八、高温拉伸实验
一、 实验目的：
1. 熟悉Q235钢材料在高温拉伸作用下的变形和断裂过程；
2. 熟悉Q235钢材料的拉伸断裂断口特征；
3. 学会测定材料的高温拉伸力学性能指标的方法；
4. 掌握所使用的实验设备及仪器的操作规程，并了解其结构特点及工作原理。
二、 实验仪器材料：
GLEEG-150D热模拟试验机、Q235圆形截面拉伸试样。
三、 实验原理：
高温拉伸试验通常是指温度恒定在100～1100℃范围内,规定加载速率,受载方式为单项的拉伸试验。温拉伸试验与常温拉伸相比,有许多相同的试验规律,如试验方法与拉伸图形相似;也有不少有区别的地方,如他们各项数值所代表的符号都不相同等.由于高温拉伸试验增加了一个温度参数,因此相应地有了温度控制和温度测量的内容.同时对试验过程和试样夹持装置也提出了特殊要求,在高温下有些力学性能指标会呈与室温不同的规律,如:超过一定的温度,碳钢的屈服强度变得不明显,从而难以测定.各种冶金元素对强度的影响随温度的不同而有所改变。
温度对材料力学性能的影响有：
1. 材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的持续作用下不断地发生变形）。
2. 材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小。
3. 材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚 至出现脆性断裂。
4. 与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应变下，材料内部的应力随时间降低的现象）。
温度和时间对断裂形式的影响为：
温度升高时，晶粒强度和晶界强度都要降低， 但由于晶界上原子排列不规则，扩散容易通过晶界进行，因此，晶界强度下降较快见图1。晶粒与晶界两者强度相等的温度称为“等强温度”TE。当材料在TE以上工作时，材料的断裂方式
由常见的穿晶断裂过渡到晶间断裂。
强度
强度E
(a)
温度E1E2温度(b)
图1 温度和变形速率对金属断裂路径的影响
（a）等强温度TE (b)变形速率对TE的影响
材料的TE不是固定不变的，变形速率对它有较大影响。因晶界强度对形变
速率敏感性要比晶粒大得多，因此TE随变形速度的增加而升高。
综上所述，材料在高温下的力学性能不能只简单地用常温下短时拉伸的应力-应变曲线来评定。还必须考虑温度与时间两个因素。
高温拉伸试样如图2所示：
图2 圆形截面拉伸试样
真应力-应变曲线可以完整反映材料受力-形的全过程.由图3可以看出,材料真应力2真应变存在着一个近似的幂指数关系,可以反映材料拉伸过程中的本构关系.整个真应力-真应变曲线可以分为3个阶段:弹性阶段、均匀变形阶段、不均匀变形阶段.弹性阶段可以得出材料的弹性模量.塑性变形的本构关系可以由后2个阶段获得.真应力-应变曲线有广泛的应用,例如分析事故原因;连铸中热轧边裂的分析。
真实应力δ/MPa
真实应变ε
图3 真应力-应变曲线
四、 实验步骤：
（1） 用游标卡尺测量标距两端及中间三个横截面处的直径，在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向测一次，取其平均值，用所得的三个平均值中最小的值来计算式样的横截面积A0。
（2） 先将拉伸式样安装在热模拟机上夹头内，再移动另一个夹头使其达到适当位置，并把时样下端夹紧。
（3） 将试样加热到所需温度，并保持温度不变。
（4） 开动实验机，预加少量载荷（其对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载回零点，以检查试验工作是否正常。
（5） 开动试验机，使之缓慢匀速地对试样进行加载，直至试样拉断后停机。
（6） 取下试样，将断裂试样的两端对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的长度L1，及断口（缩颈）处的直径d1，计算断口处横截面积A1，计算出延伸率δ 和强度极限σb。
（7） 根据试验机绘出的拉伸曲线（P-ΔL）曲线，确定材料的屈服极限σs和强度极限σb。