拉力試驗機與萬能試驗機的現狀及其發展趨勢

梁穎

摘要：本文首先介紹了什么是拉力試驗機，然后介紹了拉力試驗機的應用與發展，最后介紹了材料試驗機行業的發展思路。

關鍵詞：拉力試驗機；萬能試驗機；現狀；發展趨勢

一、前言

工業生產中各種材料、零部件、構件以及整機或整個建筑物等都需要經過試驗才能確定它們的力學性能。拉力試驗機及萬能試驗機能夠很好地對材料進行檢測試驗。

二、什么是拉力試驗機

1、拉力試驗機拉伸試驗

是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法。利用拉伸試驗得到的數據可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其它拉伸性能指標。從高溫下進行的拉伸試驗可以得到蠕變數據。金屬拉伸試驗的步驟可參見ASTME-8標準。

2、拉力試驗機

測定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗，又稱抗拉試驗。它是材料機械性能試驗的基本方法之一，主要用于檢驗材料是否符合規定的標準和研究材料的性能。

3、拉力試驗機性能指標

拉伸試驗可測定材料的一系列強度指標和塑性指標。強度通常是指材料在外力作用下抵抗產生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。材料在承受拉伸載荷時，當載荷不增加而仍繼續發生明顯塑性變形的現象叫做屈服。產生屈服時的應力，稱屈服點或稱物理屈服強度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點，通常把材料產生的殘余塑性變形為0.2%時的應力值作為屈服強度，稱條件屈服極限或條件屈服強度，用σ0.2表示。材料在斷裂前所達到的最大應力值，稱抗拉強度或強度極限，用σb（帕）表示。

4、拉力試驗機塑性

是指金屬材料在載荷作用下產生塑性變形而不致破壞的能力，常用的塑性指標是延伸率和斷面收縮率。延伸率又叫伸長率，是指材料試樣受拉伸載荷折斷后，總伸長度同原始長度比值的百分數，用δ表示。斷面收縮率是指材料試樣在受拉伸載荷拉斷后，斷面縮小的面積同原截面面積比值的百分數，用ψ表示。

5、拉力試驗機曲線

條件屈服極限σ0.2、強度極限σb、伸長率δ和斷面收縮率ψ是拉伸試驗經常要測定的四項性能指標。此外還可測定材料的彈性模量E、比例極限σp、彈性極限σe等。

6、拉力試驗機試驗方法

拉伸試驗在材料試驗機上進行。試驗機有機械式、液壓式、電液或電子伺服式等型式。試樣型式可以是材料全截面的，也可以加工成圓形或矩形的標準試樣。鋼筋、線材等一些實物樣品一般不需要加工而保持其全截面進行試驗。試樣制備時應避免材料組織受冷、熱加工的影響，并保證一定的光潔度。

7、拉力試驗機試驗時

試驗機以規定的速率均勻地拉伸試樣，試驗機可自動繪制出拉伸曲線圖。對于低碳鋼等塑性好的材料，在試樣拉伸到屈服點時，測力指針有明顯的抖動，可分出上、下屈服點，在計算時，常取材料的δ和ψ，可將試驗斷裂后的試樣拼合，測量其伸長和斷面縮小面積從而計算出來。

三、拉力試驗機的應用與發展

拉力試驗機主要用于測試各種材料、半成品及成品的抗拉強度、抗壓強度及伸長量，可做剝離、撕裂、抗彎、抗折、壓縮等試驗，適合金屬、塑料、橡膠、紡織品、合成化學制品、電線電纜、皮革等行業使用。

拉力試驗機也稱電子拉力試驗機，又分為單柱拉力試驗機和雙柱拉力試驗機。其中萬能拉力試驗機的首要技術參數是最大試驗力，即測驗物體能接受多大的壓力才會變形或許碎裂，通常用公斤力來表明壓力，單位牛頓N、千牛KN（也有用“公斤KG、噸T、千帕KP”來表明的）。測驗規模通常是以最大試驗力為上限向下兼容。加壓設備通常選用液壓或氣壓加壓。

