摘要：通过对拉伸试验数据进行分析比较，从拉伸试样、取样部位、试样尺寸几方面分析了试样与金属材料拉伸性能的关系。结果表明，试样形状、试样尺寸、制样原则、取样位置等不同程度地影响着金属材料的拉伸性能。在实际检测工作中应正确认识这些因素对拉伸试验结果的影响。
1、概述拉伸试验可以测定金属材料在单向静拉伸条件下的基本力学性能指标，如弹性模量、泊松比、屈服强度、规定塑性延伸强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、应变硬化指数和塑性应变比等。
力学性能试验是对金属材料的各种力学性能指标进行测定的一门实验学科，其测定的对象被称为试样。金属材料的力学性能指标是通过对试样进行试验获得的。所谓试样，就是经机加工或未经机加工后具有合格尺寸且满足试验要求状态的样坯。很多力学性能试验都带有破坏性，不可能将一批材料都作为试样进行试验来评价该材料的质量，而只能抽取一批材料中的一部分进行试验，根据试验的结果对这批材料的质量做出某种判断。因此，试样的真正意义在于它能代表所在的一批材料，这样，正确取样就成为了准确评定材料性能的重要环节。
笔者通过日常检测中大量拉伸试验数据进行分析比较，研究了试样加工与金属材料和紧固件拉伸性能的关系，以为实际拉伸试样的加工和提高拉伸试验精度提供参考。
2、拉伸试样试验表明，所用试样的形状和尺寸及加工质量对其性能测试结果有一定影响。为了测定金属材料或紧固件的拉伸性能，根据GB/T3098.1-2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》标准，并使金属材料拉伸试验的结果具有可比性与符合性，拉伸试样的取样和制作，应遵照金属材料力学及工艺性能取样规定，如产品标准或供需双方协议另有规定，应按其规定执行。
2.1试样的形状和尺寸
拉伸试样的形状与尺寸取决于被试验的金属材料产品的形状与尺寸，可以为板材试样、型材料试样、棒材试样、管材试样、线材试样及铸件试样等种类。紧固件中的螺栓、螺钉和螺柱都是棒材或线材制造，加工的形状为圆试样，可以进行机加工，也可以采用不经加工的原材料圆截面试样。
2.2 制样原则
以紧固件为例通常以实物零件直接试验，如螺栓楔负载拉力试验、保证载荷试验等可不经机加工而进行试验。但试样拉力试验检测项目：抗拉强度（Rm）、下屈服强度（ReL）或规定塑性延伸强度（Rp0.2）、断后伸长率（A）和断面收缩率（Z）则应进行机加工。取样部位、取样方向和取样数量是对紧固件性能试验结果影响较大的三个因素。应在外观及尺寸合格的长品上切取样坯，符合GB/T2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》规定，取样时应对抽样产品、材料、样坯及试样作出标记，以保证始终能识别取样的位置和方向。
切取试样的方法有很多，有冷剪法、火焰切割法、砂轮片切割法、机械加工法等。试样在机加工过程中要防止冷变形或受热而影响其力学性能，通常以切削加工为宜，进刀深度要适当，并充分冷却，特别是最后一道切削或磨削的深度不宜过大，以免影响性能。
另外，试样的尺寸和表面粗糙度应符合规定的要求，表面不应有显著的横向刀痕、磨痕或机械损伤、明显的淬火变形或裂纹，以及其他可见的冶金缺陷。
3、 取样位置以螺栓M42、M64为例，分别在其不同部位取纵向拉伸试样，测得的拉伸试验结果（均为8个试样的平均值）如表1所示。
表1 取样部位对拉伸试验结果的影响
由表1可见，在产品的不同部位取样，其拉伸性能存在差异。对于紧固件产品其中心处的抗拉强度，要低于其1/4直径处的抗拉强度。其中6.8级M42螺栓相差22 MPa，约为中心处抗拉强度的3.39%；6.8级M64螺栓相差19 MPa，约为中心处抗拉强度的3.25%。对于8.8级螺栓不同取样位置，其拉伸性能也存在差异。可见，取样部位对试验结果有着不可忽视的影响。
究其原因，由于金属材料在热加工及冷变形过程中，其化学成分、组织结构、冶金缺陷和加工变形分布不均，使得同一批、甚至同一产品的不同部位的力学性能出现差异。按照GB/2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》规定，一般圆钢拉伸试样随圆钢直径变化取样位置不同，φ≤25mm时，从1/2直径即中心处取样；25mm＜φ≤50mm时，在距圆截面表面12.5mm处取样；φ＞50mm时，在圆截面1/4直径处取样。
拉伸试样的位置与方向见图1。圆钢取拉伸样坯时，如试验机能力允许，应尽可能取全截面做拉伸试样，取样方向均为纵向取样。
图1拉伸试样的位置与方向
4、 试样尺寸圆形横截面拉伸试样的形状尺寸及编号如表2和图2所示。拉伸试验时，一般优先选用短比例试样，但要保证原始标距不小于15mm，否则，建议采用长比例试样或采用非比例试样。
表2 圆形横截面拉伸比例试样
图2 圆形横截面拉伸试样的形状尺寸
5、 结束语通过以上分析可以发现，拉伸试样的取样方向、取样位置、取样方法、试样形状、试样尺寸及试样制备方法等都有不同程度地影响着金属材料或紧固件的拉伸性能。因此，在实际检测工作中应正确认识这些因素对拉伸试验结果的影响，拉伸试验前应选择正确的取样部位和取样方向，加工成规定的圆截面试样，并避免样坯和试样在取样过程中受到热影响和加工硬化影响，同时应尽可能提高试样的加工精度。
作者简介
张先鸣 1954年生 金属材料热处理高级工程师。
曾在国企、民企长期从事金属材料及金相热处理工艺研究；尤其擅长紧固件、齿轮和弹簧等基础件的技术工作，对新材料、新工艺开发运用有一定经验，在国家级、省级专业杂志发表论文100余篇，有多项成果获省级技术成果三等奖，是金蜘蛛紧固件网特聘顾问专家。现在冷水江天宝实业有限公司任职。
本文摘选自《MTS通讯》
