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1、拉伸试验拉伸试验前面我们第一个讨论的机械性能是强度，所以第一个破坏试验方法是拉伸试验。这个试验为我们提供了很多有关的金属的性能。能够由拉伸试验所测定的性能包括：极限拉伸强度屈服强度延展性延伸率断面收缩率弹性模量比例极限弹性极限韧性拉伸试验中有些值可以从仪表中直接读取。 其他只有通过在试验期间产生的应力应变图的分析来定量。延展性的值可以对试件的试验前及试验后进行比较测量得到。它们差值的百分比就是延展率的值。当进行拉伸试验时，试验最重要的一个方面就是拉伸试件的准备。如果试验的这一部分没有细致地准备，试验结果的有效性将会大大地降低。例如，表面光洁度上的一小疵点就能引起拉伸试件的强度和延展性严重下降。

2、有时，焊接试样做拉伸试验仅仅是为了看看焊缝的表现是否与母材一样。这时候，我们所要做的就是在垂直于焊缝纵轴的方向上截取试样（有时称为试条），使焊缝大约在试样的当中。试样的两侧用锯或火焰切割，保持试样两侧平行，但不需要进行一步的表面处理，包括去除焊缝强度高。但是，焊缝加强高常常是磨平的。这种方法用于按 API 1104 的焊接工艺评定和焊工技能评定。 按照这个规范，成功的拉伸试验就是试样在母材部分断裂，或是断在焊缝上而此时的抗拉强度在母材的强度之上。大多数情况下都要求做拉伸试验，但是有时还需要测试金属的实际强度和其它性能，而不仅是看焊缝是否与母材一样强。当需要确定这些值时，试件必须被准备成一定的形

3、状，在靠近试样长度中心的位置上加工成缩截面。如图 6.16所示。加工成缩截面主要是为了锁定断裂位置。 否则断裂可能会优先地出现在靠近夹持端，使得后续的测量很困难。另外，缩截面试样使整个横截面的应力增加非常均匀。为了得到有效的结果，缩截面必须具有下列三个特性：（1）缩截面的整个长度必须是一个均匀的横截面。（2）横截面应该是容易测量，截面面积可以计算的图形。（3）缩截面的表面应没有表面不规则，特别是垂直于试样纵轴的不规则。由于这些原因，再加上需要机加工准备试样，所以拉伸试样中二个最常用的横截面是圆和矩形。 二者容易准备和测量。 如果要做拉伸实验，焊接检验师必须能够计算拉伸试样缩截面实际的截面积。例

4、1 和例 2 所示的是如何对二种常用的横截面的计算。例 1 ：圆截面的面积面积 x r2 = x d2/4 举例直径，d=0.505in（测出的）举例半径，r=d/2=0.2525in面积=3.1416 x 0.25252面积=0.20 in2或，用直径直接计算面积3.1416 x 0.5052/4A=0.2 in2例 2 ：矩形截面的面积测出的宽，w=1.5 in测出的厚度 t=0.5 in面积1.5 x 0.5面积0.75 in2试验前面积的测定是非常关键的，因为这个值将最终用于确定金属的强度。 强度将由所施载荷除以原来的面积而得出。 例 3所示是用于例 1 的标准圆形截面的计算。例 3

5、：拉伸强度的计算载荷12,500 磅 试样断裂面积0.2 in2（见例 1）抗拉强度载荷/面积抗拉强度12,500/0.2抗拉强度62,500 psi (lb/ in2)这前面的例子所示的是一个标准圆形试样的典型抗拉强度的计算。 这是一个标准试样，因为其产生 0.2英寸的面积。 这是为了方便因为用 0.2 除一个数与这个数乘以5 的一样。 因此，如果用这标准的拉伸试件，那么拉伸强度的计算是就像例 4所示非常简单。例 4 ：另一种抗拉强度的计算方法载荷12500 磅面积0.2 英 in2抗拉强度12500 x 5抗拉强度62,500 psi (lb/ in2)这个计算的结果与例3 是一致的。 在