不同行業的原料抗壓強度不一樣，因而拉力試驗機的丈量規模也有所不一樣，盡管測驗規模是以最大試驗力為上限向下兼容，可是用大量程的設備去測驗抗壓需求很低的物體，試驗成果的精確度就難確保，就如同用用地秤去秤一粒冰糖，是無法讀出數據的。因而在選購拉力試驗機時需要先確定使用范圍。

相對于拉力試驗機，萬能拉力試驗機的應用領域也越來越廣泛，并且拉力試驗機在市場中的需求也不斷擴大，給拉力試驗機的發展帶來更為廣闊的發展前景。就目前拉力試驗機的發展前景來看，國內試驗機檢測設備的技術水平與國外的先進設備依然有著較大的差距，核心技術的不足，足以制約國內試驗機市場的發展。同時，我國目前已投入使用的高端試驗機中，仍然有相當一部分的一流設備還是依靠進口，這樣便使國內試驗機市場始終處于被動狀態，還無法徹底立足于國際試驗機市場。

因此，中國的萬能拉力試驗機若想立足于國際市場，企業自身必然要擁有核心的技術攻關團隊，目前許多新的領域已經越來越受到各行各業的重視，試驗機行業也開始參與到這些新的領域中來，目前一些新產業的發展成功推動了試驗機行業的發展，新領域的蓬勃發展不僅帶動了試驗機產能的增加，更迫切的是需要試驗機市場研發出更多的新型設備，以達到試驗機與新領域共同的開拓與發展，達到互利共贏。

四、材料試驗機行業的發展思路

由于試驗機夾具使用的特殊性，以及新材料的不斷出現，夾具的設計一直處在被動的局面。我們每天都會碰到新材料，需要設計新的夾具。我們只有總結過去的成功經驗，來順應新的發展趨勢。

對拉力試驗機夾具好壞的判定很難界定，由于夾具結構的特殊性，對一種夾具，有時我們很難確定它到底更適合那種試樣，通常從以下三點來判斷：1、夾具是否使用方便、安全；2、夾持是否可靠，不能有打滑現象；3、做試驗過程中，試樣斷點好。數據離散性小。（即試樣不斷鉗口、鉗口內、平行段或標距外）而有幾種類型的材料，有與本身的特性及適用的環境特殊，目前為止，解決的辦法并不多。

1、鋼絲、鋼絞線由于試樣硬度高，內部結構相對松散，在拉伸試驗過程中受力不均勻，夾持試樣的鉗口易磨損等原因，夾具一直未得到好的解決。過去是夾鋁箔來做，一次試驗就耗費四片鋁箔，浪費太大。現在采用了噴涂金剛砂的拉力試驗機夾具，打滑問題解決了，但斷口位置始終未能理想，10根試樣只能成功一半左右。

2、對于變形量大的材料由于變形過大，所以夾持困難，夾具的設計也是一個難點。

3、對于需要在高溫環境下做的試驗，夾具的要求也很高，既要耐高溫，又要不變形，體積要小，所以一般的試驗機廠家來說，也是很難搞定的事情。

4、對于批量大，高頻率的試驗來說，國外普遍采用全自動夾持，對于國內試驗機廠家來說，還是個待完善的新課題。

5、對于成品及半成品的檢測，需要的夾具則是五花八門，如何個性化滿足客戶要求，對所有試驗機廠家來說，都是一個挑戰。

五、結束語

拉力試驗機以及萬能試驗機能夠很好的檢測材料的各項性能，保證材料的質量。拉力試驗機以及萬能試驗機廣泛的應用于各行業，其未來的發展前景是需要符合社會發展需求的。

參考文獻：

[1]《國內外材料試驗機發展趨向匯編》

[2]《材料試驗機快報》

[3]《機械產品目錄》