详细介绍金属材料拉伸试验机中不同试样类型的尺寸要求？

金属材料拉伸试验的试样类型及尺寸要求需严格遵循相关标准（如 GB/T 228.1、ISO 6892、ASTM E8 等），不同试样类型的设计旨在适配材料特性与测试需求。以下从试样分类、尺寸标准、关键参数及应用场景等维度展开详细介绍：

一、试样类型与标准体系概述

1. 按截面形状分类

圆柱形试样：适用于棒材、管材、线材等，应力分布均匀，是的拉伸试样。

板状试样：适用于板材、带材，需根据厚度设计宽度与长度。

异形试样：如管材环形试样、螺纹接头试样等，用于特殊形态材料。

2. 国际标准差异对比

二、圆柱形拉伸试样的尺寸要求

1. 标准圆柱形试样（GB/T 228.1 典型案例）

2. 小直径试样（适用于细丝、薄管）

直径范围：1-5mm（如 GB/T 228.1 中推荐 d=3mm）。

尺寸示例：

平行段直径 3mm，平行段长度 15mm（5d），标距 15mm，夹持段长度 50mm（锥形设计，便于夹紧）。

应用场景：钢丝、细线材、电子元器件用金属箔等。

3. 大直径试样（适用于厚棒材）

直径范围：20-50mm（需经协商确定，因设备量程限制）。

特殊要求：

平行段长度≥5d，夹持段需设计螺纹或凸台（如 ASTM E8 中直径 25.4mm 试样，夹持段加工 M30 螺纹）；

需在试样表面标记周向均匀的测量点，避免偏心影响。

三、板状拉伸试样的尺寸规范

1. 矩形截面板状试样（GB/T 228.1）

2. 全厚度板状试样（适用于厚板材）

尺寸特点：

厚度 t = 原材料实际厚度（如 10mm 钢板），宽度 b=25-50mm，平行段长度 Lc=Lo+2b（Lo=5.65√(bt)）。

注意事项：

边缘需倒角（0.5-1mm），防止应力集中；

表面粗糙度 Ra≤3.2μm，避免划痕影响断裂位置。

3. 窄板试样（适用于薄带材）

尺寸示例：

厚度 t=0.5mm，宽度 b=10mm，平行段长度 Lc=50mm，标距 Lo=50mm（统一标距，非比例标距）。

应用场景：钢带、铜箔、铝箔等薄型材料。

四、特殊类型试样的尺寸要求

1. 管材拉伸试样

类型 1：全截面管段试样（GB/T 228.1）

尺寸要求：

长度 Lt=200-300mm，平行段长度 Lc=Lo+D（D 为外径），标距 Lo=5D 或 10D；

两端需加塞头（钢制或塑料），防止压扁，塞头长度≥1.5D。

类型 2：弧形试样（从管材切取弧形板）

尺寸示例：

厚度 t = 管材壁厚，宽度 b=20mm，平行段长度 Lc=Lo+2b，标距 Lo=5.65√(bt)。

2. 螺纹接头试样（ASTM E8）

应用场景：螺栓、钢筋等带螺纹构件。

尺寸设计：

夹持段保留完整螺纹（如 M20 螺栓，夹持段长度≥3d=60mm），平行段为无螺纹光杆，直径 d=16mm（小于螺纹小径，确保断裂在光杆段）。

3. 焊接接头拉伸试样

尺寸特点：

平行段需包含焊缝及热影响区，宽度 b=25mm，长度 Lc=Lo+50mm，标距 Lo=5.65√(bt)；

厚度 t = 焊接件全厚度，若超过 30mm，可加工至 30mm 并保留一面原始表面。

五、试样尺寸的关键影响因素与操作要点

1. 标距与伸长量测量

比例标距（Proportional Gauge Length）：

Lo=k√A（k=5.65 为短标距，k=11.3 为长标距，A 为截面积），确保不同尺寸试样的伸长率数据可对比。

非比例标距（Non-proportional Gauge Length）：

如 Lo=50mm 或 2 英寸，适用于尺寸统一的试样（如薄带材）。

2. 加工精度要求

直径 / 厚度公差：圆柱形试样直径公差 ±0.05mm，板状试样厚度公差 ±0.02mm；

表面粗糙度：平行段 Ra≤1.6μm，过渡段 Ra≤3.2μm，避免刀痕导致应力集中；

3. 非标试样的处理原则

若材料尺寸无法加工成标准试样（如超薄箔材），可采用：

微型试样：直径 1-2mm，标距 10-20mm（需使用显微引伸计）；

数据修正：非比例标距试样的伸长率需与标准试样对比验证，避免数据偏差。

六、国际标准典型试样尺寸对比表

总结

金属材料拉伸试样的尺寸设计需兼顾材料特性、测试标准与设备能力，圆柱形与板状试样是类型，其尺寸参数（如直径、标距、过渡圆弧）直接影响应力分布与断裂位置。操作时需严格按 GB/T 228.1 等标准加工试样，确保尺寸精度与表面质量，并根据材料形态选择合适的试样类型（如管材、焊接件需特殊设计）。若涉及非标试样，需在试验报告中详细注明尺寸参数及修正方法，以保证数据的准确性与可比性。