6、现代计算公式出现之前的许多年，这种标准尺寸的拉伸试样的使用是非常流行的。在那个时候，精确地机加工一个拉伸试样到这一精确尺寸比用某个更复杂数来除以载荷来人为地确定强度更容易。然而，今天我们能容易地计算出精确的抗拉强度，无论实际面积是多大。在试验前另一要做的是在缩截面上精确地标出一标距。 该通常是在某一规定的距离用一对洋冲孔来标出。 最通常的标距是2 和8英寸。试验后，测量这些标距之间的新距离，并且与其原来的距离相比较以得出由于试件受载失效而产生的伸长量。延伸率称为试样在拉伸试验期间在二个标距点之间所伸长的量。这是由二个标距之间最终与原来长度的差别除以原来长度，所得的结果乘以 100 而得出的一百

7、分比。下面是计算延伸率的例子：原来的标距长 2.0英寸二个标识间的最终长度 2.5英寸延伸率2.52.0/2.0 x 100 = 25%当对延展性好的试样进行拉伸试验时，它的一部分由于受纵向拉伸载荷而出现“缩颈”。如果我们再测量并计算这“缩颈”区域的最终面积，减掉原始的横截面积，所得的余数除以原始面积，并乘以100，就可以得出断面收缩率。 下面是断面收缩率 (RA) 的例子：原始横截面积 0.20 in2最终横截面积 0.10 in2面积减少率0.20 0.10/0.20 x 100 = 50%测量和标注完以后，将试样牢牢地放入固定的夹具内，并移动拉伸机机头。如图 6.17所示。试样就位后，拉

8、伸载荷就以一稳定的速率施加。 加载速率的不同能导致试验的不一致。在施加载荷前，将伸长计连到试件上的标距点处。 当加载时，伸长计将测量由于载荷而引起的伸长量。 载荷和伸长数据均记入到一条形图表记录器，生成载荷与伸长的变化图。 称之为载荷与偏移曲线。 然而，我们通常看到的是以应力应变表示的拉伸试验结果。应力与强度是成正比的，因为任何时候它都是由应力除以横截面积得出。 应变是在给定长度上伸长量。 应力是以psi(lb/in2)表示，应变是以尺寸值 in/in 来表示。 典型的低碳钢拉伸试验时的图表时应力应变如图 6.18所示。在这里，我们将讨论应力应变图的几个重要特性。 试验开始时，应力和应变都等于

9、零。随着载荷的施加，应变量与应力线性增加。这个区域显示了先前所称的弹性变形，在这个区域处，应力和应变是成比例的。对任何所给的材料，这条线的斜率是一常数。这个斜率就是弹性模量。对于钢来说，在室温时与铝的弹性模量 10,500，000 psi 相比，钢的弹性模量（或杨氏模量）大约等于 30,000,000 psi 。 这个数实际上反映的是这种钢的刚度。也就是说，金属弹性模量越高，它的刚度也就越大。最终，应变将开始比应力增加的快，这意味着金属在所给定的应力下伸长更多。这种变化标志着弹性变形的结束，塑性变形的开始或永久性变形的开始。在曲线上显示的线性变形的这一点被称为弹性比例或极限。如果载荷在到达此点

10、后在任何时候移走，试样将会回到其原来的长度。许多金属从一开始的弹性变形就试图想激烈的偏离。正如在图6.18 中看到，不仅仅是应力和应变不再成比例，而且当应变在增加的同时，应力可能实际下降或保持稳定。这种现象是延展性优良的钢的屈服特性。 应力增至一最大极限，然后降至一较低极限。这些极限被分别称为上屈服点和下屈服点。上屈服点是在应力没有增加的情况下，应变显著增加，或是塑性流动。然后应力下降至低屈服点并保持相对不变，这时应变继续增加，称之为屈服点延伸。因为金属如此表现，屈服强度是指上屈服点所对应的应力，或是在上屈服点与低屈服点之间的中点所对应的应力。在拉伸试验期间，屈服点可以通过在仪表或记录装置上的

