尺寸和速率对钢材拉伸性能影响的试验研究

材料基本力学性能试验—拉伸和弯曲一、实验原理拉伸实验原理拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉至断裂为止，通过记录的力——位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。

对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图1所示，图1金属试样拉伸示意图则样品中的应力为其中A为样品横截面的面积。

应变定义为其中△l是试样拉伸变形的长度。

典型的金属拉伸实验曲线见图2所示。

图3金属拉伸的四个阶段典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图3(a)-(d)所示。

直线部分的斜率E就是杨氏模量、σs点是屈服点。

金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩现象，接着产生强化后最终断裂。

弯曲实验原理可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实验结果测定材料弯曲力学性能。

为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。

三点弯曲的示意图如图4所示。

图4三点弯曲试验示意图据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C点的总挠度和力F之间的关系是其中I为试样截面的惯性矩，E为杨氏模量。

弯曲弹性模量的测定将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施加横向力对样品进行弯曲，对于矩形截面的试样，具体符号及弯曲示意如图5所示。

对试样施加相当于σpb0.01。

(或σrb0.01)的10％以下的预弯应力F。

并记录此力和跨中点处的挠度，然后对试样连续施加弯曲力，直至相应于σpb0.01(或σrb0.01)的50％。

记录弯曲力的增量DF和相应挠度的增量Df,则弯曲弹性模量为对于矩形横截面试样，横截面的惯性矩I为其中b、h分别是试样横截面的宽度和高度。

也可用自动方法连续记录弯曲力——挠度曲线至超过相应的σpb0.01(或σrb0.01)的弯曲力。

宜使曲线弹性直线段与力轴的夹角不小于40o,弹性直线段的高度应超过力轴量程的3/5。

在曲线图上确定最佳弹性直线段，读取该直线段的弯曲力增量和相应的挠度增量，见图6所示。

然后利用式(4)计算弯曲弹性模量。

二、试样要求1.拉伸实验对厚、薄板材，一般采用矩形试样，其宽度根据产品厚度(通常为0.10-25mm)，采用10,12.5,15,20,25和30mm六种比例试样，尽可能采用lo =5.65（F）0.5的短比例试样。

钢材力学性能工艺性能试验实施细则一、检测依据：金属材料拉伸试验方法GB/T228-2002金属弯曲试验方法GB/T232-1999二、评定标准：热轧光圆钢筋GB13013-1991热轧带肋钢筋GB1499-1998低碳热轧圆盘条GB/T701-1997冷轧带肋钢筋GB13788-2000冷轧扭钢筋JC 3046-1998三、试验目的：用拉伸力将试样拉至断裂测定其力学性能。

四、适用范围：适用于金属材料室温拉伸性能的测定。

五、仪器设备：1、试验机能满足标准测定力学性能的要求。

（1）WA-100KN液压万能试验机测量范围0~100KNWA-1000KN液压万能试验机测量范围0~1000KN（2）试验机测力示值误差不大于±1﹪。

（5）试验机及其夹持装置应保证试样轴向受力。

（6）加卸荷平稳。

（7）试验机应备有调速指示装置，试验时能在标准规定的速度范围内灵活调节。

2、根据试样尺寸测量精度的要求选用相应精度的量具或仪器，（1）游标卡尺：0~100mm ，精确度0.02 mm（2）钢板尺：0～25 mm，精确度1 mm（3）打标机。

满标法标点间距1cm。

3、试验机及测量工具或仪器必须由计量部门定期检定。

六、钢筋力学性能、工艺性能试验的取样和数量（一）数量规定：1、按批进行检查和验收。

每批由同一厂家、同一炉罐号、同一牌号、同一规格、同一交货批、同一进场时间的钢筋组成。

2、热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋、低碳热轧圆盘条每60t为一批，不足60t仍按一批计。

每批取试样一组。

3、冷轧带肋钢筋每批不大于60t，每批取试样一组。

4、冷轧扭钢筋验收批由同一牌号、同一规格尺寸、同一台轧机、同一台班的钢筋组成，每批不大于10t，不足10 t按一批计。

每组力学性能、工艺性能试件数量：钢筋种类试件数量拉伸试验弯曲试验热轧带肋钢筋2个2个热轧光圆钢筋2个2个低碳热轧圆盘条1个2个冷轧带肋钢筋每盘1个每批2个冷轧扭钢筋每批2个每批1个(二) 取样规定：1、凡取2个试件的（低碳热轧圆盘条冷弯试件除外）均从任意两根（或两盘）中分别切取，即在每根钢筋上切取一个拉伸试件，一个弯曲试件。

