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

对于航空发动机、压力容器、核电设备、热力管道等高温环境下使用的金属材料，高温拉伸性能数据是最基本、最必要的考核数据。

影响金属材料高温拉伸试验结果准确性的因素很多。 为了尽量减少这些因素对试验结果的影响，我国于1984年发布了第一版金属材料高温拉伸试验国家标准，至今已经历了1995年、2006年和2015.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》。

虽然现行标准统一了试验方法，但要准确测定材料的高温拉伸性能，除了要有可靠的试验机外，还需要正确掌握试验方法，尽量减少各种不利因素。 引入大的错误。

本文将从试验前准备、试验安装过程、温度控制以及试验过程中容易忽略的一些细节等方面对金属材料的高温拉伸试验过程进行分析和探讨，以期有效减少试验误差并确保测试数据真实可靠。

考前准备

金属材料拉伸试验用的标准试样是用试样毛坯加工而成。 这一工序通常包括车、铣、刨、磨等工序。 在每个加工过程中，应控制好进给速度和冷却速度，以防止材料性能受到热或冷加工硬化的影响。

对于加工后的标准样品，首先要保证样品的尺寸和粗糙度符合标准要求，这是保证检测结果准确的基础。 然后根据试样的尺寸确定并标出试样的标距。

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标记标距时拉伸试验机引伸计，要考虑试样材料的特性：

测试安装

1个样品架

装样前，检查设备、夹具是否正常。 上样时最重要的是样品的中性，直接影响检测结果。

拉力试验机上下夹具不能对中或左右间隙较大时，应借助设备对中件调整夹具或用垫片填充间隙。

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一旦加载力轴与试样中心有较大偏差，试样将承受一定程度的附加弯曲应力。 同时拉伸试验机引伸计，也可能导致样品在测试过程中异常滑动或断裂。

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，其控制精度将直接影响试验结果。

目前应用最广泛的K型热电偶，即镍铬镍硅两种合金通过焊接形成闭环，利用两种材料之间的比热电势差来测量高温下的温度。 -温度环境。

K型热电偶的工作温度范围为-200℃—1300℃。 根据标准要求，要求被测样品表面安装热电偶，主要用于实时监测样品表面的温度变化。 热电偶测量端温度应保持恒定，偏差不应超过±0.5℃。

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3 引伸计安装

高温拉伸试验通常使用机械陶瓷棒高温引伸计。 引伸计应安装在试样中间，刀刃必须垂直于试样表面，引伸计两杆应与试样平行并在同一直线上，最后调整标距引伸计确保引伸计标距准确。

由于引伸计杆比较长，夹在试样表面后容易滑动。 为避免滑动，在安装试样后，在安装引伸计之前给试样一个小的预载荷。 在实际操作中，由于陶瓷引伸计本身重量较大，安装引伸计时应调整引伸计固定装置，使引伸计上端夹紧力大于下端夹紧力，使引伸计达到力平衡。

4 高温炉安装

用于金属材料高温拉伸试验的高温炉多为立式分体式结构。 为保证炉内垂直方向炉温均匀，常采用三区控制，即炉体上、中、下电热丝分别控制。 控制温度，使炉内获得较长的均热区。

所谓均热区是指炉内温度达到试验设定温度并稳定后，炉内某一特定区域的温度波动不超过规定范围，即均热区是温度为相对稳定。 但由于“热烟气向上”效应，均热区不在炉体几何中心，而是炉体上端比下端热，即均热区位于略高于炉体中心。 因此，需要在试验前对所用高温炉的均热区进行测量，以确定均热区的具体面积，并在位置上作标记。 均热区确定后，可调整试样的上下位置，保证试样的工作段在高温炉均热区内。

温度控制

高温炉的加热过程通常具有热惯性，其温度控制具有一定的滞后性。 其原因是电热丝等发热元件的温度变化速度远远落后于热电偶测温的速度，使高温炉的实际温度始终滞后。 根据设定温度的不同，一般会有几度到十几度的偏差。

为了更好地克服这个问题，推荐使用比例-积分-微分 (PID) 温度控制方法。 同时，随着温度控制技术的发展，模糊控制、神经网络控制、模糊PID控制等新的控制方法为高温炉的温度精确控制带来了可能。

值得注意的是，由于炉体上、中、下三个区域的散热速率不同，为实现对试验所需温度的精确控制，需要设置这三个区域的加热功率不同的。 一般来说，上、下区域所需的加热功率略大于中区域，因为高温炉上下两端与冷空气的热交换比中区域大地区。

拉伸过程

温度是上样过程中最难控制的环节。 从试样受力到屈服，由于处于弹性变形阶段，试样本身基本不发热，该阶段温度易于控制。

然而，从屈服变形阶段开始，样品发生塑性变形，导致样品自身发热。 这种现象可能会导致样品温度升高几十摄氏度（如奥氏体不锈钢）。 难以控制甚至超过规定的试验温度。

因此，在拉伸初始加载阶段，需要将试验温度控制在规定温度范围的负偏差内，以防止后期温度超标； 必要的手动调整。

结论

综上所述，在金属材料的高温拉伸试验过程中，除了要注意常温拉伸试验的影响因素外，还要正确认识高温拉伸试验的特殊操作细节。 在日常检验工作中，要善于积累和总结长期试验过程中出现的各种现象和规律，不断提高试验结果的准确性，为科学研究和企业生产提供可靠有效的试验数据。

选自：《理化检测-物理卷》Vol.54 2018.5

作者：董明红，中船重工725研究所工程师