拉力测试实验依据国家标准GBT228.1进行的详细操作步骤

GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》是我国金属材料力学性能检测的核心标准，规定了室温（10℃~35℃）下金属材料拉伸试验的原理、设备、试样及操作要求，用于评定材料的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率等关键力学指标。正确执行该标准的操作步骤，是保证试验结果准确性、可比性的基础，直接影响材料选型、产品质量评估等环节的可靠性。

试样类型与制备的标准要求

GB/T228.1将拉伸试样分为比例试样（如圆截面的R系列、板材的P系列）和非比例试样两类，需根据材料类型、产品形态及试验目的选择。比例试样的标距（L0）与横截面面积（A0）满足L0=k√A0（k通常取5.65或11.3），非比例试样则由供需双方约定标距长度。

试样制备需采用冷加工或机加工方式，加工过程中应避免过热（如采用冷却液）或机械损伤，确保试样表面无裂纹、划痕或夹杂。对于棒材、线材试样，加工后的标距段需保持均匀的横截面；板材试样则需保证厚度方向的平整，边缘无毛刺。试样两端的夹持部分应与试验机夹头匹配，避免试验中打滑或断裂在夹持区。

试样制备完成后需进行标识，标注材料牌号、炉批号、试样编号等信息，标识位置应在夹持区或标距外，避免影响标距内的应力分布。

试样尺寸的精确测量方法

尺寸测量是计算试样原始横截面面积（A0）和后续力学性能指标的关键。对于圆形横截面试样，需用千分尺在标距段的两端和中间三个位置测量直径，每个位置沿垂直方向测2次，取6个数据的平均值作为公称直径（d0），计算A0=πd0²/4。

对于板材或扁材试样，厚度（t0）需用厚度千分尺在标距段的三个均匀分布点测量，宽度（b0）则测量标距段的中点，精确到0.01mm；A0=t0×b0。对于管材试样，需测量外径（D0）和壁厚（s0），计算A0=πD0s0（当s0/D0≤0.1时）或A0=π(D0-s0)s0（当s0/D0>0.1时）。

标距标记需用划线仪或打点机在试样表面做出清晰、均匀的标记，标记线应细于0.1mm，且不得损伤试样表面。对于比例试样，标距长度需精确到0.1mm；非比例试样则按约定长度标记。

实验设备的检查与校准流程

实验前需确认万能试验机的状态：首先检查试验机的量程，选择合适的力传感器（通常力值范围应为预计最大力的20%~80%）；然后检查夹头的磨损情况，圆形试样用楔形夹头，板材用平夹头，夹头表面需无油污或损伤，确保夹持牢固。

力传感器需定期校准（一般每12个月一次），校准证书需在有效期内；试验机的位移精度需符合GB/T16825的要求。如需测量应变（如屈服强度、延伸率），需安装引伸计：引伸计的标距需与试样标距匹配（如50mm标距试样用50mm引伸计），引伸计的精度等级需为1级或更高。

引伸计安装前需用标准校准棒校准，确认输出信号与实际位移的线性关系；安装后需预加载小力（约最大力的1%~2%），检查信号是否稳定，避免虚接或松动。

试样的安装与对中调整

安装试样时，先将试样一端插入试验机上夹头，调整试样位置，使试样轴线与试验机加载轴线（即夹头中心连线）重合；然后缓慢闭合下夹头，夹持试样另一端，夹持长度需满足标准要求（如圆形试样夹持长度不小于直径的3倍）。

对中调整是避免试验结果偏差的关键：对于无引伸计的试验，可通过目视观察试样是否垂直；对于有引伸计的试验，可通过预加载（约最大力的5%）后观察引伸计的左右应变差，若差值超过5%，需调整夹头位置或试样摆放角度，直至对中。