6g坊Sichuan Building Materials 第47卷第1期2021年1月Vol.47,No.lJanuary,2021钢筋拉伸试验及相关指标计算解析曹学禹，刘阳(河南交通职业技术学院，河南郑州450000)摘要:钢筋拉伸试验在土木工程建设领域有着非常重要的地位,通过该试验可以测得钢筋的力学性能指标，进而评定钢筋的质量。

钢筋拉伸试验涉及的标准较多，且各个标准中条款互相制约，有些专业术语又较难理解，很多试验检测人员看得是云里雾里,针对这一现象,从钢筋的类别和牌号，到钢筋的取样数量、原始标距、取样长度、拉伸速率等问题，进行了详细的论述,并以公称直径为20mm的HRB400钢筋为例，讲解了钢筋力学性能指标的计算操作过程。

关键词:钢筋;拉伸试验;指标计算中图分类号:TU502文献标志码:A文章编号:1672-4011(2021)01-0018-03DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2021.01.0090前言在钢筋混凝土结构中,钢筋是应用最广泛的材料之一，检验钢筋的力学性能，拉伸试验是必做的试验项目。

目前钢筋拉伸试验检验标准是《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》(GB/T228.1-2010)。

通过该方法，可以测出钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最大力总延伸率等参数。

钢筋拉伸试验从取样长度、原始标距、拉伸速率以及各个技术指标的计算,需要注意方方面面的问题非常多,规范中有很多专业术语，对于检测人员，尤其是初学者，理解起来有一定的难度，针对这些问题，本文通过实例逐一阐述。

1钢筋的类别和牌号从外观形状上，常见的钢筋有圆钢和螺纹钢(也就是通常所说的带肋钢筋)；从生产工艺上分,有热轧生产和冷轧生产。

热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，由低碳钢和普通合金钢在高温状态下压制而成，主要用于钢筋混凝土和预应力混凝土结构的配筋,是土木建筑工程中使用量最大的钢材品种之一。

建筑工程常用钢材的伸长率试验和弯曲试验的方法一、钢筋伸长率试验(一)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)。

(二)一般规定(1)同一截面尺寸和同一炉号组成的钢筋分批验收时，每批质量不大于60t。

(2)钢筋应有出厂证明书或试验报告单。

验收时应抽样做机械性能试验，包括拉伸试验和冷弯试验两个项目。

两个项目中如有一个项目不合格，该批钢筋即为不合格品。

(3)钢筋在使用中如有脆断、焊接性能不良或机械性能显著不正常时，应进行化学成分分析，或其他专项试验。

(4)取样方法和结果评定规定，自每批钢筋中任意抽取两根，于每根距端部50mm处各取一套试样(两根试件)，在每套试样中取一根做拉伸试验，另一根做冷弯试验。

在拉伸试验的两根试件中，如其中一根试件的屈服强度、抗拉强度和伸长率三个指标中有一个达不到标准中规定的数值，应再抽取双倍(4根)钢筋，制取双倍(4根)试件重做试验，如仍有一根试件的一个指标达不到标准要求，则不论这个指标在第一次试验中是否达到指标要求，拉伸试验项目也不合格。

在冷弯试验中，如有一根试件不符合标准要求，应同样抽取双倍钢筋，制成双倍试件重做试验，如仍有一根试件不符合标准要求，冷弯试验项目即为不合格。

(5)试验一般在10〜35°C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)C。

(三)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.主要仪器设备(1)试验机。

应按照《拉力试验机的检验》(GB/T16825—1997)进行检验，并应为I级或优于I级准确度。

(2)引伸计。

其准确度应符合《单轴试验引伸计的标定》(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。

金属的拉伸实验和压缩实验方法2008-9-4一）、金属的拉伸实验和压缩实验金属的拉伸实验和压缩实验大纲1．通过低碳钢的拉伸实验，测定低碳钢的比例极限σP ，屈服极限σS ，强度极限σb，延伸率δ，截面收缩率ψ和弹性模量E，并绘出低碳钢的应力—应变曲线，从而了解塑性材料的基本力学性能。

