GB_T228_1_2010中的拉伸试验速率及其控制.docx

标准化中的拉伸试验速率及其控制董 强，宰绍峰，孙建林，刘明（北京科技大学，北京 ；首钢京唐钢铁联合有限责任公司，唐山 ；北京首钢国际工程技术有限公司，北京 ；首钢总公司质量监督总站，北京 ）摘 要：阐 述 了 在 拉 伸 试 验 中 ，试 验 速 率 对 材 料 屈 服 性 能 表 现 出 规 律 性 的 影 响 。 我 国 历 次 拉 伸试 验 标 准 （）有关试验速率的理论规定都是以应变速率为标准 ，但 在 实 际 操 作 中 又 都 是 以 等 效 的 应 力 速 率 为 标 准 ；而 在 新 标 准 中 ，则 从 理 论 规 定 到 实 际 操 作 均 实 现 了 以应 变 速 率 为 标 准 的 方 法 。另外还讨论了拉伸试 验 速率的控制方法 ，以 及 试 验 速 率 控 制 与 试 验 设 备的 关 系 。关键词：拉 伸 试 验 标 准 ；拉 伸 试 验 速 率 ；屈 服 性 能 ；速 率 控 制中图分类号：文献标志码：文章编号：（） ， ， ， ， （，； ，；，；，）： （）， ， ， ：；在金属材料的拉伸试验中，试验速率对屈服性能的影响具有规律性。我国拉伸试验标准从 第一次制定至 ，共经历 了三次修订、四个版本，其中试验速率的控制在理论 规定上都是以应变速率为标准，而在实际操作中又 都是以等效的应力速率为标准。 年 月 日 开始实施的 金属材料 拉伸试 验 第部分：室温试验方法中，则从理论规定到实 际操作均实现了以应变速率为标准的方法，这是和 标准的靠近。 为了更好地贯彻宣传新标准，笔者着重讨论了试验速率对金属 材 料 拉 伸 性 能 的 影 响，以及历次拉伸试验标准对试验速率的规定及变 化，同时还讨论了试验速率的控制以及速率控制与 试验设备的关系。试验速率对拉伸性能的影响试验速率在 中 用 应 力 速 率、应变速率以及横梁分离速率来表示。试验速率对金属材拉伸性能影响的规律是：试 验速率增加，强度性能指标（如屈服强度和抗拉强度 等）趋向升高，延性性能指标（如断后伸长率和断面收稿日期：作者简介：董 强（），男，工程师，学士。 董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制收缩率等）趋向降低，但影响程度随试验材料的不同而不同；试验速率降低，其影响规律则反之。拉伸 试验速率对所测试材料性能的影响始终存在，在一 般拉伸试验所测试的屈服强度、抗拉强度以及断后 伸长率三大指标中，试验速率对屈服强度的影响较 大，对抗拉强度和断后伸长率的影响较小，这一点在 金 属 材 料 拉 伸 试 验 方 法 （公 制）资料性附录中有专项说明。 文献还对屈服 强度受试验速率的影响状况进行了详细地介绍：提 高屈服前的拉伸试验速率会使材料的上、下屈服强 度提高；在正常情况下具有单一平台下屈服强度的 材料，若提高 弹 性 应 力 速 率，可改变材料的屈服状 态，呈现出上、下屈服特性；若弹性状态的应力速率 非常低，亦会使具有上、下屈服特性的材料呈现出无 明显屈服现象，变不连续屈服为连续屈服状态；如在 屈服阶段应变速率增大，材料的下屈服强度会提高。由于试验速率对金属材料拉伸性能的影响关系 复杂，不同材料对试验速率的敏感程度各异，因而即 使是同一材料试验速率对拉伸试验所测试各个性能 指标的影响也不同。由于屈服性能对试验速率的敏 感性及影响程度均大于其他性能，因此在以下的论 述中将重点讨论试验速率对屈服性能的影响。通过试验可以清楚地反映试验速率对所测试拉 伸性能影响的实际情况。文献提供了可靠的 试验数据，现将有关内容摘录制成表。力速 率测试其下屈服 强 度 ，其 结 果 为 ，高低试验 速 率 的 结 果 相 差 ，并 表 现出较明显的规律性。