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摘 要：金属材料室温拉伸试验中，试样、测量仪器和设备、夹持方法、拉伸速率、温度及人员等因素对拉伸试验结果均有不同程度的影响。
关键词：金属材料 拉伸试验 影响因素
金属材料室温拉伸试验是取得金属力学性能指标最常用、最基本的方法，它广泛应用于棒材、型材、管材、丝材、板钢、带钢等多种冶金产品的生产、检验、新产品的研发和基础教学等方面，但不包括金属构件和零件。而力学性能是金属材料重要性能指标。
影响金属材料室温拉伸试验结果的因素很多，为了减少这些因素的影响、确保试验结果的准确度，首先使拉伸试验方法标准化同时与国际接轨。我国现有国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》等效采用了国际标准。此标准统一了试验方法，并为我国冶金生产企业、用户和第三方产品质量检验提供了统一标准。同时为我国冶金企业参与国际竞争、产品走向世界提供了检测技术支持。
一、金属材料室温拉伸试验的原理
在室温下（10℃～35℃），将试样放于夹具内，以一定的速率给试样施加拉力，直至测出所需的力学性能指标，一般拉至试样断裂。有关生产企业、用户和第三方经常测量金属力学性能指标主要有强度指标（屈服强度和拉伸强度）和塑性指标（如断后伸长率和断面收缩率）等。这些指标是金属材料力学性能的主要指标，是判断金属材料性能好坏的重要依据。
二、影响金属材料室温拉伸试验结果的主要因素
力学性能是金属材料的固有属性，即材料的化学成份，组织结构等。特定的材料决定了特定的性能，但相同的材料用不同的拉伸试验过程所反映的力学性能指标却不一定相同。即检验结果不尽相同，影响金属材料室温拉伸试验结果的准确度的因素很多，主要有：试样、测量仪器和设备，夹持方法，拉伸速率、温度及人员等。
1.试样
金属拉伸试验是对试样的试验来取得力学性能指标的。所以正确取样才是保证检验结果准确的基础。取样部位、取样方向、样坯的切取及试样制备、试样的横截面形状和尺寸及尺寸公差等对拉伸试验结果都有影响。
1.1取样部位
在同一产品不同部位取样，其力学性能也有差异，现举例做以说明：
对圆钢，中心处的抗拉强度低于1/4处的抗拉强度，而断后伸长率中心处高于1/4处，以此类推别的产品也存在此类問题。可见取样部位的不同其试验结果也有着不可忽略的影响。究其原因，金属材料在铸造成形、加工过程，其化学成份、组织结构、冶金缺陷、加工变形分布不均，使得同一批，甚至同一产品的不同部位的力学性能出现差异。
表1 取样不同位置拉伸试验结果的影响
1.2取样方向
表2为同一批热扎酸洗卷，不同部位（头尾部）及不同方向（纵向、横向）取样所做的拉伸比对试验数据，从表中可见，屈服强度、拉伸强度及断后伸长率都有差异，尤其是屈服强度相差较大。
冶金产品在生产过程中一般是通过压力加工产品使其有一定的横截面，加工时，材料的金属晶粒和夹杂沿主变形方向流动排列，形成金属纤维组织，并造成性能的各向异性。一般在轧制方向力学性能好于垂直方向的力学性能。
表2 取样方向不同拉伸试验比对表
1.3样坯的切取和试样制备的方法
样坯的切取方法很多，像冷剪法、火焰切割法、砂轮切割法、机加工法等待，但不论采取哪种方法，都必须防止因受热冷加工硬化及变形而影响力学性能。切取样坯时应留有足够的机加工余量，一般应不少于钢材直径或厚度，但最少不少于20mm，这样就可把机加工时因受热冷加工硬化的那部分去掉，以免影响其性能的测定。
1.4试样的横截面形状与尺寸
由表3可见，试样的不同形状与尺寸，对拉伸强度、屈服强度影响较小，但对断后伸长率和断面收缩率影响较大。由此可见，如无特殊说明不能随意改变试样形状和尺寸。
表3 试样形状与尺寸对拉伸试验结果的影响
1.5试样横向尺寸公差
任何机加工的试样都有偏差，试样的偏差会给试验的结果带来一定误差。试样的尺寸精度主要有：尺寸公差和形状公差。尺寸公差指试样在标距内的实际值与标准值之差，形状公差指试样在标距内最大与最小值之差。
