论是国标的制定部门，还是试验机的研发生产厂商、试验机的使用部门，都应从各自的角度出发，努力解决所存在的问题，才能实现屈服点的准确、快速、方便的求取，为材料的安全使用创造良好的条件。微机控制电子万能材料试验机使用说明

三、对试验机和引伸计的要求

1、试验机应符合GB/T16825-1997规定的准确度级,并按照该标准要求检验。

2、测定各强度性能均应采用1级或优于1级准确度的试验机。

3、引伸计是测延伸用的仪器。应把引伸计看成是一个测量系统(包括位移传感器、记录器和显示器)。4、引伸计应符合GB/T12160-2002规定的准确度级,并按照该标准要求定期进行检验。

四、原始横截面积的测量和计算值

1、测量部位和方法

(1)对于圆形横截面的试样,在其标距的两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径,取其平均直径计算面积,取三处测得的最小值为试样的原始横截面积

2、原始横截面积的计算值

因为原始横截面积数值是中间数据,不是试验结果数据,所以,如果必须要计算出原始横截面积的值时,其值至少保留4位有效数字。计算时,常数π应至少取4位有效数字。

五、原始标距的标记

试样比例标距的计算值应修约到最接近5mm的倍数,中间数值向较大一方修约，标记原始标距的准确度应在±1%以内。由于标记试样标距装置的检验尚无相应标准,因此,建议试验室应自行检查其准确度。可以用小冲点、细划线或细墨线做标记,标记应清晰,试验后能分辨,不影响性能的测定。对于带头试样,原始标距应在平行长度的居中位置上标出。

六、上屈服强度ReH和下屈服强度ReL的测定

(1)图解方法(包括自动方法)

引伸计标距应≥1/2Lo。引伸计和试验机应不劣于1级准确度。试验速率按13.1和13.2的要求。记录力-延伸曲线或力-位移曲线,或采集力-延伸(位移)数据,直至超过屈服阶段。按照定义在曲线上判定上屈服力和下屈服力的位置点,判定下屈服力时要排除初始瞬时效应的影响。

上、下屈服力判定的基本原则如下:

①屈服前的第一个峰值力(第一个极大力)判为上屈服力,不管其后的峰值力比它大或小。

②屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力,舍去第一个谷值力(第一个极小值力),取其余谷值力中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力,此谷值力判为下屈服力。

③屈服阶段中呈现屈服平台,平台力判为下屈服力。如呈现多个而且后者高于前者的屈服平台,判第一个平台力为下屈服力。

④正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。

七、规定非比例延伸强度Rp的测定

常规平行线方法：此方法仅适用于具有弹性直线段的材料测定Rp,使用的试验机和引伸计均应不劣于1级准确度,引伸计标距≮1/2Lo,试验时弹性应力速率按标准中的表4要求,在进入塑性范围和直至Fp应变速率不超过0.0025/s。试验时,记录力-延伸曲线或采集力-延伸数据,直至超过Rp对应的力Fp。在记录得到的曲线图上图解确定规定非比例延伸力Fp,进而计算Rp。

八、抗拉强度Rm的测定

1、图解方法(包括自动方法)：图解方法要求试验机不劣于1级准确度,引伸计为不劣于2级准确度,引伸计标距不小于试样标距的一半,试验时的应变速率不超过0.008/s(相当于两夹头分离速率0.48Lc/min)。

2、试验时,记录力-延伸曲线或力-位移曲线或采集相应的数据。在记录得到的曲线图上按定义判定最大力。

3、对于连续屈服类型,试验过程中的最大力判为最大力Fm;

4、对于不连续屈服类型,过了屈服阶段之后的最大力判为最大力Fm,由最大力计算抗拉强度Rm。

九、断后伸长率A的测定

(1)人工方法：试验前在试样平行长度上标记出原始标距(误差≤±1%)和标距内等分格标记(一般标记10个等分格)。试验拉断后,将试样的断裂处对接在一起,使其轴线处于同一直线上,通过施加适当的压力以使对接严密。用分辨力不劣于0.1mm的量具测量断后标距,准确到±0.25mm以内。

1、建议:断后标距的测量应读到所用量具的分辨力,数据不进行修约,然后计算断后伸长率。

2、如果试样断在标距中间1/3Lo范围内,则直接测量两标点间的长度;

3、如果断在标距内,但超出中间1/3Lo范围,可以采用移位方法(见标准中附录F)测定断后标距。

4、如果断在标距外,而且断后伸长率未达到规定最小值,则结果无效,需用同样的试样重新试验。

(2)图解方法(包括自动方法)

用引伸计系统记录力-延伸曲线,或采集力-延伸数据,直至试样断裂。读取或判读断裂点的总延伸,扣除弹性延伸部分后得到的非比例延伸作为断后伸长。扣除的方法是,过断裂点作平行于曲线的弹性直线段的平行线交于延伸轴,交点即确定了非比例延伸,见标准中的图1。

1、引伸计的标距应等于试样的原始标距,可以不在试样上标出原始标距(但建议标出)。

2、建议,当断后伸长率<5