2．通过铸铁的拉伸实验，测定强度极限σb，绘制出铸铁拉伸时的拉伸曲线，理解铸铁拉伸时的破坏性质．3．通过铸铁和低碳钢的压缩实验，测定铸铁的强度极限σb，比较铸铁和低碳钢压缩时变形和破坏现象，进一步了解塑性材料和脆性材料的力学性能。

4. 通过金属的拉伸和压缩实验，使学生对材料（金属和非金属材料）的力学性能的测试方法有一个初步的认识。

5. 主要设备：材料试验机；主要耗材：低碳钢和铸铁拉伸试样，每次实验消耗各1根。

低碳钢和铸铁压缩试样，每次实验消耗各1根。

金属的拉伸实验指导书一、概述常温、静载下的轴向拉伸试验是材料力学试验中最基本、应用最广泛的试验。

通过拉伸试验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。

这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有及其重要的作用。

二、实验目的1、测定低碳钢的屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后延伸率A11.3和断面收缩率Z2、测定铸铁的抗拉强度Rm3、观察上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（F─曲线）4、分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征三、实验设备及测量仪器1、万能材料试验机2、游标卡尺四、试样的制备试样的制备应按照相关的产品标准或GB/T2975的要求切取样坯和制备试样。

试验表明，所用试样的形状和尺寸，对其性能测试结果有一定影响。

为了使金属材料拉伸试验的结果具有可比性与符合性，国家已制定统一标准。

依据此标准，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种，试样的横截面形状有圆形和矩形。

这两种试样便于机加工，也便于尺寸的测量和夹具的设计。

力学性能测试中各因素的影响金属力学性能试验方法是检测和评定金属材料产品质量的重要手段之一。

其中拉伸试验则是应用最广泛的力学性能试验方法。

拉伸试验过程中的各项强度和塑性性能指标是反映金属材料力学性能的重要参数。

结合国家标准、工作中出现的问题及查阅相关资料，现对影响拉伸试验结果准确度的因素，如试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、夹持器具及周围环境等做一次总结。

1样品的制备1. 1样品制备对拉伸曲线和测试数据有影响样品制备是很关键，准确的制样是获得准确实验数据的前提，GB /T2975 – 1998和GB/T 228.1-2010对试样的取材、形状、尺寸、加工精度和方法等都作了统一的规定。

实际工作中，对于板材和管材的试样是平板和圆管弧板带肩试样，一是制样时一般采用铣削加工，在过渡圆处会停止进刀，如果最后一刀给尽量较大，在加工抗力的作用下，使平行段铣削时就有较多的让刀，到达过渡圆弧与平行段衔接处的截面积减小;二是过渡圆有应力集中的影响，拉伸中试样的标距外部分先进入屈服状态。

对于圆管弧板带肩试样在夹紧时，展平夹紧部分使得试样产生弯曲应力，其最大值集中在过渡圆处，拉伸时也会产生曲线异常的现象，会影响测试数据。

1. 2样品制备要求首先，根据要检验样品，按GB /T228.1 - 2010制备标准样品。

国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验的手段和方法以及数据的处理等都作了统一的规定。

其次，对破坏性试验，如材料强度指标的测定，考虑到材料质地的不均匀性，为使实验结果能相互比较，获得准确可靠的数据，应制备多个试样，得出材料的性能指标，然后综合评定结果，对非破坏性试验，试样弹性模量、变形量等的测定，因为要借助于变形放大仪表，为减小测量系统引入的误差，一般也要采用多次重复，然后综合评定结果。

第三，样品制备时，应尽量使过渡圆衔接处面积相等，提高加工精度，修磨光滑，不要有加工刀痕，减小应力集中，以减少试验结果误差。

精心整理金属拉伸试验应该注意的几个问题引伸计如果需要做σ0.2，就需要引伸计。

一般结构钢机械性能试验不用引伸计。

引伸计一般用于屈服强度台阶不明显的材料。

不要引伸计的拉伸曲线，是把标距以外的变形等干扰都包含进曲线了。

试验的可靠性或称准确性值得商榷。

用引伸计才是最准确的。

引申计的量程小，一般用在屈服和屈服之前使用，如在屈服后继续使用，会损坏引申计，引申计用来测量弹性模量，如用一般的差动编码器测量，计算结果会和真实的弹性模量差一个数量级，由标距造成的，引伸计在测量中精的量为，应为6—60度。