以相对两面机加工的矩形试样为例，强度指标R=F/ aobo，其中ao为试样原始厚度，bo为试样机加工后的实际宽度。在强度指标的实际测量中，aobo均为实际值，尺寸公差对试样结果的准确度基本没影响。而形状公差则不同，由于多种因素的影响，试样断裂部位并非在测量原始尺寸的部位，这时公差就会给拉伸性能指标带来影响。假设试样的宽度形状公差为△，则以aobo为原始尺寸计算得R= F/aobo ，而以 （bo±△ ）为原始尺寸时R1=F/ao（bo±△），对于形状公差引起的强度误差为：δ =△R/R1=±△/bo（1）
对于形状公差引起应变测定的误差为：δ=△eo/eo=（1-lo/le） ×100% （2）式中Lo为原始标距，Le为等效标距。Le按下式计算：Le=b1/no（b1-1/n1-b1-1/no）（1-1/n）（b1-bo）lo （3）式中 bo为最小宽度；b1为最大宽度；n为硬化指数，计算时取n =0.2，Lo为原始标距。
由表4可见，拉伸试样的形状公差对拉伸性能指标有影响，对小尺寸影响较大。所以应提高对形状公差的控制。
表4 相对两面机加工矩形试样形状公差对拉伸试验结果的影响
试样标称宽度
2.测量仪器和设备
2.1量具和尺寸测量仪器
试样需要测量的尺寸有：原始标距、断后标距、原始横截面、断后最小横截面尺寸，测量尺寸的量具和仪器准确度应符合要求，必须经检测合格才能使用。
2.2试验设备 拉伸试验设备主要包括试验机和引伸计。试验机是对试样施加力测定其的系统，引伸计是测量延伸（或位移）的系统，它们的准确度直接影响试验结果。所以，必须经检测合格才可使用，且在有效期内。
试验机的加载同轴度对试验结果也有影响，加载同轴度指试验和两夹头轴线与试样轴线不重合的程度，试样夹偏、夹歪，试样弯曲，不平直都会引起受力不同轴，从而影响拉伸性能的测定。
3.夹持方法
试样的夹持方法有多种：楔形夹头，螺纹夹头，套环夹头等合适的夹具夹持试样。正确选择试样的夹持对试样的拉伸试验有较大影响，试样夹不住，试样打滑，试样断裂在钳口，都会使拉伸试验失败，所以，在日常试验中，应加强对试验机钳口的正确选用，减少拉伸时钳口对试样的损伤。应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用。
4.拉伸速率
拉伸速率是拉伸过程中必须控制的参数，它直接影响金属材料的应力-应变关系，随着平均应力速率的提高，其强度指标均随着提高，但由于不同材料的影响大小不一样，对强度低，塑性好的材料影响要大，而且拉伸速率对屈服强度的影响较大，对 抗 拉强度次之。
屈服点即弹性变形向塑性变形转变的点，拉伸速率会提高屈服强度的原因是弹性变形以声速来进门，远远大于拉伸速度，而塑性变形则需要一定的时间来完成，金属晶 粒内存在许多位错，金属塑性变性是位错和运动的结果，而位错运动要克服所受的阻力需要一定的时间，因此，拉伸速率对材料的塑性变形的影响大于弹性变形，不同的金属材料其塑性变形完成时间不一样，因此，拉伸速率对不同的材料屈服强度的影响也不一样。下面以牌号Q235与40Si2MnV，规格为Φ12mm的钢筋加以说明。
可见拉伸速率对金属材料的拉伸性能有较大影响，实际中要严格控制拉伸速率。特别是比对试验，应尽可能保持拉伸速率相同。
5.温度
金属材料室温拉伸试验要求温度范围在10～35℃进行，对于力值由度盘读取的材料试验机，环境温度的变化造成的影响几乎可忽略不计，对于高精度载荷传感器，某些特殊材料，则应考虑温度的影响。温度升高，拉伸试验强度指标下降，塑性指标上升。
6.人员
作为拉伸试验者，由于主观因素和操作技术的不同也会给测量结果带来影响，比如日常工作中经常遇到一些表面形状不规则，标距的标注、测量方法、测量水平不一致等等造成的试验数据不稳定。因此要不断提高人员的素质，降低影响程度。
产品40Si2MnV
三、结束语
鉴于以上几个方面因素对拉伸试验结果的不同影响，在实际工作中，应正确认识这些因素对拉伸试验强度指标和塑性指标的影响倾向，试验前选择正确的取样部位和取样方向，加工成具有规定横截面形状和尺寸的试样，避免样坯和试样制备过程中加工硬化和热影响，提高试样的加工精度，选用检定合格的测量仪器和设备，采用适宜的夹持方法与拉伸速率，试验中精心操作，試验后认真分析，这样才能有效地提高拉伸试验结果的准确度，使实验室检测水平处于同行业领先地位。
