钢板拉伸测试测定

钢板拉伸测试是评估钢板力学性能（如强度、塑性）的核心试验，通过测定钢板在轴向拉力作用下的变形和断裂行为，获取关键指标（如抗拉强度、屈服强度、伸长率等），为材料选型、质量控制和结构设计提供依据。以下是测试的详细流程、关键指标及注意事项：

一、测试原理与核心目的

原理：将标准形状的钢板试样（如哑铃状）安装在拉伸试验机上，沿轴向施加缓慢递增的拉力，直至试样断裂。通过记录拉力（载荷）和试样伸长量的关系，绘制 “应力 - 应变曲线”，并计算力学性能指标。

核心目的：

测定钢板的强度指标（屈服强度、抗拉强度），评估其承载能力；

测定塑性指标（伸长率、断面收缩率），评估其变形能力和韧性；

分析材料的断裂模式（如韧性断裂、脆性断裂），判断钢板的加工和使用安全性。

二、试样制备要求

拉伸测试的准确性很大程度上依赖于试样的规范性，需按照国家标准（如 GB/T 228.1-2021《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》）或国际标准（ISO 6892-1）制备：

1. 试样类型

根据钢板厚度和测试需求，常见试样分为：

比例试样：平行段长度与横截面面积的平方根成正比（如长试样比例系数 5.65，短试样 5.65 或 11.3），适用于大多数钢板（厚度≤25mm）；

非比例试样：平行段长度固定（如 50mm、100mm），适用于厚度较大的钢板或特殊需求；

板材试样：通常为矩形横截面（宽度 10-20mm），边缘需打磨光滑（避免应力集中导致提前断裂）。

2. 取样要求

取样方向：钢板存在轧制方向性，需明确取样方向（如纵向：沿轧制方向；横向：垂直于轧制方向），通常纵向性能更优；

取样位置：从钢板不同部位（如头部、中部、尾部）取样，确保代表性，避免取有缺陷（如裂纹、夹杂）的区域；

加工要求：试样表面需平整，平行段需均匀（公差≤0.05mm），避免加工硬化（可采用铣削或磨削，不建议火焰切割）。

三、测试步骤

试样测量

用千分尺测量试样平行段的宽度和厚度（至少测 3 点取平均值），计算横截面面积；

标记试样的原始标距（如 50mm 或 100mm，用打点或划线法，避免损伤试样）。

设备准备

选用万能材料试验机（精度等级≥1 级），确保载荷传感器、引伸计（测量伸长量）已校准；

根据钢板预估强度选择量程（如低碳钢用 0-100kN，高强度钢用 0-300kN）。

装夹试样

将试样两端夹在试验机的上下夹头中，确保试样轴线与拉力方向一致（避免偏心受力，导致结果偏差）；

对于需要测定屈服强度的试样，安装引伸计（测量标距内的微小伸长）。

加载测试

以恒定速率加载（如屈服前速率 2mm/min，屈服后速率 5mm/min），直至试样断裂；

记录载荷 - 伸长量曲线（或由试验机自动记录），观察屈服现象（如 “平台” 段）和断裂过程。

断后测量

取下断裂后的试样，对齐断口，测量断后标距长度（用游标卡尺，精确至 0.1mm）；

测量断裂处的最小横截面面积（计算断面收缩率）。

四、关键性能指标及计算

屈服强度（Rel）

定义：材料开始产生塑性变形时的应力（当应力超过此值，卸载后会留下永久变形）。

计算：屈服载荷（Fs）÷ 原始横截面面积（S0），即 Rel = Fs / S0（单位：MPa）。

特殊情况：若材料无明显屈服平台（如高强度耐磨钢），采用 “规定非比例延伸强度（Rp0.2）”，即产生 0.2% 永久变形时的应力。

抗拉强度（Rm）

定义：材料能承受的最大拉力对应的应力（断裂前的最高应力）。

计算：最大载荷（Fm）÷ 原始横截面面积（S0），即 Rm = Fm / S0（单位：MPa）。

意义：反映钢板的极限承载能力，是结构设计的重要依据（如桥梁、工程机械钢板）。

断后伸长率（A）

定义：试样断裂后，标距段的伸长量与原始标距的百分比。

计算：（断后标距长度 L1 - 原始标距 L0）÷ L0 × 100%，即 A =（L1 - L0）/ L0 × 100%。

意义：衡量材料的塑性（变形能力），伸长率越高，钢板越易加工（如冲压、弯曲），韧性越好。

断面收缩率（Z）

定义：试样断裂后，横截面面积的缩减量与原始面积的百分比。

计算：（原始面积 S0 - 断后最小面积 S1）÷ S0 × 100%，即 Z =（S0 - S1）/ S0 × 100%。

意义：比伸长率更能反映材料的塑性，尤其适用于厚钢板或圆形试样。