拉伸试验

拉伸试验检测钢材等材料的极限拉伸强度。通过标准化的拉伸样品，可对各种材料的特性和拉伸行为得出结论。

拉伸试验是标准化的准静态试验方法，可测量某些材料参数。这些都是破坏性方法，因为要测试的样品通常要承受超过屈服强度的负荷。材料测试由拉伸试验机和万能试验机进行。这些装置通过应力-应变曲线和力-位移曲线显示一维运动。确定的参数提供了测试材料的特性和拉伸行为信息。试验机类型的选择取决于各自的要求。设备范围从台式系统（3 kN）到配备双主轴的50 kN系统，再到300 kN至2000 kN高载荷能力的拉伸试验机。

适用于拉伸试验机的标准包括DIN 51222通用标准、适用于金属材料的DIN EN ISO 6892-1和DIN EN ISO 7500-1，以及适用于塑料和橡胶的ISO 5893标准。DIN 50125标准规定了适用于拉伸样品材料的要求。对于失效应变，某些材料使用测量长度，而其他材料则使用比例系数。例如，测试程序的目的是找出材料在不发生塑性变形的情况下可承受的载荷，以及材料在多大的力下会遭到破坏。此外，还测定了硬质泡沫、软弹性泡沫、橡胶和纤维增强复合材料的特性和变形行为。

所用样品的截面取决于所选的原始材料。如钢的体积较大，会从固体材料中制作出截面为圆形的样品。对于钣金的材料测试，需要使用平面拉伸样品（截面为矩形或正方形）。该测试程序优选用于机械工程，因为它还可以得出有关其他类型载荷的结论。

拉伸试验可通过接触式（夹式引伸计）和非接触式测量系统进行。使用夹式引伸计时，至少要在样品上使用两个叶片。叶片测量夹在其间的工件的伸长率。如今，非接触式测量采用数字式光学引伸计。安装在测量装置中的传感器捕捉伸长率。这种测量设备的优点是还能精确捕捉非常快的应变。部分型号还适用于测量温度很高的材料。这些引伸计也可用于破坏性拉伸测试，因为它们与工件之间有足够的距离。

传统的拉伸试验是断裂试验：标准样品被夹在试验机中，随着拉伸载荷的增加，样品被拉伸直至断裂或撕裂。只使用截面较小的人工制品。样品的应变在无激波和低速的情况下进行。在测试过程中，会测量影响工件的力和测量范围内的伸长率。静态试验机生成力-位移曲线，并将其显示在电脑显示器上。

拉伸试验机包括一个固定和一个可移动的十字头，十字头由一或两个主轴驱动。驱动装置采用液压或电动方式。拉伸试验前，先确定十字头的速度，然后用夹具将样品夹在十字头之间。随后，十字头以恒速向一个方向移动，直至材料撕裂。测试设备使用十字头或引伸计记录样品的变形和所需的力。然后将读取的数值与拉伸测试样品的尺寸联系起来，计算出拉伸应力和应变。拉伸应力根据试验前的截面确定。失效应变由十字头位移计算得出。

在其他拉伸试验中，部件或样品受到拉伸力的作用，直至达到所需的试验载荷。这是一种无损拉伸试验。进行此类材料测试是为了确保载荷部件符合技术要求。由于进一步加工会改变材料的特性，因此必须在之后再次对材料进行测试。

根据拉伸试验后生成的应力-应变曲线，确定了以下参数：

• 极限拉伸强度
• 杨氏模量
• 屈服强度（下限、上限）
• 屈服点
• 失效应变
• 均匀应变
• 缩颈
  

屈服强度有上下限之分。上限屈服强度描述的是样品首次发生塑性变形时的点。材料纤维撕裂。导致应力减小，样品永久伸长。下限屈服强度描述的是首次变形后拉伸应力下降的最高点。然后，拉伸应力再次持续增加。对于具有明显屈服强度的样品，应力会在断裂前降低：当材料开始屈服时，应变会继续增加。对于没有明显屈服强度的材料，如冷成形钢和冷轧钢，断裂发生在极限拉伸强度范围内。非合金结构钢（St 37）等材料具有明显的屈服强度。

拉伸试验在众多行业中都有应用，如今通常由带相机的非接触式光学测量设备提供支持。这些测量设备可提供更精确的测量结果，也适用于样品遭到破坏的测试。