金属材料高温拉伸试验过程要点分析

拉伸性能是金属材料主要性能指标之一，其中屈服、抗拉强度等参数是金属材料最具代表性的力学性能指标，也是工程设计、机械设计中应力计算的重要依据。

影响金属材料高温拉伸试验结果准确性的因素很多，为了最大限度降低这些因素对试验结果的影响，我国于 1984 年发布了金属材料高温拉伸试验第 1 版国家标准。截至目前，先后共经历了 1995 年、2006 年和 2015 版三次修订，最新版标准更名为GB/T 228.2-2015《金属材料 拉伸试验 第 2 部分：高温试验方法》，代替 GB/T 4334-2006《金属材料 高温拉伸试验方法》。

尽管现行标准对试验方法进行了统一，然而要准确测量材料高温拉伸性能，除了要有质量可靠的试验机，还必须正确掌握试验方法，尽可能减少各种不利因素，一旦处理不当，就可能引入较大误差。

本文将从试验前准备、试验安装过程、温度控制及试验过程中一些易被忽视的细节等方面对金属材料高温拉伸试验过程进行了分析和讨论，旨在有效减小试验误差，确保试验数据的真实可靠。

1. 试验前准备

金属材料拉伸试验采用的标准试样是用样坯经机加工而成的，这一过程通常包括车、铣、刨、磨等过程。每一道机加工工序中均应控制好给进速度和冷却速度，以防止因受热或冷加工硬化而影响材料性能。

对于加工好的标准试样，首先要保证试样尺寸及粗糙度符合标准要求，这是保证试验结果准确性的基础。然后根据试样尺寸，确定并标记试样标距。

标记标距时，要考虑试样材料的特性：

• 如果材料是脆性的，需要用记号笔涂抹试样表面，然后轻轻划出标距线，选用的记标记笔涂料应确保所作的标记在高温试验后仍能清晰可见。
• 对于韧性材料，则需要在试样表面打点做标记，这样能够保证标记在高温受热后仍清晰可见。

2. 试验安装

2.1 试样装卡

在装卡试样之前，应先检查设备和夹具是否处于正常状态。试样装卡时最重要的是试样的对中性，试样的对中性直接影响试验结果。

如果拉伸试验机上、下夹头不能对中或者左右存在较大间隙，应借助设备的对中片对夹头进行调节或者采用垫片填充间隙。

• 对于圆棒试样，推荐用螺纹连接方式进行高温拉伸试验。
• 对于不同厚度板材试样，在没有适合的夹具工装时，建议采用垫片对间隙部分进行填充，以提高试样的对中性，防止出现偏向加载情况。

一旦出现加载力轴线与试样中心有较大偏离时，试样会承受一定程度的附加弯曲应力。同时，也可能会导致试验过程中试样打滑或非正常断裂。

2.2 热电偶安装

对于高温拉伸试验，温度传感器是温度监控系统的关键部件，其控制精度会直接影响试验结果。

目前，使用最广泛的 K 型热电偶，即由镍铬 - 镍硅两种合金通过焊接形成闭合回路，利用在高温环境下，两种材料之间存在特定的热电势差来测量温度。

K 型热电偶的使用温度范围为 -200℃—1300℃。依照标准要求，被测试试样表面要求安装热电偶，主要是用于实时监测试样表面的温度变化。热电偶测量端温度应保持恒定，偏差不应超过±0.5℃。

• 按照标准规定，当试样标距小于 50mm 时，应在试样平行长度的两端各绑一支热电偶；
• 当标距大于或等于 50mm 时，应在试样平行长度的两端和中间各绑一支热电偶。
• 捆绑两根热电偶时，将试样平行段分成 3 等份。
• 捆绑三根热电偶时，先在试样中间捆绑一根，另外两根分别捆绑在两侧。热电偶测量端应垂直于试样表面捆绑，并与试样表面有良好的接触，应避免炉壁热辐射对热电偶的影响。

2.3 引伸计安装

高温拉伸试验通常使用机械式陶瓷杆高温引伸计。引伸计应安装在试样的中间，刀口必须垂直于试样表面，引伸计的两根支杆要平行于试样且在同一条线上，最后再调节引伸计的标距，保证引伸计的标距准确。