11、突然下降而发现屈服强度可以由观察并记录这突然下降时的载荷来确定。当用这一方法时，我们称之为（“台阶”）技术。在出现此现象期间，钢的塑性流动的速率增加使应力释放比应力形成要更快。 当在室温下出现此塑性流动，称为冷加工。 这种效应使金属变为更强更硬，并且被称为加工硬化。因此屈服将继续直至金属到一定加工硬化范围，现在它需要更多的应力来产生进一步的伸长。相应地，曲线开始以非线性的形式爬升。应力和应变以变化的速率继续增加一直达到最大的应力。 这一点称为最大应力，或极限拉伸强度。图 6.19所示是当达到这最大应力时，随后甚至当应变继续上升（工艺曲线），应力显著地下降。这个现象是由于试件开始“颈缩”，实际横

12、截面小于原来的横截面积，来承受所施加的应力。因为应力是以原来的面积为基础计算的，这就给出一现象，当在实际中应力以 psi 继续增加时，载荷是下降的。如果在拉伸试验中计算出持续的应力和实际承受载荷的面积，那么实际的应力应变图可以给出。这条实际曲线和先前讨论过的工艺曲线的比较如图 6.19所示。它显示了试样的应变随着应力的上升继续增加。该曲线显示出失效是在最大应力和最大应变时出现。对于延展性差的金属，在弹性和塑性变形之间没有明显的变化。 因此“台阶”方法不适用于确定它们的屈服强度。 另外一种的方法为偏移法。 图6.20 所示的是一种延展性差的金属的典型应力应变图。当使用偏移法时，在某一规定应力处画

13、一条平行与弹性模量的线。应变 量 通 常 是 以 某 百 分 比 描 述 的 。 通 常 偏 移 是 应 变 的0.2%（0.002）；然而，也可以规定其它的应变量。 图 6.21所示的是这根 0.2%的偏移线是如何画出的。偏移线与应力应变曲线之间的交点所对应的应力被定义为屈服应力。在报告中应说明这是0.2%的偏移屈服应力，以使人们知道它是如何被确定的。能从应力应变图中可获得的最后一条信息是金属的韧性。 你可记得韧性是衡量金属吸收能量的能力。你也知道当载荷被慢慢稳定地施加，韧性能由应力应变图下的面积来确定。所以金属有较高的应力和应变值，那么它就比具有较低应力和应变值的金属更具韧性。图 6.22

14、 所示的是高碳弹簧钢与结构钢的应力应变图之间的比较。如果比较二个曲线下的面积，这很显然，在结构钢曲线下的面积更大。因此结构钢的韧性更好。接下去的拉伸试验，有必要测定金属的延伸率。有二个方式来表示，即伸长率和断面收缩率。这二种方法包括在试验前后都需进行测量。为了确定伸长率，在加应力前，必须在试件上标上标距。 在试件失效后，把二个破坏件拼在一起，测量这些标距的新的距离。用标距原始和最终长度，我们能如例 5所示来计算延伸率。例 5 ：伸长率的确定原始标距2.0 英寸最终标距2.6 英寸伸长率%最终长度原始长度/原始长度 x 100伸长率%2.6-2.0/2.0 x 100伸长率0.6/2.0 x 1

15、00伸长率30%延伸性也能以其在试验中它截面缩小多少来表示。 这被称为断面收缩率，是为了比较对拉伸试件的原来截面积与最终面积进行测量和计算。例 6 显示了这一计算。例 6 ： 断面收缩 的确定（ %RA ）原始面积0.2 in2最终面积0.1 in2断面收缩率%原始面积最终面积/原始面积 x 100%RA0.2 0.1 /0.2 x 100%RA=0.1/0.2 x 100%RA=50%当伸长率和断面收缩率均代表一拉伸试件所具有的延伸性时，它们很少相等。 通常断面收缩率大约是伸长率的二倍。 断面收缩率在有缺口存在的情况下被认为是确定金属延伸性的代表性表示。然而，如果只用一种方法，我们最常见的是伸长率。