3.4 钢材拉伸试验
1．试验目的
测定钢材的力学性能，评定钢材质量。
2．试验依据
（1）《钢及钢产品力学性能试验取样位置和试样制备》（GB/T2975—1998）。
（2）《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228—2002）。
（3）《金属材料弯曲试验方法》（GB/T232—1999）。
3．试验环境
图3.5 钢筋拉伸试验机
试验一般在10～35℃的室温范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为（23±5）℃。
4．试验主要仪器设备
（1）试验机：应按照《拉力试验机的检验》（GB/T16825—1997）进行检测，并应为Ⅰ级或优于Ⅰ级准确度（图3.5）。
（2）引伸计：其准确度应符合《单轴试验用引伸计的标定》（GB/T12160—2002）的要求。
（3）试样尺寸的量具：按截面尺寸不同，选用不同精度的量具。
5．试验条件
（1）试验速率。除非产品标准另有规定，试验速率取决于材料特性并应符合《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228—2002）的规定。
（2）夹持方法。应使用楔形夹头、螺纹夹头、套环夹头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。
图3.6 不经机械加工的试样
a—直径；l0—标距长度；h1—（0.5～1）a; h—夹头长度
6．试验试样
可采用机加工试样或不经机加工的试样（图3.6）进行试验，钢筋试验一般采用不经机械加工的试样。试样的总长度取决于夹持方法，原则上Lt≥12d。试样原始标距与原始截面面积有L0=k
关系者称为比例试样。国际上使用的比例系数k的值为5.65（即L0=5.65=5
=5d）。原始标距应不小于15 mm。当试样横截面积太小，以至采用比例系数k为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值（优先采用11.3的值）或采用非比例试样。非比例试样的原始标距L0与其原始横截面面积S0无关。
7．试验步骤
（1）试样原始横截面面积S0的测定。
测量时建议按照表3.1选用量具和测量装置。应根据测量的试样原始尺寸计算原始横截面面积，并至少保留4位有效数字。
表3.1 量具或测量装置的分辨力 单位：mm
1）对于圆形横截面试样，应在标距的两端及中间3处两个相互垂直的方向测量直径，取其算术平均值，取用3处测得的最小横截面面积，按式（3.3）计算，即
式中 S0——试样的横截面面积，mm2；
d——试样的横截面直径，mm。
2）对于恒定横截面试样，可以根据测量的试样长度、试样质量和材料密度确定其原始横截面面积。试样长度的测量应准确到±0.5%，试样质量的测定应准确到±0.5%，密度应至少取3位有效数字。原始横截面面积按式（3.4）计算，即
式中 S0——试样的横截面面积，mm2；
m——试样的质量，g；
ρ——试样的密度，g/cm3；
Lt——试样的总长度，mm。
（2）试样原始标距L0的标记。
对于d≥3mm的钢筋，属于比例试样，其标距L0=5d。对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近5mm的倍数，中间数值向较大一方修约。原始标距的标记应准确到±1%。
试样原始标距应用小标记、细画线或细墨线标记，但不得用引起过早断裂的缺口作标记；也可以标记一系列套叠的原始标距；还可以在试样表面画一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。
（3）上屈服强度ReH和下屈服强度ReL的测定。
1）图解方法。试验时记录力-延伸曲线或力-位移曲线。从曲线图读取力首次下降前的最大力和不记初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力，将其分别除以试样原始横截面面积S0得到上屈服强度和下屈服强度。仲裁试验采用图解方法。
2）指针方法。试验时，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不记初始效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动指示的恒定力。将其分别除以试样原始横截面面积S0得到上屈服强度和下屈服强度。