”。

这里面有一个很关键的问题，就是应力速度与应变速度的切换点的问题。

最好是在弹性段结束的点进行应:力速度到应变速度的切换。

在切换的过程中要保证没有冲击、没有掉力。

这是拉力试验机的一个非常关键的技术。

其次是引伸计的装夹、跟踪与取下来的时机。

对于钢材的拉伸的试验，如果要求取最大力下的总伸长（Agt ），那么引伸计就必须跟踪到最大力以后再取下。

对于薄板等拉断后冲击不大的试样，引伸计可以直接跟踪到试样断裂；但是对于拉力较大的试样，最好的办法是试验机拉伸到最大力以后开始保持横梁位置不动，等取下引伸计以后在把试样拉断。

有的夹具在夹紧试样的时候会产生一个初始力，一定要把初始力消除以后再夹持引伸计，这样引伸计夹持的标距才是试样在自由状态下的原始标距。

能够这么做试验的试验机不多，请您在选购和使用的时候注意这几点。

任何的材料在受到外力作用时都会产生变形。

在受力的初始阶段，一般来说这种变形与受到的外力基本成线性的比例关系，这时若外力消失，材料的变形也将消失，恢复原状，这一阶段通常称为弹性阶段，物理学中的虎克定律，就是描述这一特性的基本定律。

但当外力增大到一定程度后，变形与受到的外力将不再成线性比例关系，这时当外力消失后，材料的变形将不能完全消失，外型尺寸将不能完全恢复到原状，这一阶段称为塑性变形阶段。

由于材料种类繁多，性能差异很大，弹性阶段与塑性阶段的过渡情况很复杂，通过和残余应力等指标作为材料弹性阶段与塑性阶段的转折点的指标来反应材料的过渡过程的性能，其中屈服点与非比例应力是最常用的指标。

13、钢拉伸试验要步骤和操作要点钢拉伸试验是一种常用的材料力学测试方法，通过对钢材进行拉伸加载来研究其力学性能。

本文将介绍钢拉伸试验的步骤和操作要点。

一、试验步骤1. 样品准备：根据试验要求，选择合适的钢材样品进行准备。

样品的形状和尺寸应符合相关标准或试验方法的要求。

通常采用圆柱形样品，直径和长度应满足试验标准的规定。

2. 安装样品：将样品装入拉伸试验机的夹具中，确保样品的中心线与试验机的加载轴线一致。

夹具的选择应考虑到样品的形状和尺寸，以及试验方法的要求。

3. 调节试验参数：根据试验要求和试样的材料特性，设置试验机的加载速度、试验温度等参数。

加载速度应根据试样的材料和试验目的进行选择，一般在标准范围内进行。

4. 开始试验：启动试验机，使其施加拉伸力于样品上。

试验机会记录并显示试验过程中的力和位移数据，以便后续分析和计算。

5. 数据记录：在试验过程中，及时记录试验机的力和位移数据，并根据试验要求进行标记和编号。

这些数据将用于后续的力学性能分析和计算。

6. 试验结束：当试验机施加的拉伸力达到要求或试样发生破断时，试验结束。

停止试验机的加载，记录最终的力和位移数据，并将试样取下。

二、操作要点1. 样品的准备应仔细进行，确保其尺寸和形状符合试验要求。

在切割样品时要避免产生划痕或缺口，以免影响试验结果。

2. 在安装样品时，要保证样品的中心线与试验机的加载轴线一致。

夹具的选择应合理，夹紧力要适中，以免导致样品滑动或变形。

3. 在调节试验参数时，要根据试样的材料特性和试验目的进行选择。

加载速度要控制在合理范围内，过快或过慢都可能导致试验结果不准确。

4. 在试验过程中，要及时记录试验机的力和位移数据。

力的记录应准确无误，位移的记录可以使用试验机的自动记录功能或手动记录方式。

5. 在试验结束后，要及时停止试验机的加载，并记录最终的力和位移数据。

试样的破断位置应予以标记，以备后续的断口形貌分析。

6. 在整个试验过程中，要注意安全操作，避免发生意外事故。

国家标准执行金属材料拉伸实验一、钢材试验标准：1、GB/T 228-87 金属材料室温，拉伸试验方法。

2、GB/T 228-2002金属材料室温，拉伸试验方法。

3、新旧标准性能名称对照4、新旧标准断后伸长率表示方法对照：结果数值修约间隔变化二、试样的横截面形状和尺寸：相关产品标准或协议根据产品的形状和尺寸,可按标准中附录A～D 所规定试样的形状和尺寸。