关键词：金属材料 拉伸试验 影响因素
金属材料室温拉伸试验是取得金属力学性能指标最常用、最基本的方法，它广泛应用于棒材、型材、管材、丝材、板钢、带钢等多种冶金产品的生产、检验、新产品的研发和基础教学等方面，但不包括金属构件和零件。而力学性能是金属材料重要性能指标。
影响金属材料室温拉伸试验结果的因素很多，为了减少这些因素的影响、确保试验结果的准确度，首先使拉伸试验方法标准化同时与国际接轨。我国现有国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》等效采用了国际标准。此标准统一了试验方法，并为我国冶金生产企业、用户和第三方产品质量检验提供了统一标准。同时为我国冶金企业参与国际竞争、产品走向世界提供了检测技术支持。
一、金属材料室温拉伸试验的原理
在室温下（10℃～35℃），将试样放于夹具内，以一定的速率给试样施加拉力，直至测出所需的力学性能指标，一般拉至试样断裂。有关生产企业、用户和第三方经常测量金属力学性能指标主要有强度指标（屈服强度和拉伸强度）和塑性指标（如断后伸长率和断面收缩率）等。这些指标是金属材料力学性能的主要指标，是判断金属材料性能好坏的重要依据。
二、影响金属材料室温拉伸试验结果的主要因素
力学性能是金属材料的固有属性，即材料的化学成份，组织结构等。特定的材料决定了特定的性能，但相同的材料用不同的拉伸试验过程所反映的力学性能指标却不一定相同。即检验结果不尽相同，影响金属材料室温拉伸试验结果的准确度的因素很多，主要有：试样、测量仪器和设备，夹持方法，拉伸速率、温度及人员等。
1.试样
金属拉伸试验是对试样的试验来取得力学性能指标的。所以正确取样才是保证检验结果准确的基础。取样部位、取样方向、样坯的切取及试样制备、试样的横截面形状和尺寸及尺寸公差等对拉伸试验结果都有影响。
1.1取样部位
在同一产品不同部位取样，其力学性能也有差异，现举例做以说明：
对圆钢，中心处的抗拉强度低于1/4处的抗拉强度，而断后伸长率中心处高于1/4处，以此类推别的产品也存在此类問题。可见取样部位的不同其试验结果也有着不可忽略的影响。究其原因，金属材料在铸造成形、加工过程，其化学成份、组织结构、冶金缺陷、加工变形分布不均，使得同一批，甚至同一产品的不同部位的力学性能出现差异。
表1 取样不同位置拉伸试验结果的影响
1.2取样方向
表2为同一批热扎酸洗卷，不同部位（头尾部）及不同方向（纵向、横向）取样所做的拉伸比对试验数据，从表中可见，屈服强度、拉伸强度及断后伸长率都有差异，尤其是屈服强度相差较大。
冶金产品在生产过程中一般是通过压力加工产品使其有一定的横截面，加工时，材料的金属晶粒和夹杂沿主变形方向流动排列，形成金属纤维组织，并造成性能的各向异性。一般在轧制方向力学性能好于垂直方向的力学性能。
表2 取样方向不同拉伸试验比对表
1.3样坯的切取和试样制备的方法
样坯的切取方法很多，像冷剪法、火焰切割法、砂轮切割法、机加工法等待，但不论采取哪种方法，都必须防止因受热冷加工硬化及变形而影响力学性能。切取样坯时应留有足够的机加工余量，一般应不少于钢材直径或厚度，但最少不少于20mm，这样就可把机加工时因受热冷加工硬化的那部分去掉，以免影响其性能的测定。
1.4试样的横截面形状与尺寸
由表3可见，试样的不同形状与尺寸，对拉伸强度、屈服强度影响较小，但对断后伸长率和断面收缩率影响较大。由此可见，如无特殊说明不能随意改变试样形状和尺寸。
表3 试样形状与尺寸对拉伸试验结果的影响
1.5试样横向尺寸公差
任何机加工的试样都有偏差，试样的偏差会给试验的结果带来一定误差。试样的尺寸精度主要有：尺寸公差和形状公差。尺寸公差指试样在标距内的实际值与标准值之差，形状公差指试样在标距内最大与最小值之差。
