拉伸测试
简介


拉伸测试机用于执行最基本、最常见的机械测试类型。拉伸测试是将拉力施加到材料上,以测量该试样对应力的响应。通过此试验,便可以测定材料的强度和伸长率。拉伸测试通常在机电或通用测试机上进行,操作简单且完全标准化。






拉伸测试机
组件和零部件






拉伸测试通过拉伸测试机(又称通用测试机)执行。拉伸测试机包括一个测试机架,并配有载荷传感器、测试软件及专用夹具和配件,如引伸计。待测试的材料类型决定着需要使用的附件类型。单台机器可调整,通过更换夹具即可测试其力范围内的任何材料。


拉伸测试系统设置 


拉伸测试机
1) 负载机架
根据力容量的不同,拉伸测试机的负载机架可以采用单柱或双柱配置。
2) 软件
测试软件可供操作员配置测试方法和输出结果。
3) 载荷传感器
载荷传感器是一种传感器,用于测量施加至试样的力。Instron 载荷传感器的精度可达到载荷传感器力容量的 1/1000。
4) 夹具和工装
可提供多种试样夹具和工装,用于夹持不同材料、形状和大小的试样。
5) 应变测量
某些测试方法需要测量试样在载荷作用下的伸长率。Instron 的 AVE2 用于测量试样长度变化,精度可达到 ±1 µm 或读数的 0.5%。

 




拉伸测试机有各种不同尺寸可供选择,且其可提供的力容量从 0.02 N 到 2,000 kN 不等。大多数低载荷测试是通过机电单柱或双柱台式机器执行的,而大载荷应用则需要落地式机架。Instron 的 6800 系列系统可提供高达 300 kN 的力容量,并且能够执行多种不同的测试,包括拉伸、压缩、弯曲、剥离、撕裂、剪切、摩擦、扭曲、穿刺等。Instron 的工业产品系列液压伺服系统专为执行更高容量的高强度金属、合金和先进复合材料而设计。

6800 系列通用测试系统 


通用测试系统的力容量高达 300 kN

单柱和双柱台式及落地式测试系统的力容量范围从 0.02 N (2 gf) 到 300 kN 不等。

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工业产品系列通用测试系统的力容量高达 2000 kN 


工业级通用测试系统的力容量高达 2000 kN

Instron 的工业产品系列包含带有单一或双测试空间的机架,力容量范围从 300 kN 到 2000 kN 不等。

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拉伸测试标准
塑料、弹性体和金属测试标准






大多数拉伸测试是按照 ASTMISO 等标准组织发布的既定标准执行的。测试标准规定了不同类型原材料,如金属塑料、弹性体、纺织物和复合材料以及医疗器械汽车零部件消费性电子产品等成品的可接受测试参数和结果。这些标准可以确保进入供应链的材料和产品表现出可预测的机械性能,而且不太可能在预期最终用途中失效。产品失效的成本和安全影响不容忽视,因此,建议企业投资高质量的精确测试设备,这有助于他们轻松测定其产品是否符合适用标准。

 


ASTM D638/ISO 527-2


ASTM D638ISO 527-2 是用于评估强化和非强化塑料拉伸性能的其中两个最常见标准。这些标准可以测量很多不同的拉伸性能,其中最常见的是抗拉强度拉伸模量伸长率泊松比
 
 


ASTM D412/ISO 37


ASTM D412ISO 37 是用于测定硫化(热固性)橡胶和热塑性弹性体拉伸性能的最常见的标准。此类化合物可用于制造各种产品,如轮胎、医用手套、O 形环。弹性体测试的主要测量参数包括极限伸长率拉伸形变
 


ASTM E8/ASTM A370/ISO 6892


ASTM E8ASTM A370ISO 6892 是用于金属和金属材料拉伸测试的重要标准。在金属测试中,测控方法是一个重要考量因素,为了得到准确的测试结果,需要全面了解十字头合规性应变控制
 
 



 



拉伸测试数据分析
了解材料的机械性能






通过测量材料或产品的张力,制造商可以获得完整的拉伸性能曲线图。绘制图表时,我们可以将这些数据绘制成应力-应变曲线,以展示材料对所施加的力的反应情况。虽然不同的标准需要测量不同的机械性能,但最重要的关注点通常是断裂或失效点、弹性模量屈服强度和应变。


拉伸测试数据 

 

极限抗拉强度

极限抗拉强度 (UTS) 是我们能测定的材料的最重要性能之一,这是试样在试验期间所能承受的最大应力。UTS 是否等同于试样的断裂强度,取决于该材料是脆性、韧性,还是兼具这两种性质。有时,在实验室测试时,某种材料具有韧性,但在将其投入使用并置于极端低温环境下时,该材料可能会表现出脆性。

胡克定律

对大多数材料而言,在测试初期,施加在试样上的力或载荷与其伸长率呈线性关系。在该线性区域内,曲线符合“胡克定律”,即应力与应变之比为常数,或胡克定律。E 是该线性区域内直线的斜率,其中应力 (σ) 与应变 (ε) 成正比,其比值被称为“弹性模量”或“杨氏模量。”

弹性模量

弹性模量是材料刚度的度量,仅适用于曲线的初始线性区域。在该线性区域内,可以从试样上移除施加的拉伸力,该材料将恢复至与载荷施加前完全一致的状态。当曲线不再呈线性变化,并且偏离这一直线关系时,胡克定律便不再适用,而该试样也会发生永久形变。我们将该点称为“弹性比例极限”。在拉伸测试中,从这一点开始,材料将随着载荷或力的进一步增加发生塑性变形。即使移除载荷,材料也不会恢复至最初无应力的状态。

屈服强度

材料的“屈服强度” 定义为:材料开始发生塑性变形时的应力 。

偏置方法

对某些材料而言(例如金属和塑料),我们不易判断 它们是否已偏离线性弹性区域。因此,我们可以使用偏置方法测定材料的屈服强度。该方法广泛应用于测定金属材料的屈服强度。根据 ASTM E8/E8M 标准测试金属材料时,通过应变的百分值(通常为 0.2%)来表示偏移量。弹性模量线平移“m”偏移量后 所得平移线 与应力-应变曲线部分的交点“r”对应的应力 (R) 就是由偏置方法 测定的屈服强度

备选模量

某些材料的拉伸曲线并没有清晰明确的 线性区域。在这种情况下,ASTM E111 提供了 用于测定材料模量的 以及杨氏模量的备选方法。这些备选模量为 割线模量切线模量

应变

我们还将能够发现试样在进行拉伸测试时产生的拉伸或伸长量。这可以表示为长度变化的绝对度量,或“应变”的相对度量。应变可以通过两种不同的方式表示,分别为“工程应变”和“真应变”。工程应变可能是描述应变最简单且最常用的方式。它是长度变化量与其初始长度间的比值工程应变公式真应变的描述方式也比较类似,但随着测试不断进行,真应变会根据试样的瞬时长度来描述应变,真应变公式其中 Li 为瞬时长度,L0 则为初始长度。

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