夹持完成后，需松开试样上的所有约束（如捆绑的标签），确保试样在加载过程中自由变形。

加载速率的设定与控制

GB/T228.1对加载速率的要求分为弹性阶段和塑性阶段：弹性阶段需控制应力速率（σ̇），即单位时间内的应力增加量；塑性阶段需控制应变速率（ε̇）或位移速率（ṡ）。

弹性阶段的应力速率需根据材料的弹性模量（E）选择：对于E≥200GPa的材料（如钢），σ̇控制在2~20MPa/s；对于E<200GPa的材料（如铝、铜），σ̇控制在1~10MPa/s。应力速率的计算方法为：σ̇=Ḟ/A0（Ḟ为试验机的力速率），因此需根据A0和目标σ̇设定试验机的力速率。

当试样出现屈服（力值下降或保持恒定）时，需切换至塑性阶段的速率控制：应变速率ε̇控制在0.00025~0.0025/s（对于比例试样，ε̇=ṡ/L0，ṡ为标距内的位移速率）；若未安装引伸计，可采用位移速率控制，位移速率为0.001~0.01L0/s（L0为试样标距）。

加载过程中需保持速率稳定，避免突然加速或减速，否则会影响屈服点的判断和塑性指标的准确性。

加载过程中的数据记录要点

试验开始后，试验机的计算机系统需实时采集力（F）、位移（s）或应变（ε）数据，形成F-s或F-ε曲线。对于有明显屈服现象的材料（如低碳钢），需记录上屈服力（FuS，第一次下降前的最大力）和下屈服力（FuL，屈服阶段的最小力或恒定力）；对于无明显屈服现象的材料（如调质钢、铝合金），需记录规定非比例延伸强度（Rp，如Rp0.2，即非比例延伸率为0.2%时的应力）。

当力值达到最大值（Fm）时，需记录最大力，对应抗拉强度（Rm=Fm/A0）。加载过程中需观察试样的变形情况：若试样在标距外断裂，或断口有明显的夹杂、气孔等缺陷，需判定试验无效，重新取样试验。

对于需测量延伸率的试样，在加载至断裂前，需保持引伸计的连接（直至断裂前瞬间取下引伸计，避免损坏），或采用位移法记录标距内的总延伸。

试样断裂后的处理与尺寸测量

试样断裂后，需立即停止试验机，取下试样，将断裂的两部分沿断裂面拼合，确保轴线对齐（不得施加外力挤压）。对于断后伸长率（A）的测量，需用游标卡尺测量拼合后的标距长度（Lu），A=(Lu-L0)/L0×100%；Lu的测量需精确到0.1mm，对于L0≤100mm的试样，Lu需测量至0.05mm。

对于断面收缩率（Z）的测量，需测量断裂处的最小横截面面积（Au）：圆形试样测量断裂处的最小直径（du），Au=πdu²/4；板材试样测量断裂处的最小厚度（tu）和宽度（bu），Au=tu×bu；Z=(A0-Au)/A0×100%。

拼合试样时需注意，断裂面若有分离或间隙，需用细金属丝或胶带固定，但不得改变断裂后的尺寸；测量完成后，需保留试样至少24小时，以备复查。

异常情况的处理与结果有效性

试验过程中若出现以下异常情况，需判定试验无效并重新进行：试样在夹持区断裂（除非供需双方另有约定）；试样打滑（夹头未夹紧导致试样相对移动）；引伸计脱落或损坏（且脱落发生在屈服前）；加载速率超出标准要求；数据采集系统故障导致关键数据丢失。

若试样断裂在标距内但偏离中心（如断口与轴线夹角大于45°），需检查对中情况，若对中良好，试验结果仍有效；若断口有明显的加工缺陷（如划痕、夹渣），需分析缺陷来源，若为试样制备问题，需重新制备试样。

试验结果需与标准或技术要求对比，若结果异常（如抗拉强度远低于标准值），需复查试样尺寸、设备校准记录及操作过程，排除人为误差后再判定结果是否有效。