文献介绍了日本在修订 金属 材料拉伸试验 方 法时所做的试验研究，在 应 力速率范围内研究试验速率对 冷轧、热轧钢板、厚板、高强钢及线材的屈服点（） 和偏 置 屈 服 强 度 （ ）的 影 响，得 到 在 应力速 率 范 围 内，对 上 述 屈 服 性 能 的 影响升高 ，而对铝则小于 。 附 录中转载了在修订：金属 材 料 室 温 拉 伸 试 验时，几 种 不 同钢材在规定的应变速率范围影响 的典型实例，影响量从 不 等。 随 着 应 变 速 率 的 增加，的测定结果也相应升高，大致呈线性关系。文献比较全面地介绍了试验速率影响所测试拉伸性能的试验资料，既有钢材、铝材在不同试验 速率下的应力应变曲线，又有不同试验速率对屈 服强度、抗拉强度及断后伸长率的影响图示，但遗憾 的是没有国内的试验资料。由于不同材料的拉伸性能受试验速率的影响程 度不同，因而目前还不能用一个统一的公式或数值 确定其影响关系。 通用的方法是通过试验，确定试 验速率对性能测定的不确度，以便指导生产实际。试验速率影响屈服性能的机理讨论表试验速率对拉伸性能影响的实例有些资料认为，拉伸试验进入屈服阶段后材料开始塑性变形。塑性变形程度与时间有关，试验速 率高则材料的塑性变形进展就会不充分，原因是开 动的滑移系统少且位错滑移困难，于是材料强度升 高；同时还认为试验速率增加时，消除材料塑性变形 硬化的回复过程会受阻，这也会使应力升高。 但这 种解释比较粗糙，有的观点也值得商榷，比如说试验 速率高影响回复，冷变形材料的回复是需要温度和 时间 的，一 个 的 标 准 拉 伸 试 样 拉 断 约 需 ，断口温度也就几十摄氏度，在屈服阶段上述 数值还 要 小，因 此 试 验 速 率 对 材 料 回 复 不 会 产 生影响。材料学有关试验速率对材料强度影响的解释既 简单又直观。材料学认为一切固体材料不同程度地 存在流变现象，即具有粘弹性。 所谓粘弹性，是 指材料不但具有弹性材料的一般特征，同时还具有 粘性流体 的 一 些 特 征。 理 想 弹 性 固 体 服 从 虎 克 定 影响的性能速率范围材料 螺纹钢筋 （）钢 （波动）低碳冷轧钢板热轧带钢 棒材 棒材变化不明显注：影响的性能为最高速率与最低速率所测试结果的差值。由表可见，屈服性能随试验速率的增大上升的明显，表现出较强的规律性。文献中的抗拉强 度随试验速率的变化也较大，但规律性不强，基本上 是在一定的范围内波动，因此该结果只能当作试验 的记实，暂无法进行技术分析。首钢于 年 在 一 支 的 螺 纹钢筋上截取 段，以 的应董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制律，应力正比于应变；理想粘性流体服从牛顿定律，即应力正比于应变速率。 这是两种极端的情况，实 际材料行为往往偏离这两个定律。 在外力作用下， 材料的应力可以同时依赖于应变和应变速率。金属 材料进入屈服阶段后，便呈现出典型的粘弹性特征。 因此试验速率不同，所测试得到材料的强度数值也 就有所差别。由于不同材料的粘弹性性态不相同， 因此即使是相同的试验速率，也不可能得出相同比 例的强度变化。不同材料的试验速率对屈服强度的 影响，只能依据试验测得的数值反映其对试验速率的敏感程度。拉伸试验标准对试验速率的规定及变化由于拉伸试验速率对材料的性能测试有影响，因此拉伸试验方法标准对拉伸试验速率均有量化的 规定。我国以往拉伸试验标准对试验速率的规定和变化我国以往拉伸试验标准 对试验速率 的有关要求见表。