金属材料拉伸试验 ISO 6892-1

金属材料的力学性能是其在工程应用中选材、设计和质量控制的核心依据。其中，拉伸试验是最基础、最广泛使用的力学性能测试方法之一，用于评估材料在静载荷作用下的强度、塑性和弹性特性。国际标准化组织（ISO）制定的 ISO 6892-1:2019《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》 是全球范围内权威的金属材料室温拉伸试验标准，为钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等各类金属材料的拉伸性能测定提供了统一的技术规范和测试流程。

该标准适用于厚度不小于0.3 mm的金属板材、带材、棒材、管材及型材等产品，广泛应用于冶金、机械、航空航天、汽车、建筑和能源等行业。

试验目的

拉伸试验的主要目的是测定金属材料在单轴拉伸载荷下的以下关键力学性能指标：

• 抗拉强度（Rm）：材料在断裂前所能承受的最大应力，单位为兆帕（MPa）。

• 屈服强度（Rp0.2 或 ReL/ReH）：材料开始发生明显塑性变形时的应力。对于无明显屈服点的材料，常用规定塑性延伸强度 Rp0.2（即塑性延伸率达到0.2%时的应力）表示。

• 断后伸长率（A）：试样断裂后标距部分的残余伸长与原始标距之比，反映材料的塑性。

• 最大力总延伸率（Agt）：试样达到最大力时的总延伸率，用于评估材料的均匀塑性变形能力。

• 断面收缩率（Z）：试样断裂处横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比，体现材料的局部塑性变形能力。

这些参数是材料设计、结构安全评估和工艺优化的重要依据。

试样要求

根据 ISO 6892-1，拉伸试样通常分为比例试样和非比例试样两类，常见形式包括：

• 矩形截面试样：适用于板材和带材，标距 L₀ 与原始横截面积 S₀ 满足 L₀ = k√S₀（k 通常为5.65或11.3）。

• 圆形截面试样：适用于棒材和型材，常用直径为4 mm、6 mm、10 mm等。

• 带头试样与不带头试样：根据夹持方式选择。

试样加工需避免因切削、加热或冷作硬化等因素影响材料性能。标准对试样尺寸公差、表面粗糙度和几何精度均有明确规定。

试验设备

拉伸试验通常在万能材料试验机上进行，设备需满足以下要求：

• 具备精确的力测量系统（力值精度不低于1级）。

• 能够控制横梁位移或应变速率。

• 配备引伸计，用于精确测量试样的延伸量，特别是屈服阶段和弹性模量的测定。

• 设备应定期校准，符合 ISO 7500-1（力测量系统）和 ISO 9513（引伸计校准）的要求。

试验条件与速率控制

ISO 6892-1 对试验速率有严格规定，分为两个阶段：

（1）弹性阶段（测定屈服性能）

• 采用应力速率或应变速率控制。

• 推荐在弹性范围内使用恒定的应变速率，通常为 6–60 MPa/s（对应应变速率约为 0.00025/s 至 0.0025/s）。

• 在接近屈服点时，应降低速率以准确捕捉屈服行为。

（2）塑性阶段（测定抗拉强度和伸长率）

• 进入塑性变形后，推荐使用恒定的引伸计标距内的应变速率，通常为 0.002/s ± 20%（即 0.2%/s）。

• 或采用恒定的横梁分离速率，但需确保不会显著影响测试结果。

精确控制试验速率对结果的可比性和准确性至关重要。