【干货】材料拉伸测试中的常见错误，你了解多少？
时间：2024-02-27 阅读：1174
作为材料力学性能测试的重要环节，拉伸测试在工业制造、材料研发等领域都占据着重要地位。然而，一些常见的错误会对测试结果准确性产生巨大影响，这些细节你都注意到了吗？
力传感器是拉伸测试中的关键组成部分，正确选择力传感器至关重要。一些常见错误包括：未校准力传感器、使用不适当量程的力传感器、力传感器老化导致失效等。
根据试样选择最合适的力传感器需要考虑以下因素：
1. 力传感器量程
基于您测试样品所需结果的最大和最小力值确定所需力传感器量程。如塑料样品，既要测拉伸强度，又要测模量，就要综合考虑这两个结果所处力值范围来选择合适的力传感器。
2. 精度及精度范围
力传感器的精度等级常见的有 0.5 级和 1 级。以 0.5 级为例，通常是指测量系统允许的最大误差在示值的 ±0.5% 范围内，而不是满量程的 ±0.5%，区分这一点很重要。
如 100N 力传感器，在测量 1N 力值时，示值的 ±0.5% 就是 ±0.005N 误差，而满量程的 ±0.5% 则是 ±0.5N 误差。
有了精度，并不代表整个量程全都是一个精度，一定是有下限的，这时候就要看精度范围。
以不同的 Instron 试验系统为例，6800 系列的力传感器可以从满量程到满量程的 1/1000 满足 0.5 级精度。
夹具是连接力传感器和试样的媒介。如何选择夹具将直接影响到拉伸测试的准确性和可靠性。从测试表观现象看，使用不合适的夹具或错误的操作出现的主要问题是打滑或断钳口。
试样打滑的显著表现是试样从夹具中脱出或曲线异常的力值波动。另外也可以通过测试前在接近夹持位置划线标记，看标记线是否有远离夹面，或试样夹持位置齿痕是否出现拖痕来判断。
判断试样是否打滑的两种检测方式
发现打滑时，先确认夹持试样时手动夹具是否拧紧，气动夹具气压是否足够大，试样夹持长度是否足够。
在操作没有问题的情况下，考虑夹具或夹面选择是否合适。例如金属板材应采用锯齿夹面而不是光滑的夹面测试，具有大变形量的橡胶采用自锁紧或气动夹具而不是手动平推夹具。
试样断钳口，顾名思义，就是断在夹持处。与打滑类似，需确认对试样的夹持压力是否过大，夹具或夹面选择是否合适等。
例如，进行绳线拉伸测试时，气压过大会导致断在钳口处，导致强度和伸长率偏低；薄膜测试，应当使用橡胶涂层夹面或线接触夹面，而不是锯齿夹面，以免损伤试样，导致薄膜过早失效。
载荷链的对中度可以简单理解为力传感器、夹具、转接头和试样的中心线是否在一条直线上。在拉伸测试中，如果载荷链的对中度性不好，会导致测试样品在加载过程中受到额外的偏斜力，受力不均匀，影响测试结果的真实性。
载荷链对中状态（左一：良好的对中度；右二：载荷链不在一个轴线上，试样弯曲）
试验开始前，应先检查并调整除试样以外的载荷链对中性。之后每次夹持试样时，注意试样几何中心与载荷链的加载轴线的一致性。可选择与试样夹持宽度接近的夹面宽度，或安装试样对中装置，以便定位与提高夹持重复性。
试样夹持状态
（左：试样夹偏；右：试样几何中心与载荷链的加载轴线的一致性）
试样宽度与夹面宽度接近的夹持状态
采用试样对中装置进行试样定位夹持
材料在拉伸测试过程中会发生变形，应变（变形量）测量常见的错误包括应变测量源选择错误、选择不适当的引伸计、引伸计安装不当、校准不准确等。
应变源的选择要基于试样的几何尺寸、变形量、所需测试结果。
比如要测塑料和金属的模量，采用横梁位移测量会导致模量结果偏低，这时需要兼顾试样标距，所需行程选择合适的引伸计。
对于长条形箔材、绳线等试样，则可采用横梁位移测量其伸长率。不论是采用横梁还是引伸计，在进行拉伸测试前，确保机架和引伸计经过计量非常重要。
同时，也要确保引伸计的正确安装。不宜太松，导致测试过程中引伸计打滑，或太紧，导致试样断在引伸计刀口处。
数据采样频率往往会被忽略。采样频率低，可能导致关键的测试数据丢失，影响结果的真实性，如未采集到真正的最大力，导致最大力结果偏低。采样频率过高，则会过度采样，造成数据冗余。
根据测试需求和材料特性选择合适的采样频率。一般规则为采用 50Hz 采样频率。但对于快速变化的值，应采用更高的采样频率记录数据。
不同采样频率的测试曲线
（左：低采样频率；右：高采样频率）
尺寸测量错误包括不测量实际试样尺寸、测量位置错误、测量工具错误和尺寸输入错误等。
做测试时，不应直接采用标准试样尺寸，而是实际测量，否则可能导致应力偏低或偏高。
不同的试样类型和尺寸范围，对尺寸测量装置的试验接触压力和精度要求不同。
一个试样往往要测量多个位置的尺寸进行平均或取最小值，在记录、计算和输入过程需多加注意，避免出错。建议采用自动尺寸测量装置，测量的尺寸自动输入软件并进行统计计算，避免操作错误的同时，提高测试效率。
自动尺寸测量装置
硬件没问题，不代表最终的结果就是对的。各类材料的相关标准对测试结果会有具体的定义和试验说明。
软件中的设置应基于这些定义和测试流程说明进行，如预加载，测试速率，计算类型的选择和具体参数设定等。
除了以上和试验系统相关的常见错误，试样制备、测试环境等也对拉伸测试有重要影响，需予以重视。
关注细节，才能更准确地获取材料的力学性能数据，为工业制造和科研提供可靠的支持。您还有哪些关于拉伸测试的问题或经验分享，欢迎在文末留言。