表我国历次拉伸试验标准有关试验速率的规定 标准号上屈服强度 规定强度 ，下屈服强度 抗拉强度 备注在达 到 或 前，可 用 任 何合适的速率过 屈 服 后 在 不 影 响 性 能 的情况下，生 产 检 验 允 许在屈服前采用 应 力 速 率 按 弹 性 模 量 大 于 选 取； 测 定 ，在 弹 性 范 围 内 不 得 超 过 本标准过 屈 服 后 （相当 ）（相当 ）（相当 ） 平行长 度 内 的 应 变速 率 在 在 弹 性 范 围 和 直 至 性能测 出 为 止 应 力 速 率 在 在弹性范 围 和 直 至 性能测出为止 应 力 速 率 在 过 屈 服 后； 如 受 试 验前按前述条件测试 应 力 速 率 在 ； 塑 性范围和直至 规 定 强 度 应在 弹 性 范 围 和 直 至 应 力 速 率 在 塑 性 范 围同 同 变速率注：）中有关试验速率的规定参考文献摘录；）表中 为原始标距， 平行长度。由表 可 见， 是 以 应 变 速 率为准的，但规定的较粗，速率以原始标距为基准值也 不太合理。当时国外有对屈服前载荷的增加，以每 分钟应力的增加不超过（相当于有关应力速率的规定只是范围上的变化，在试验操作上并无本质的差异。对试验速率的规定有两个特点，第一点是上屈 服 强 度、规 定 屈 服 强 度 （ ，或 ） 的规定， 即为）的试验速率为弹性范围直至性能测出为止，其应，相 当 。 由 于用应变控制速率很不方便，就用这一等效的应力速 率测试屈服性能。这也是 中关于 应力速率（不超过）规定的依据。 另 中 还 有 一 个 注 解，即 在 不 影 响 测试 性 能 的 情 况 下，生 产 检 验 允 许 采 用 （相 当 于 ）的 应力速率，这个速率均 在 和 的 应 力 速 率 要 求 范 围 内。 可 以 认 为，拉伸试验标准从 到 力速率范围应符合标准要求，这一规定很直观，便于操作；第二点是在测试下屈服强度时，在平行长度的 屈服区间应变速率在，这也 是 中测试下屈服强度的规定。 在 屈服阶段由于应力不增加，甚至下降，但试样变形还 在进行，因此不可能用应力速率的控制模式测试屈 服性能。但是有相当数量的试验机没有应变速率控 制功能，所以 和 又都有一个测试下屈服强度的规定，即通过调整屈 服开始前的应力速率在标准要求范围内，在屈服完董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制成之前不再调节试验机的控制。上述规定是基于英国的试验，该试验是通过调节屈服即将开始前的 应力速率不超标准规定的最大应力速率，即不超过 ，且 试 验 机 的 控 制 直 至 屈 服 阶 段 完 成 之前不再改变，以这样一种试样速率进入屈服阶段， 所引起的应变速率不超过 。 这正符 合 测试下屈服强度的应变速率要求。虽然已有用应变 速率控制的试验机，但需用引伸计或换算横梁位移 来控制应变，不如应力速率控制方便，因此生产检验 中均用应力速率控制模式来测试材料的屈服强度。从表还可以看到，拉伸试验标准的各次版本 对抗拉强度的试验速率要求变化不大，主要是以横 梁位移 控 制 的 应 变 速 率 模 式，而 且 与 的应变 速 率 相 当。 这 从实践的角度说 明了抗拉强度对试验速率的敏感性不大。拉伸试验时，不论施力大小，反映试验快慢的基 础量值是试样应变的变化。 因此，应变速率是拉伸 试验速 率 的 本 质 表 示 方 式。 和 对 应 变 速 率 都 有 规 定，但 都 没 能 得到实施。其主要原因是没有规定应变速率的具体 实施方法，其根本原因可能与我国的标准化政策有 关，过分强调标准版本的等效性。 等效采 用：，该 标 准 对 应 变 速 率 有 规 定，但没 有 实 施 方 法，所 以 也 如 此。再者就是对标准包括试验设备的研究较少，成 果不多，标准中有技术含量的规定或内容，基本上都 是引用国外的例证。国际拉伸试验标准在 年再一次进行 修 订方法 提出 了 两种不同类型 的 应 变 速 率 控 制模式。第一种是基于引伸计的反馈模式得到应变速 率，这种模式应用于均匀变形材料或处于均匀变形 性能的应变速率的控制。 这种控制速率的模式，可 以消除试验机柔度对速率的影响，也是最本质的控 制拉伸试验速率的模式。第二种是根据平行长度估 算的应变速率，即通过控制平行长度与需要的应变 速率相乘得到的横梁分离速率来实现，主要是针对 不连续屈服材料或不均匀变形性能的应变速率的控 制。