金属板材拉伸性能检测实验步骤

金属板材的拉伸性能（如屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等）是衡量其力学性能的核心指标，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域的材料选型与质量控制。拉伸性能检测实验的规范性直接决定结果的准确性与可靠性，因此需严格遵循标准流程执行。本文将围绕实验的关键步骤展开，详细说明从样品准备到数据处理的全流程操作要点。

实验样品的制备

金属板材拉伸试样需遵循GB/T 228.1-2010或ASTM E8等标准制备，常见为哑铃型（或矩形）。厚度≤3mm的板材，平行段宽度通常为10mm或12.5mm，平行段长度不小于宽度3倍（如10mm宽度对应30mm长度）；厚度＞3mm的板材，宽度可增至20mm，但需保证平行段长度满足要求。

试样厚度用螺旋测微仪测平行段两端与中间共3点，取平均值；宽度用游标卡尺测平行段中间，精确至0.01mm。测量点需避开划痕、压痕，避免尺寸误差影响应力计算（应力=载荷/截面积）。

试样表面需无裂纹、夹渣或锈蚀——这些缺陷会导致应力集中，使试样提前断裂。制备时采用铣削、磨削等冷加工，避免热加工产生热影响区；加工后用砂纸打磨平行段，去除毛刺与氧化皮。

同一批次需制备至少3个平行试样，尺寸偏差需符合标准（如厚度±0.02mm、宽度±0.05mm），保证结果重复性。

实验设备的检查与校准

核心设备为万能材料试验机（电子或液压式），实验前需检查电源、液压系统（液压机）是否正常，夹头齿面是否清洁无磨损。负荷传感器需定期校准（每12个月1次），实验前需清零消除空载负荷。

电子引伸计需用标准量块校准零点与精度，确保伸长量测量误差≤±0.5%。辅助设备如游标卡尺、螺旋测微仪需提前校准：游标卡尺用标准量棒核对刻度，螺旋测微仪调整零点偏移。

需准备标记试样的记号笔、固定引伸计的夹具，以及数据记录工具。所有设备需在校准有效期内，避免因设备误差导致结果偏差。

试样的标距标记与引伸计安装

断后伸长率需通过原始标距计算，用记号笔在平行段画两条平行标距线，间距为原始标距（L₀）——通常为5倍试样厚度（如1mm厚对应5mm标距）或100mm（大伸长率材料）。标距线需垂直于试样轴线，间距误差≤±0.5mm。

引伸计用于测量弹性阶段伸长量，安装时需对准标距线，确保引伸计轴线与试样轴线重合。调整夹具压力：压力过大易压伤试样，过小会导致引伸计脱落。安装后需校准引伸计零点。

若无需测量弹性阶段伸长量，可省略引伸计，但需保证标距线清晰，便于实验后测量断后标距（L₁）。

试样的安装与对中

试样安装需保证轴线与试验机加载轴线重合，避免偏心载荷导致弯曲应力。步骤：固定下夹头，放入试样一端；提升上夹头，放入试样另一端，用眼睛或直角尺校正试样垂直性。

平夹头夹持长度需≥试样宽度2倍（如10mm宽试样需夹20mm），避免滑脱。夹持时缓慢拧紧螺栓（或液压压力），防止压伤薄试样或夹持力不足。

安装后轻拉试样检查松动，启动空载运行1~2mm，观察试样是否垂直——若倾斜需重新调整夹头。厚度≤0.5mm的薄试样，需在夹头与试样间垫橡胶垫增加摩擦力，减小夹持力。

实验参数的设置

加载速率需按材料类型调整：脆性材料（铸铁、高碳钢）用0.5~1mm/min，避免加载过快断裂；塑性材料（低碳钢、铝合金）用2~5mm/min，保证弹性阶段加载速率≤材料弹性模量10%（如200GPa钢材≤20GPa/min）。

室温试验环境温度需控制在10~35℃，相对湿度≤80%——温度过高降低屈服强度，过低增加脆性。

试验机软件需设置试样编号、尺寸、加载速率、测量项目：有明显屈服点材料（低碳钢）需识别上/下屈服点；无屈服点材料（铝合金）需设置规定非比例伸长应力（如Rp0.2，伸长率0.2%时的应力）。

加载测试与过程监控

启动试验后，上夹头按设定速率上升，需监控载荷-位移曲线：有屈服点材料会出现“屈服平台”（载荷不变、位移增加）；无屈服点材料曲线持续上升至最大载荷后下降。

弹性阶段观察引伸计读数是否稳定——波动大可能是引伸计松动或试样滑动，需立即停止调整。屈服阶段记录上/下屈服点载荷；强化阶段注意载荷变化，若突然下降说明试样即将断裂。

实验中避免人员离开，防止设备故障。若发现试样倾斜、开裂或夹头滑动，立即按紧急停止按钮，分析原因后重新试验。

断后标距的测量与试样观察

试样断裂后，记录最大载荷（抗拉强度对应载荷）。测量断后标距（L₁）：将断裂部分对齐，用游标卡尺测原标距线间距离。若断裂在平行段，结果有效；若在夹头附近（距标距线＞5mm），结果无效需重测。

观察断口形貌：塑性材料断口为杯锥状（韧窝），有塑性变形；脆性材料断口为结晶状，无变形。断口不能触摸，避免破坏形貌。

需保留试样时，用胶带粘合并标记编号；无需保留则放入废料箱，避免划伤。

数据计算与结果处理

关键指标计算公式：

1、屈服强度（σs）：σs=Fs/A₀（Fs为屈服载荷，A₀=宽度×厚度）；

2、抗拉强度（σb）：σb=Fb/A₀（Fb为最大载荷）；

3、断后伸长率（A）：A=（L₁-L₀）/L₀×100%。

单位需统一：载荷用牛顿（N），截面积用平方毫米（mm²），应力用兆帕（MPa）；标距用毫米（mm），伸长率用百分比（%）。

平行试样结果需计算平均值与标准差：偏差≤5%取平均值，偏差＞5%需分析原因（如尺寸误差、安装偏心）并重测。数据记录需包含试样编号、尺寸、载荷、标距与最终指标，保留原始数据便于追溯。