特殊产品可以规定其它不同的试样，试样横截面的形状一般可为圆形、矩形、弧形和环形,特殊情况可以为其它形状。

标准中的附录A～D 按照产品的形状规定了主要的试样类型。

三、试样原始标距( Lo)：1、试样标距分为比例标距和非比例标距两种,因而有比例试样和非比例试样之分。

2、凡试样标距与试样原始横截面积有以下关系的,称为比例标距,试样称为比例试样下:式中k ———比例系数 5.65So ———原始横截面积3、非比例标距(也称定标距)，与试样原始横截面积不存在式(1) 的关系。

4、如果采用比例试样,应采用比例系数5、k=5. 65 的值,因为此值为国际通用,除非采用此比例系数时不满足最小标距15mm 的要求。

6、在必须采用其他比例系数的情况下,7、k = 11. 3 的值为优先采用。

8、产品标准或协议可以规定采用非比例标距。

9、不同的标距对试样的断后伸长率的测定影响明显。

三、对试验机和引伸计的要求1、试验机应符合GB/ T16825 - 1997 规定的准确度级,并按照该标准要求检验。

2、测定各强度性能均应采用1 级或优于1 级准确度的试验机。

3、引伸计是测延伸用的仪器。

应把引伸计看成是一个测量系统(包括位移传感器、记录器和显示器) 。

4、引伸计应符合GB/ T12160 - 2002 规定的准确度级,并按照该标准要求定期进行检验。

四、原始横截面积的测量和计算值1、测量部位和方法(1) 对于圆形横截面的试样,在其标距的两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径,取其平均直径计算面积,取三处测得的最小值为试样的原始横截面积2、原始横截面积的计算值因为原始横截面积数值是中间数据,不是试验结果数据,所以,如果必须要计算出原始横截面积的值时,其值至少保留4 位有效数字。

热轧工艺参数对钢材拉伸性能的影响及优化热轧工艺参数是指在钢材热轧过程中对温度、变形量、变形速度等参数的控制。

这些参数的变化会直接影响钢材的拉伸性能，包括强度、塑性和韧性等指标。

合理的工艺参数可以优化钢材的拉伸性能，提高产品质量。

首先，温度是影响钢材拉伸性能的关键参数之一。

温度的高低会直接影响到钢材内部组织的形成和演变过程。

较高的温度可以使钢材的晶界迁移活跃，晶粒得到细化，结构更加致密，从而提高钢材的塑性。

另一方面，较高的温度还可以降低钢材的流动应力，减小变形抗力，从而降低工艺性能，提高钢材的延展性。

但是，温度过高会使钢材出现过烧、焦炭、氧化层等问题，降低产品质量。

因此，在实际生产中，需要根据不同钢牌和产品要求，合理控制热轧温度，以达到最佳的拉伸性能。

其次，变形量和变形速度也是影响钢材拉伸性能的重要参数。

较大的变形量和变形速度会使钢材的晶粒细化，结构均匀，从而提高钢材的塑性和强度。

特别是在垂直轧制过程中，变形量和变形速度的控制可以使晶粒得到更多的细化机会，进一步提高钢材的塑性和韧性。

此外，变形量和变形速度还会对钢坯的变形应力和温度分布产生影响。

较大的变形量和变形速度会增加变形应力，降低变形温度，从而改善钢材的延展性。

但是，较大的变形量和变形速度也会增加钢材的硬化程度，使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。

因此，在实际生产中，需要结合钢材的牌号和产品要求，合理选择变形量和变形速度，以优化钢材的拉伸性能。

最后，辊系布置和辊缝控制也是影响钢材拉伸性能的关键因素。

辊系布置的合理性可以使钢材的内应力得到有效控制，减少晶粒的形变和杂质的浸润，从而提高钢材的塑性和韧性。

辊缝控制的准确性可以保证钢材在热轧过程中的均匀变形，避免不均匀应力和温度分布，从而提高钢材的延展性和强度。

综上所述，热轧工艺参数对钢材拉伸性能有着重要的影响。

合理的温度、变形量、变形速度、辊系布置和辊缝控制可以优化钢材的拉伸性能，提高产品质量。

在实际生产中，需要结合钢材的牌号和产品要求，科学设计和调整热轧工艺参数，以满足市场需求，提高钢材的竞争力。