以相对两面机加工的矩形试样为例，强度指标R=F/ aobo，其中ao为试样原始厚度，bo为试样机加工后的实际宽度。在强度指标的实际测量中，aobo均为实际值，尺寸公差对试样结果的准确度基本没影响。而形状公差则不同，由于多种因素的影响，试样断裂部位并非在测量原始尺寸的部位，这时公差就会给拉伸性能指标带来影响。假设试样的宽度形状公差为△，则以aobo为原始尺寸计算得R= F/aobo ，而以 （bo±△ ）为原始尺寸时R1=F/ao（bo±△），对于形状公差引起的强度误差为：δ =△R/R1=±△/bo（1）
对于形状公差引起应变测定的误差为：δ=△eo/eo=（1-lo/le） ×100% （2）式中Lo为原始标距，Le为等效标距。Le按下式计算：Le=b1/no（b1-1/n1-b1-1/no）（1-1/n）（b1-bo）lo （3）式中 bo为最小宽度；b1为最大宽度；n为硬化指数，计算时取n =0.2，Lo为原始标距。
由表4可见，拉伸试样的形状公差对拉伸性能指标有影响，对小尺寸影响较大。所以应提高对形状公差的控制。
表4 相对两面机加工矩形试样形状公差对拉伸试验结果的影响
试样标称宽度
2.测量仪器和设备
2.1量具和尺寸测量仪器
试样需要测量的尺寸有：原始标距、断后标距、原始横截面、断后最小横截面尺寸，测量尺寸的量具和仪器准确度应符合要求，必须经检测合格才能使用。
2.2试验设备 拉伸试验设备主要包括试验机和引伸计。试验机是对试样施加力测定其的系统，引伸计是测量延伸（或位移）的系统，它们的准确度直接影响试验结果。所以，必须经检测合格才可使用，且在有效期内。
试验机的加载同轴度对试验结果也有影响，加载同轴度指试验和两夹头轴线与试样轴线不重合的程度，试样夹偏、夹歪，试样弯曲，不平直都会引起受力不同轴，从而影响拉伸性能的测定。
3.夹持方法
试样的夹持方法有多种：楔形夹头，螺纹夹头，套环夹头等合适的夹具夹持试样。正确选择试样的夹持对试样的拉伸试验有较大影响，试样夹不住，试样打滑，试样断裂在钳口，都会使拉伸试验失败，所以，在日常试验中，应加强对试验机钳口的正确选用，减少拉伸时钳口对试样的损伤。应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用。
4.拉伸速率
拉伸速率是拉伸过程中必须控制的参数，它直接影响金属材料的应力-应变关系，随着平均应力速率的提高，其强度指标均随着提高，但由于不同材料的影响大小不一样，对强度低，塑性好的材料影响要大，而且拉伸速率对屈服强度的影响较大，对 抗 拉强度次之。
屈服点即弹性变形向塑性变形转变的点，拉伸速率会提高屈服强度的原因是弹性变形以声速来进门，远远大于拉伸速度，而塑性变形则需要一定的时间来完成，金属晶 粒内存在许多位错，金属塑性变性是位错和运动的结果，而位错运动要克服所受的阻力需要一定的时间，因此，拉伸速率对材料的塑性变形的影响大于弹性变形，不同的金属材料其塑性变形完成时间不一样，因此，拉伸速率对不同的材料屈服强度的影响也不一样。下面以牌号Q235与40Si2MnV，规格为Φ12mm的钢筋加以说明。
可见拉伸速率对金属材料的拉伸性能有较大影响，实际中要严格控制拉伸速率。特别是比对试验，应尽可能保持拉伸速率相同。
5.温度
金属材料室温拉伸试验要求温度范围在10～35℃进行，对于力值由度盘读取的材料试验机，环境温度的变化造成的影响几乎可忽略不计，对于高精度载荷传感器，某些特殊材料，则应考虑温度的影响。温度升高，拉伸试验强度指标下降，塑性指标上升。
6.人员
作为拉伸试验者，由于主观因素和操作技术的不同也会给测量结果带来影响，比如日常工作中经常遇到一些表面形状不规则，标距的标注、测量方法、测量水平不一致等等造成的试验数据不稳定。因此要不断提高人员的素质，降低影响程度。
产品40Si2MnV
三、结束语
鉴于以上几个方面因素对拉伸试验结果的不同影响，在实际工作中，应正确认识这些因素对拉伸试验强度指标和塑性指标的影响倾向，试验前选择正确的取样部位和取样方向，加工成具有规定横截面形状和尺寸的试样，避免样坯和试样制备过程中加工硬化和热影响，提高试样的加工精度，选用检定合格的测量仪器和设备，采用适宜的夹持方法与拉伸速率，试验中精心操作，試验后认真分析，这样才能有效地提高拉伸试验结果的准确度，使实验室检测水平处于同行业领先地位。