拉伸试验是金属材料力学性能试验中最常见的实验。按说拉伸试验反映材料的基本属性，但相同的材料通过不同的拉伸试验过程测量结果不一定相同。那么都有哪些因素在影响拉伸试验？一起来看看。

一、取样部位和方法

取样部位的差异会直接影响金属材料拉伸试验的断后伸长率、屈服强度以及抗拉强度等各项性能指标。金属材料中因成分、组织、结构、缺陷、加工变形等分布不均，使得同一批甚至同一产品的不同部位的力学性能出现了差异。所以取样应严格按GB/T 228- 2002 附录中的规定进行。此外，在切取样坯时， 必须防止因受热、加工硬化及变形而影响其力学性能。

二、试样的形状、尺寸和精度

同一材料同一状态的金属材料，如果截面形状不同，测得的结果对上屈服强度影响大，对下屈服强度影响小；大横截面积（大尺寸）的试样的抗拉强度较小尺寸的低，而且塑性指标也下降；试样平行长度内的平行度和尺寸精度也很容易影响测试结果。因为试样测量的尺寸值可能不是实际样品的最小位置尺寸，这将造成测试的结果偏低。所以试件的形状和尺寸需按照标准进行。

三、测量仪器方面

尺寸测量仪和量具的精度必须符合试验要求。所以在进行试验之前，必须要对各种测量仪器进行校验，同时保持量具的清洁干净。

四、试验设备

试验机与引伸计是金属材料拉伸试验中常用的两种试验设备，直接影响试验结果数值的准确信和真实性。前者用来测量作用力数值；后者主要用来进行位移或者延伸的测定。所以试验时必须要确保试验机与引伸计在检定合格的有效期之内，并定期校验。

五、试验环境温度

某些金属材料具有很高的温度敏感性，即便是普通的金属材料，如果试验温度相差过大，也有可能导致试验测量结果的不一致。一般而言，体心立方金属随着温度下降，屈服强度急剧提高，面心立方金属变化则没有那么明显。而温度上升，金属材料的屈服强度一般会下降。因此 GB/ T 228-2002 在关于金属材料室温拉伸试验方法的规定中，试验一般室温须在10℃-35℃范围内进行。对温度有严格要求的试验温度应为23℃±5℃。

六、夹持具选择、试样夹持的影响

夹持具选择、试样夹持和引伸计的装卸不正确会影响测试结果。夹持具与试验的试样形状不匹配和夹具的表面外型花纹形状不适宜,会造成夹具和试样间不能形成足够的夹持面积,静摩擦力不够,导致拉伸过程中夹具和试样产生相对滑动，从而影响了拉伸结果。

七、夹持方法

试样的夹持方法对拉伸试验能否成功至关重要，如果试样夹不住必然会导致试验无法进行，如果夹持方法不合理还易引起试样打滑或断在钳口内,，导致试验数据不准确或试验数据偏低。

八、拉伸速率

拉伸速率直接影响金属材料的应力-应变关系。不同材料对速度的敏感程度不同，拉伸速率对不同的材料的影响大小不一样，对强度低、塑性好的材料影响要大。GB/ T 228- 2002 在关于金属材料室温拉伸试验方法的规定中：“在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定，并在规定的应力速率范围内（材料弹性模量E＜150000N/mm2，应力速率在（2-20）N/mm2•s- 1 范围内，弹性模量E≥150000N/mm2，应力速率在（6-60）N/mm2•s- 1 范围内）。若仅测定下屈服强度， 在试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/ s-0.0025/s 之间，平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。在塑性范围和直至规定强度应变速率不应超过0.0025/ s”

九、拉伸试样横截面积的确定

拉伸试样横截面积确定有2个方法：一个是金属拉伸试验方法 GB/T 228，另一个是材料相应的产品标准。有的产品标准明确规定拉伸试验试样的横截面积按名义尺寸的横截面积要求， 如果产品标准中无此特殊规定，均应遵循 GB/T 228 标准，测量实际尺寸计量横截面积。

十、试样尺寸的测量方法和测量人为误差

拉伸试样应视直径大小选用外径千分尺、游标卡尺或矩形样用游标卡尺。如果测量方法不准确，从而导致人为地尺寸测量偏大。由于主观因素和操作技术的不同，也会给测量结果带来误差。

一些基础性问题

对于大多数金属材料，在弹性变形区域，应力与应变成比例，当继续增加应力或应变时，在某一点上，应变将不再与施加的应力成比例。

在这一点上，与邻接的初始原子间的键合开始破裂并用一组新的原子进行改造。当这种情况发生时，应力被卸除后材料将不再恢复到原来的状态，即变形是永久的和不可恢复的，这时材料进入塑性变形区（图1）。