这种情况是不可能用装夹在试样上的引伸计来 控制应变速率的，因为局部的塑性变形可能发生在 引伸计标记以外。 如果有一种引伸计，其标距可随 试样平行长度和试验机的夹口自由变化，用这类引 伸计控制拉伸应变速率最好，但这种引伸计目前还 没有。对于暂不能用引伸计控制应变速率的拉伸试 验，可以用第二种模式替代第一种模式。用横梁分离速率 控制试样的应变速率是一 种粗糙的方法：（） 式中 试样平行长度；设定的平 行 长 度 的 应 变 速 率，也 是 标准中规定的并希望在试样上达到的应 变速率。但在拉伸试验过程中，与实际试样上的应变速率并不一 致 ，特 别 是 在 弹 性 变 形 初 期，实 际 应变速率比低得多， 也明确指出这一现象，这是由于试验机的柔度造成的，目前所有试验机都会出现这种现象。 随着力值的增加，实 际应变速率逐渐增大，弹性变形阶段后期增加很快， 当进入不连续屈服材料的屈服阶段，实际应变速率并颁发，即 ：金 属 材 料拉 伸 试 验第部分：室温试验方法，该标准对应变速率既有规定，又有实 施 方 法。 我 国 拉 伸 试 验 新 标 准 也 完 成 了 修 订，并 于 年 月日 发 布， 年 月 日 实 施。 的 前 言 里 使 用 了 “本 部分 修改采用国际 标 准 ：（英 文 版）”的 文 字 说 明，这 可 能 是 我国标准化政策的一大变化。 有关试验速率的规定提出了两种试验速率的控 制方法：方 法 和 方 法 。 其 中，方 法 与 中的 试 验 速 率 控 制 方 法 基 本 相 同；方 法 即是： 中的 应 变速率控制方法， 也是以前拉伸试验标准未明确规定的试验速率控制 方法，以下重点讨论。反而大于。当材料进入均匀变形阶段，实际应变速率与设定的比较接近，文献通过试验清晰地反映出上述变化，如图所示，图中虚线为为横梁分离速率而设定的应变速率。横梁分离速率所依据的应变速率与实际拉伸试样的应变速率有一定的差异，但目前还没有更适宜的方法替代横梁分离速率的控制模式。 中 明 确 指 出，在 平 行 长 度 范 围 利 用 恒定的横梁分离速率并根据计算而得到的应变速率具有足够的准确度。 董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制情况下，相关标准（如产品标准等）可以对某些技术规定给出不同的试验速率控制方法或范围，对于试 验人员必须知道不同方法和选取条件在该范围内的 不确定度，以保证测试结果的同一性。作为生产单位的试验室，应全面认识试验速率 对性能测试的影响规律，严格按照标准规定的试验 速率控制方法和速率范围进行试验，通过测量不确 定度的量化评定，保证性能不合格的产品不出厂。（） 不连续屈服材料试验速率的选择和转换拉伸试验速率影响性能的测试结果，应根据测 试性能的项目，利用不同的试验设备，依据所测试性 能的速率要求，选择适宜的速率控制方法和转换方 式完成拉伸试验。 测定 抗拉 强 度 及屈服阶段以后的 速 率转 换在屈服阶段以后的拉伸试验过程中，应力与应 变之间不呈 比 例 关 系，因 此 不 能 用 应 力 速 率 控 制， 给出了具体的应变速率控制要 求，标准中的两种应变速率控制模式都可以使用，但 由于引伸计的型式不同，更多的情况是从保护引伸 计的角度出发，推荐使用横梁位移控制应变速率的 模式，这也是大生产拉伸试验中所使用的控制试验 速率的方法。应用横梁位移控制应变速率进行拉伸 试验需要注意以下几个问题。（）试验速率方式的转换材料处于连续屈服状态，测试规定强度（， 或 ）时必须装卡引伸计，当规定强度测试完毕后， 需将此状况量化转变为横梁分离速率控制。对于不连续屈服的材料，拉伸时在屈服阶段反 应上、下屈服强度，或仅反映出下屈服强度，上屈服 强度的位置和条件是固定的，而下屈服强度则不然， 在屈服阶段下屈服强度的条件是固定的，但位置不 固定。