钢材建筑材料力学性能测试的屈服强度和抗拉强度试验步骤

屈服强度与抗拉强度是评价钢材建筑材料力学性能的核心指标，其测试结果直接关系到建筑结构的安全性与可靠性。规范、准确的试验步骤是确保数据真实性的基础——从试样制备的尺寸精度，到设备校准的细节，再到加载过程的控制，每一步都需严格遵循《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1-2010）等现行标准。本文结合实际操作需求，详细拆解钢材屈服强度与抗拉强度测试的完整流程，为试验人员提供可落地的操作指导。

试验前的试样准备

钢材拉伸试验的试样形状需匹配材料类型：棒材、线材用圆形横截面试样，板材、带材用矩形横截面试样。以圆形标准试样为例，直径d0通常选10mm，原始标距L0需满足L0=5d0（50mm）或L0=10d0（100mm），具体需在试验报告中明确。矩形试样的宽度b0一般选20mm，厚度t0保留材料原始厚度，标距L0同样按比例计算。

试样表面质量直接影响结果准确性——需用砂纸或车床去除氧化皮、裂纹、毛刺等缺陷，确保表面光滑无损伤。若材料有轧制条纹等冷加工痕迹，需保留原始方向，避免打磨破坏应力状态。

试样需标注唯一编号（钢印或记号笔写在非标距段），同时标记轧制方向（如“纵向”“横向”），避免混淆。注意标识不能损伤标距段，防止试验中出现局部应力集中。

试验设备的检查与校准

选择万能材料试验机时，量程需覆盖试样预期拉力的20%~80%（如预期最大拉力39kN，选50kN或100kN量程）。设备力值精度需达一级（误差≤±1%），试验前用标准测力仪校准力传感器，长期未用（超3个月）需重新校准。

引伸计需匹配试样标距（50mm标距用50mm引伸计），试验前用标准量块校准变形示值误差（≤±0.5%）。若不用引伸计，可用试验机位移传感器，但精度需满足要求。

夹头需匹配试样形状：圆形试样用V型夹头，矩形试样用平夹头。夹头表面需清洁无磨损，避免打滑或压伤试样。安装前需调整夹头同轴度，确保加载轴线与试样中心线重合。

试样的安装与定位

安装前先调整上下夹头同轴——用直棒试样试装，施加小力（1%预期拉力）观察是否弯曲，若弯曲需微调夹头位置。确保试样标距段位于夹头中心区域，避免额外弯曲应力。

将试样一端插入下夹头，缓慢夹紧（避免压伤），再插入上夹头调整位置。圆形试样需让V型夹槽对准直径方向，矩形试样让平夹头与宽度方向平行，保证拉力均匀传递。

安装引伸计时，将刀口对准标距两端轻轻夹紧，确保刀口与试样垂直。预加载（1%~5%预期屈服力）消除间隙后，再次检查引伸计位置，确认无误再正式加载。

加载过程的控制要点

加载速率需按标准设置：弹性阶段（σ≤600MPa钢材）控制在2~20MPa/s，屈服阶段保持稳定（电子机推荐位移控制）。预加载后从零开始匀速加载，记录力值与变形的线性关系（每5%~10%屈服力记一次）。

有明显屈服现象的钢材（如Q235），上屈服强度是加载中第一次力值下降的最大力对应应力；下屈服强度是屈服阶段力值稳定的最小力对应应力（平台不明显时取1/2标距变形对应力）。屈服阶段不能停加载，否则结果失效。

过屈服阶段后进入强化期，力值持续上升至最大力Fm（抗拉强度对应值）。此时若装引伸计，需在颈缩前取下（避免损坏），继续加载至试样断裂。颈缩是强化期结束的标志，需注意观察。

数据记录与结果计算

需记录的原始数据包括：试样编号、材料牌号、尺寸（d0/b0、t0、L0）、设备信息、加载速率、上屈服力Fsu、下屈服力Fsl、最大力Fm、断后标距Lu。

屈服强度计算：σsu=Fsu/A0，σsl=Fsl/A0；抗拉强度σb=Fm/A0（A0是原始截面积，圆形A0=πd0²/4，矩形A0=b0×t0）。结果修约按GB/T 8170，σ≤1000MPa时修约到1MPa（如423.6→424，423.3→423）。

若同一批试样结果离散大（变异系数超5%），需检查试样制备、设备校准或加载过程，必要时重测。无明显屈服的钢材（如高强度钢），用规定非比例延伸强度σp0.2（0.2%延伸对应的应力）代替屈服强度。

试验后的试样检查

断裂位置需在标距段内（距离夹头＞2d0），否则结果无效。若断裂在标距外，需分析夹头不对中或试样缺陷原因，重新测试。

观察断口形貌：韧性断裂呈纤维状、有颈缩；脆性断裂呈结晶状、无颈缩。断口需保持完整，避免碰撞，辅助判断材料韧性。

测量断后标距Lu——将断裂试样对齐，用游标卡尺测标距总长度（精确到0.1mm），计算断后伸长率δ=(Lu-L0)/L0×100%，虽非本文重点，但需随屈服、抗拉强度一起记录。

试验中的安全与报告要求

试验环境需保持室温（23℃±5℃），避免温度影响性能。试验机周围设防护栏，防止碎片飞溅；加载时不能摸试样或夹头，取下引伸计需小心。

试验报告需包含：材料信息、试样参数、设备校准记录、加载速率、屈服强度（σsu/σsl）、抗拉强度（σb）、断后伸长率、试验日期与人员。报告需可追溯，确保数据真实性。

若测试中出现异常（如试样断裂在夹头处、力值波动大），需在报告中注明原因，必要时重新取样测试。所有记录需保留至少3年，满足质量体系要求。