孙兴飞
西安摩尔石油工程实验室股份有限公司，陕西西安710065
摘要：在国民经济的快速发展中，金属工程材料得到了广泛应用，在金属材料的广泛应用过程中，尤以强度指标关乎工程设备的安全和寿命，本文主要参照国标《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》要求，结合试验室实际测量过程，讨论和分析金属材料常温拉伸试验过程中如何准确的表征金属材料的常规强度指标。
关键词 拉伸试验 试验测量 强度 拉伸 金属材料
0引言
金属材料的常温强度指标关乎工程设备的使用和安全运行，因此准确的测量和分析所用金属材料的常温强度指标尤为重要。本文结合国标《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》GB/T228.1-2010和试验室实际的操作和测量过程中实际情况，分析如何准确稳定的测量金属材料的常规强度和塑形指标。
1、名词术语
从《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》GB/T228.1-2010中可以了解本标准中涉及的管件术语和符号[1]，对于试验人员在试验过程中深刻理解测量指标的定义和指标测量的要点，帮助试验人员清楚、准确的进行试验过程。
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2、试样取样位置的影响
试样是产品性能试验的代表性样本，取样位置的正确性能够在一定范围内表征产品的性能指标，通过相关的文献说明，同一产品试样的加工方向不同，取样深度不同，产品的性能数据存在着不小差异[2]。如何确定加工试样位置是产品性能试验关键的程序。依据《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》GB/T228.1-2010标准要求，试样制备应按照相关产品标准和GB/T2975要求，一般产品的取样依据产品的类型，通常做法是按照产品成型的轧制方向的垂直方向或平行方向，样坯轴线距离产品壁厚表面1/4至1/3厚度处,同时留有必要的加工余量。
3、试样尺寸
产品试样分为恒定界面的不经加工的产品试样和经过机加工后的产品试样，根据试样尺寸的相关性，产品试样分为比例试样和非比例试样。《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》GB/T228.1-2010标准附录D对常规厚度大于等于3mm板材和扁材或直径或厚度大于等于4mm线材、棒材和型材试样类型进行了说明，特别在试样过度圆弧、宽厚比（注：不大于8）、平行长度、试样标距Lo等。相关产品标准无具体规定，优先选用比例系数为=5.65的比例试样。如果试样的公差满足标准,原始横截面积可以用名义值，而不必通过实际测量再计算。如果试样的公差不满足标准,就很有必要对每个试样的尺寸进行实际测量，在试样尺寸加工时需控制形状公差避免试样平行长度出现大小头，对试样的断裂位置不利。
试样的表面粗糙度对试验结果同样存在重大影响，由于试样表面粗糙度较高，类似于试验表面存在众多微观缺口，拉伸过程中，试样表面缺口附近局部区域形成表面应力集中，形成了裂纹的萌生与扩展的通道，造成试样过早的失效[4]。
4、试验过程
4.1试样的夹持
应使用例如楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头、套环夹具等合适的夹具夹持试样。应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用，尽量减小弯曲。这对试验脆性材料或测定规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要[1],也对验数据采集造成一定的影响[2]。同时需要试验加载链装配完成后，试样两端被夹持之前，应设定力测量系统的零点。
4.2试样的应变速度
试样的应变速度对材料的强度和伸长率测量影响极大，根据断裂力学理论表明，材料断裂的发展过程为材料内部位错滑移、扩展、聚集、长大，演变为微观裂纹串接，萌生出宏观裂纹，发展到失稳断裂。因此整个过程需要能量的积累和内部缺欠演变的时间准备。应变速度大小直接影响位错的萌生和扩展速度，同时也造成了明显的裂纹尖端硬化作用，不利于测量材料的强度和塑性指标测量，因此《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》GB/T228.1-2010根据不同材料给予方法A和方法B。如方法B中规定应力速度表1。
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4.3试验过程环境
温度、压力是重要的环境参数,部分特殊材料对温度区间特别敏感。部分标准特别规定了试验温度及保温时间。因此,金属材料室温拉伸试验标准要求在10～35℃的室温下进行，有严格要求时，试验温度应为23±5℃。在标准范围内，可忽略温度的变化影响,必要时应予以修正。
4.4试验设备
拉伸试验过程中，测量设备的稳定运行和有效检定对试验是否受控具有重大意义，同时试验设备的测量精度应满足试验结果数据的采取要求，粗略的计量和低精度设备必然增加测量系统误差，增加测量不确定度。试验机的测力系统应按照GB/T16825.1进行校准，并且其准确度应为1级或优于1级。引伸计的准确度级别应符合GB/T12160的要求。部分测量需要不劣于1级或2级准确度的引伸计。其他测量设备精度不低于测量修约数值要求。计算机控制拉伸试验机应满足GB/T22066并参见附录A。
5试验结果
5.1试验结果有效性
标准GB/T228中说明不因规定的试验极限条件考虑测量不确定度而修正，同时估计的测量不确定度不应与测量结果组合起来评判是否满足产品标准要求，除非客户特别指明。
5.2试验结果修约
试验测定的性能结果数值应按相关产品标准（如GB/T8170—2008）要求进行修约。如未规定具体要求，应按照下列进行修约：
—强度性能值修约至1MPa；
—屈服点延伸率修约至0.1%,其他延伸率和断后伸长率修约至0.5%；
—断面收缩率修约至1%
6试验结果判定
1）伸长率测定：原则上只有断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一情况方为有效。但断后伸长率大于或等于规定值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。如断裂处与最接近的标距标记的距离小于原始标距的三分之一时，可釆用规定的移位法测定断后伸长率,当试验结果不合格可认为试验无效。
2）试样断在标距外或断在机械刻划标记上，而且断后伸长率小于规定数值；
3）试验期间设备发生故障，影响了试验结果。
试验测量结果无效时，需要按照同样的试验方法重新进行试验。
7结语
通过标准解读,影响金属材料室温拉伸试验结果的因素至少包括以下影响因素
1)试样加工的位置、方向、尺寸公差、形状公差等对试验测量有较大影响，特别是试样加工表面粗糙度。
2)测量仪器和试验设备本身精度反映测量过程中的系统误差的大小，影响测量结果的有效性。
3)夹持方法对试验测量结果影响较大,不合理的夹持方法使得强度指标降低。
4)试样的应变速度大小直接影响强度和塑性指标的测量的有效性。
5）试样测量数值的正确修约，直接关系最终输出的试验结果有效性。
通过试验室的验证和标准的解读，以此通过标准要求的细化和实施，有助于试验过程标准化作业，确保试验结果真实有效，对材料的使用和维护重大意义。
[1]GB/T228.1-2010，金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法［S］．
[2]姜美琴.金属材料室温拉伸试验影响因素浅析.江苏冶金[J].2007，35(2):27-31.
[3]GB/T8170—2008，数值修约规则与极限数值的表示和判定［S］．
[4]张文泉, 王俊英, 张学昆.金属材料拉伸试验的缺口效应[J].2008,44（10）:533-534,539.
作者简介：孙兴飞，男，1987.04，2010.07，陕西理工学院，学士学位，西安摩尔石油工程实验室股份有限公司，工程师，西安市丈八一路汇鑫IBC-B座13层，710065，18064368096，632612338@qq.com。