如果以屈服强度为转换速率方式信号，可能 会丢掉一些屈服阶段的信息资料，这就需要对屈服 阶段完成后的某种状况进行量化，再转换到横梁分 离速率控制模式。许多金属材料屈服结束时的伸长 率一般不超过，在这种状态拉伸时，试样平行长 度 的伸长量 ，因而可以以 作为 试验速率方式量化的转换点。 以 作为转换点有 一定的误差但不会影响下一步的性能测试，因此可 对不同材料的 加以统一，取其最大者（考虑试验 机柔度），作为该台试验机所测试材料试验速率控制 模式的通用转换条件。试样屈服前后，对试验速率的要求可以相差几（）连续屈服材料图横梁分离速度设定的与实际应变速率的比较 （） （） 给出了应变速率控制方法 可实施的具体操作方法。不少试验人员可能会感觉 不如应力速率控制方法方便，特别是横梁分离速率 控制模式，需要测试试样的平行长度，增大了拉伸试 验的工作量和不确定因素。 但是，笔者认为随着研 究的深入和科技的进步，应变速率控制方法将会成 为拉伸试验的主要速率控制方法，同时也会成为研 制拉力试验机的主攻方向。应变速率控制方法也将 会在以后的 拉 伸 试 验 标 准 修 订 中 不断加以讨论和 完善。试验速率的控制控制试验速率的目的拉伸试验速率对材料性能的测试有明确的不可 忽视的影响。以屈服性能为例，在标准规定的试验 速率范围内，对于同一材料可能会得产品合格或不 合格两种相反的结果。 试验速率高时，测出的性能 偏高，可能判为合格；试验速率低时，就可能判为不 合格。同样是执行标准却得到不同的试验结果，但 这是客观规律，而不是标准在制造矛盾。为了适应不同状况的需求，在技术条件允许的 董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制倍。如果屈服性能测试完成后急速提高横梁分离速率，则应力 应 变 曲 线 可 能 会 出 现 异 常，如 图 所 示。正常情况下曲线的 ， 段应由图中虚线相连， 但由于试验速 率 的 突 变，在 处 形 成 凸 起，凸 起 的 最高点 可 能 被 误 判 为 抗 拉 强 度。 指出，进行 应 变 速 率 控 制 模 式 转 换 时，不 应 在 应力应变曲线上引入不连续性，而歪曲抗拉强度 、最大 力 非 比 例 伸 长 率 和 最 大 力 总 伸 长 率 ，中的图清晰地反映了这 种现象。这种不连续效应可以通过降低转换速率来 减轻。在保证应力应变曲线连续性的前提 下，过 屈服阶段以后，一般在屈服性能到抗拉强度过程中 间之前将试验速率提高到所设定的数值，并在以后 予以保持，直至试验完毕。要实现这一过程，可用位移量或时间作为转换条件，分段逐渐升高试验速率。 具体实施办法可根据试验机软件的规定进行。但有 些钢种 屈 强 比 在 以 上，断 后 伸 长 率 较 低，如这类弹簧钢，断后伸长率在；航天用 的 钢，平 均 ， ，而断后伸长率也就在 ，这类材 料过屈服阶段后很快就会断裂，因而横梁分离速率 设定的不宜过高，升速也不宜过快。率时，就必须有试样平行长度的准确值。 如果这项工作由试验人员来测量，必然会影响到工作效率而 且也不易测准。因而最好能在试样制备完成后提供 试样平行长度的具体数值。对于机加工圆形标准拉伸试样，由于这类试样 的直径已经标准化，在一个生产单位基本上是一种 直径的试样，机加工可制备出统一的平行长度的试 样，并保证其偏差在 之内，这一要求不会增加 制样工序的难度。对于机加工矩形带肩试样，由于矩形试样基本 上都要求保留板带材的原始厚度，试样的厚度不同， 其原始标距和平行长度均不同，但一个生产单位的 板带材厚度一般会有一个范围，因而可按厚度分成 组，每组统一试样的平行长度，并在制样工序 中予以保证。对于各部分横截面尺寸相同的试样，其平行长度是试验夹持试样时两个钳口的距离，这个距离可 以测量。