图1  塑性变形示意图

实际上，很难确定材料从弹性区转变为塑性区的确切点。如图2，绘制了应变为0.002的平行线。用该线截断应力-应变曲线，将屈服的应力确定为屈服强度。屈服强度等于发生明显塑性变形的应力。大多数材料并不均匀，也不是完美的理想材料，材料的屈服是一个过程，通常伴随着加工硬化，所以不是一个具体的点。

图2  应力-应变曲线

对于多数金属材料应力-应变曲线看起来类似于图3所示曲线。当加载开始以后，应力从零开始增加，应变线性增加，直到材料发生屈服以后，曲线开始偏离线性。

继续增加应力，曲线达到最大值。最大值对应抗拉强度，这是曲线的最大应力值，由图中的M表示。断裂点是材料最终断裂的点，由图中的F表示。

图3  工程应力-应变曲线示意图

典型的应力-应变测试装置、测试样品几何形状如图4所示。在拉伸试验期间，样品被缓慢拉动，同时记录长度和施加力的变化，记录力-位移曲线，利用样品原始长度、标距长度和截面积等信息可以绘制应力-应变曲线。

图4  应力-应变测试

对于可以发生拉伸塑性变形的材料，最常用的有两类曲线：工程应力-工程应变曲线和真应力-真应变曲线。它们的区别在于计算应力时采用的面积不同，前者用样品的初始面积，后者用拉伸过程中的实时横截面积。因此，在应力-应变曲线上，真应力一般比工程应力高。

图5 典型的拉伸曲线示意图

图6 多种真实金属材料的真应力真应变曲线

最常见的拉伸曲线有两种：其一，有明显屈服点的拉伸曲线；其二，无明显屈服点的拉伸曲线。屈服点代表金属对起始塑性变形的抗力。这是工程技术上最为重要的力学性能指标之一。

图7 典型拉伸曲线，带有形变硬化

如何界定工程实际金属发生了塑性变形？

残余塑性变形量是重要依据，通常人为地把一定残留塑性变形量时工程金属对应的抗力作为屈服强度，也称为条件屈服强度。即没有明显的塑性屈服点，就没有明显的屈服强度，要想知道实际金属的屈服强度就需要一个判定条件，因此就有了条件屈服强度。

对于不同的金属构件，其条件屈服强度对应的残余变形量不同。对于一些苛刻的金属构件，其残余变形量规定应较小，而普通金属构件条件屈服时对应的残余变形量则较大。常用的残余变形量为0.01%，0.05%， 0.1%，0.2%，0.5%和1.0%等。

图8 条件屈服

金属的屈服是位错运动的结果，因而金属的屈服由位错运动的阻力来决定。对于纯金属，包括点阵阻力、位错交互作用阻力、位错与其它缺陷或结构交互作用阻力。

图9 实际金属铝中的位错

在拉伸曲线上的直线段，也即弹性部分对应的面积为弹性能。从弹性变形开始至断裂过程中，样品吸收总能量称为断裂功，金属在断裂前吸收的能量称为断裂韧性。 实际金属在拉伸过程中通常伴随着力学性能的改变，最突出的现象就是加工硬化。金属的加工硬化有利于避免实际工程构件在过载时突然断裂，造成灾难性后果。

金属塑性变形和形变硬化是保证金属发生均匀塑性变形的先决条件，这就是说在多晶体金属中，哪里发生了塑性变形，哪里就得到了强化，然后塑性变形得到抑制，使变形转移到其它更容易的地方。

在实际的拉伸曲线上看，大多数金属在室温条件下发生屈服后，在屈服应力作用下，变形不会继续，继续变形必须增加阻力。在真应力-真应变曲线上表现为流变应力不断上升，出现加工硬化现象。这样的曲线称为加工硬化曲线。 加工硬化指数n是一个重要的塑性指标，它代表材料抵抗继续变形的能力。

图10 金属塑性变形中的加工硬化

最后，谈一下应变速率。通常测试的金属材料的拉伸曲线都是在较低的应变速率下测试获得的。只有一些特殊金属构件才需要在较高应变速率下测试其力学性能，即发生高速形变的构件。正常室温条件下应变速率拉伸，材料的变形主要以位错的滑移或孪生为主。

图11 铝合金高速形变曲线

在拉伸曲线上，即工程应变-工程应变曲线上最大工程应力称为极限拉应力，也就是抗拉强度。

文章来源： 泊松比，升拓检测SCIT