可以使用自动装置（如微处理机等）或自动测试系统测定上屈服强度和下屈服强度，可以不绘制拉伸曲线图。
（4）断后伸长率A和断后总伸长率At的测定。
1）为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细配接在一起，使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。这对于小横截面试样和低伸长率试样尤为重要。应使用分辨力优于0.1mm的量具或测量装置测定断后标距Lu，准确到±0.25mm。
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1/3情况方为有效。但断后伸长率不小于规定值，不管断裂位置处于何处，测量均为有效。
断后伸长率按式（3.5）计算，即
2）移位法测定断后伸长率。当试样断裂处与最接近的标距标记的距离小于原始标距的1/3时，可以使用以下方法：
试样前，原始标距L0细分为N等分。试验后，以符号X表示断裂后试样短段的标距标记，以符号Y表示断裂试样长段的等分标记，此标记与断裂处的距离最接近于断裂处至标记X的距离。
如X与Y之间的分格数为n，按下述方法测定断后伸长率。
a．如N-n为偶数，如图3.7（a）所示，测量X与Y之间的距离和测量从Y至距离为
（N-n）个分格的Z标记之间的距离。按照式（3.6）计算断后伸长率，即
b．如N-n为奇数，如图3.7（b）所示，测量X与Y之间的距离，再测量从Y至距离分别为（N-n-1）和（N-n+1）个分格的Z′和Z″标记之间的距离。按照式（3.7）计算断后伸长率，即
图3.7 移位方法的图示说明
3）能用引伸计测定断裂延伸的试验机，引伸计标距Le应等于试样原始标距L0，无需标出试样原始标距的标记。以断裂时的总延伸作为伸长测量时，为了得到断后伸长率，应从总延伸中扣除弹性延伸部分。
原则上，断裂发生在引伸计标距以内方为有效，但当断后伸长率不小于规定值时，不管断裂位置位于何处，测量均为有效。
4）按照3）测定的断裂总延伸除以试样原始标距得到断裂总伸长率。
（5）抗拉强度Rm的检测。
对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从记录的力-延伸曲线或力-位移曲线图，或从测力度盘，读取过了屈服阶段之后的最大力；对于呈现无明显屈服（连续屈服）现象的金属材料，从记录的力-延伸曲线或力-位移曲线图，或从测力度盘，读取试验过程中的最大力Fm。最大力Fm除以试样原始横截面面积S0得到抗拉强度，见式（3.8），即
8．试验结果评定
（1）屈服点、抗拉强度、伸长率均应符合相应标准中规定的指标。
（2）做拉力检测的两根试件中，如有一根试件的屈服点、抗拉强度、伸长率3个指标中有一个指标不符合标准，即为拉力试验不合格，应取双倍试件重新测定；在第二次拉力试验中，如仍有一个指标不符合规定，不论这个指标在第一次试验中是否合格，拉力试验项目均定为不合格，表示该批钢筋为不合格品。
（3）检测出现下列情况之一时其试验结果无效，应重做同样数量试样的试验：
1）试样断裂在标距外或断在机械刻画的标距标记上，而且断后伸长率小于规定最小值。
2）试验期间设备发生故障，影响了试验结果。
3）操作不当，影响试验结果。
（4）试验后试样出现两个或两个以上的颈缩及显示出肉眼可见的冶金缺陷（如分层、气泡、夹渣、缩孔等），应在试验记录和报告中注明。
【例3.1】某工程从一批直径25mm的HRB335热轧钢筋中抽样，并截取两根钢筋进行拉伸试验，测得的结果如下：屈服下限荷载分别为171.0kN和172.8kN；抗拉极限荷载分别为260.0kN和262.0kN；原始标准距离为125mm，拉断后长度为147.5mm和149.0mm。试根据试验结果检查该批钢筋的拉伸性能是否合格？
解（1）钢筋试样屈服强度为
根据修约规则，计算结果在200～1000N/mm2时，修约的间隔为5N/mm2，则修约后有
ReL1=350N/mm2
ReL2=350N/mm2
（2）钢筋试样抗拉强度为
根据修约规则，计算结果在200～1000N/mm2时，修约的间隔为5N/mm2，则修约后有
ReL1=530N/mm2
ReL2=535N/mm2
（3）钢筋试样伸长率为