如果试验机可动横梁位置固定（可用活动 横梁标尺注明），两钳口距离也就是一个固定值。为 了工作方便也可对试样进行分组，每组试样对应一 种可动横梁位置，则这组试样就有一个统一的平行 长度。 测 试 屈 服 性 能 的 速 率 控 制对材料屈服性能的测试给 出了应变速率和应力速率两种速率控制方法，在实 际工作中应根据材料的特点以及所测试的性能选择 合适的速率控制方法。（）测试规定强度的应变速率控制测定规定 强 度 （， 或 ）都 需 要 在 试 样 上 安装引伸计，用引伸计的应变信号按要求控制拉伸 应变速率，直至性能测试完毕。 凡是需用引伸计测 试的性能项目，均可用该模式控制应变速率。 用引 伸计控制试验速率，可以消除试验机柔度的影响，试 验速率控制的准确性较高。（）测试屈服强度的应力速率控制 指 出，用 应 变 速 率 控 制 方 法测试上屈服强度需要在试样上安装引伸计，如果 材料处于不连续屈服状态，测试下屈服点又不能用 安装在试样上的引伸计来控制应变速率，原因是局 部的屈服可能出现在引伸计的标距之外，引伸计得 不到这部分的应变信息。这就需要用横梁分离速率 模式控制应变速率，但由于试验机柔度的影响，试样 上的实际应变速度与设定的应 变 速 率 之 间 会 存 在 图试验速率突变形成的拉伸曲线不连续性 对于金属制品用的线材，一般只需测定抗拉强度和断面收缩率，此种情况可用横梁分离速率控制 模式，按照标准规定的某一试验速率，完成整个拉伸 试验过程。（）试样平行长度与横梁分离速率的关系由于横梁分离速率等于试样平行长度乘以所估 算的（设定）应变速率，因此测量试样平行长度的精 确度对横梁分离速率有直接的影响。一般在加工拉 伸试样时只是保证试样平行长度的最小尺寸，并不 测量其具体数值。当应用横梁分离速率控制试验速董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制明显的差 异。 因 此，此 种 情 况 下 采 用 应 变 速 率 控制方法 来测 试材 料 的屈 服强度 既不方便也不很 准确。还给出了用应力速率控制 来测试屈服强度的方法。应力速率是间接控制拉伸 试样应变速率的方法，但从控制原理和试验结果上 均能完全满足对应变速率的要求。具有屈服现象的材料，在其拉伸曲线上都有明 显的弹性直线段。 在此区间可认为应力 与应变全自动拉伸试验设备的速率控制全自动拉伸试验设备的主要特点是所设定的速 率与施力系统形成闭环控制。根据事先设定的试验 速率方法或模式及具体的数值和速率转换点，编制 试验速率方案并输入计算机中，试验时人工不再对 试验机的运行予以操作。 使用这类试验机，需要读 懂其说明书，并对试验材料的特性有深刻的理解，才 能编制出符合实际特点的试验方案，并在实践中不 断地修正完善。试验设备的供货商也能编制出一些 通用的试验速率方案，但是用户应予以验证。之间符合虎克定律，对其求导得，半自动拉伸试验设备的速率控制这类试验设备的速率控制与施力系统没有形成 闭环，在拉伸试验过程中，必须由试验员人工操作施 力系统以满足所设定的试验速率要求。这种类型的 试验设备，在试验条件和过程的显示以及数据的处 理系统与自动拉伸试验设备相似，只是手动施力。半自动拉伸试验设备的速率控制易受人为因素 的干扰，操作者应有一定的经验。 但试样品种较单 一的试验室或对材料特性掌握得不太准确时用此类 设备较为方便。试验人员也可以用时间应力曲线 或时间位移曲线检查试验速率状况。即应力速率 与 应 变 速 率 之间也呈比例关 系，控制了应力速率就等于控制了应变速率，反之亦然。拉伸试验时在弹性极限到上屈服强度之间会发 生微观的塑性变形，应力与应变之间在理论上偏离 了虎克定律，在这个阶段内用较精密的仪器可测出 不大的应变量，但拉伸试样在此阶段并未出现塑性 变形的标志性现象吕德斯带。因此仍可用应力 速率按 虎克定 律 的型式表述应变 速 率。 基 于 此 指出，测试上屈服强度时，在弹 性范围和直至上屈服强度，只需要选取规定的应力 速率即符合拉伸试验速率要求。在拉伸过程的屈服阶段应力不增加，有时还会 下降，在表观上应力速率已不能反映试验速率的要 求了。但试样仍在变形，在什么条件下，这种变形是 多少，这就是文献中所述的英国试验研究结果： 只要屈服开始前的应力速率不超过标准规定的最大 速率进入屈服阶段，且试验机的控制在此阶段不再 改变，试验的应变速率就不会超过。 这 一研究结果给出了在一定条件下采用应力速率控制 方法测 试 下 屈 服 强 度 时 与 应 变 速 率 的 关 系，也 是 中规定的应力速率控制方法测 试下屈服强度的依据。通过应力速率控制方法测试 材料的屈服强度操作简单，并积累了大量的试验数 据，在实践上能够满足工程中对性能测试的要求。手动拉伸试验设备的速率控制人工手动操作的拉力试验机，在 世纪 年 代初期还是主要的拉伸试验设备，现在处于存量使 用状态。这类试验机仅有模拟力值显示装置，施力 和数据处理都要由人工进行，试验速率均由应力速 率换算的力值速率控制。力值速率的控制为拉伸全 过程或区间段所用的时间，但时间的掌握全凭试验 人员的 感 觉 和 经 验。 这种时间控制 方 法 在 美 标 和日标 的拉 伸试验方法中仍作为控制应力速率的方法之一。经 验较丰富的试验人员使用该类设备仍可满足试验速 率的控制要求。手动试验机控制试验速率不宜过高，以中下限 为宜，该类试验机在测试规定强度时不方便，须配置 专门的设施，操作也比较麻烦。 手动试验机在存量 使用中，目前一般用于比较典型的具有明显屈服阶 段的材料的拉伸性能测试。速率控制与试验设备的关系试验机行业和试验人员往往依据拉伸试验时，施力系统的操作形式和试验状况的显示及数据处理 情况，把万能材料试验机分为三类。 第一类为全自 动试验设备，引伸计可自动装卡或人工捆绑；第二类 为半自动试验设备，引伸计全部为人工装卡；第三类 为手动试验设备。这 种 分 类 很 粗 糙，也 不 专 业。 不 同类型的试验设备，其试验速率的控制也不相同。 试验速率的文件化对试验速率控制提供了两种方法，方法 中又有两种模式，在不同的方 法 或 模式中，试验速率的控制又分为弹性阶段、屈服阶段董 强 等 ：中 的 拉 伸 试 验 速 率 及 其 控 制和均匀变形三个阶段，在均匀变形阶段又可分为几个小的速率变化区段，如不计具体的速率选择，大约 有十多种试验速率的变化方式。如果由试验人员自 由选择试验速率必然会造成混乱。这就需要试验速 率的文件化管理。以前的拉伸试验标准对试验速率 规定的比较具体，虽然便于管理，但不便于拉伸试验 技术的发展和提高，试验速率的文件化管理在 中已有规定，在执行标准过程 中 应 予以遵守。在制定文件化试验速率的规定中，要注意对具 体试验速率的选择。一般的习惯是尽量选择高的试 验速率，以便于提高工作效率，但这是通用原则，在 拉伸试验过程中从开始施力拉伸至断裂，在大生产 中标准的 试样约需，屈服前的时间基本 占 ；截 面 尺 寸 为 的 板 状钢试样约需 ，屈服前时间接近；在 生产检验试验 室 平 均 拉 伸 一 个 试 样 约 需 ，这 个时间约占试验室从接收试样、复核尺寸、试验、登 记结果到出具试验报告整个时间的一半。如考虑制 样时间，那么由试验速率所占用的试验时间仅是很 少部分，工作效率需要通盘考虑，要在保障测试性能 稳定性和准确性的基础上选择适当的试验速率。参考文献：那宝魁钢铁材料质量检验实用手册北京：中国标准出版社，：，牟家寿，朱 波拉伸试验速度对屈服强度的影响及控 制重钢技术，（）：王大方，陈 浩金属拉伸试验应力速度对屈服强度的 影响计量与测试技术，（）：曾力拉伸试验速率对低碳钢力学性能的影响理 化检验物理分册，（）：张国庆，高文山，白宗奇拉伸试验对力学性能测定的 影响物理测试，（）：张卓室温拉伸试验过程中拉伸速度的控制物理 测试，