拉伸試驗

拉伸試驗（英語：Tensile testing 或 Tension testing）^[1]是材料科學和工程中一種基本物質張力測試。藉由拉伸試驗測量的性質有：極限抗拉強度、斷裂強度、最大伸長量和斷面縮率^[2]。下列特性也可以被檢測：楊氏模數、蒲松比、降伏強度、加工硬化^[3]。單軸拉伸試驗是常用於獲得等向性材料的機械特性。某些材料是使用雙軸拉伸試驗。

拉伸試驗上的椰殼纖維複合材料。 樣品大小不到標準。

目的

使用拉伸試驗可能具有各種目的，例如：

• 為了應用而選擇特定材料或物品
• 預測材料在使用的正常和極端施力的型態。
• 確認是否符合規範、法規或合同的要求。
• 決定新產品開發是否有望成功：概念證明。
• 證明提出專利的實用性。
• 為其他科學、工程和品質保證提供標準數據。
• 提供基礎的技術通信。
• 用於比較幾種選擇的方法。
• 提供訴訟程序的證據。

拉伸試件

鋁合金材質的拉伸試件。左邊的兩個試件有圓形的螺紋式兩端。 右邊的兩個試件兩端為平面，要使用鋸齒夾頭。

如何準備試件取決於測試目的、試驗方法或規範。試件通常是一個標準化的截面。試片分為肩部及標距（中央部分）：肩部較大，以容易使機器夾持；中央部分具有較小橫截面，故變形和破壞可在這個區域發生^[2][4]。通過使用非常相似的試件，可以找到試驗機的可重複性^[5]。

試件術語

各種試件肩部夾持型式：A至C為圓型肩部試件；D 和 E 為平肩部試件
A. 圓型肩部使用螺紋固定
B. 圓型肩部使用圓形夾頭以及鋸齒墊片固定
C. 圓型肩部使用分離環固定
D. 平肩部使用鋸齒夾頭
E. 平肩部使用洞－銷聯接

機器設備

一個Hegewald & Peschke萬能試驗機

拉伸試驗最常於材料測試實驗室進行。ASTM D638是最常見的拉伸試驗標準。ASTM D638用於測量塑料的拉伸性質，包括極限抗拉強度，屈服強度，伸長量與泊松比。

最常見的測試機器的使用在拉伸試驗是 萬能試驗機。這種類型的機器有兩個十字頭：一個是隨試件長度調整；另一個是對試件施力。有兩種類型：液壓和電磁驅動^[4]。

機器必須有適合性能以用於測試試件。有四個主要參數：拉伸力、速度、精確度和準確性。拉伸力是指機器必須能夠產生足夠的力以拉斷試。機器必須能夠迅速或緩慢的施加負荷，以模仿實際應用。最後，機器必須能夠準確地和精確地的測量長度和拉伸力：例如一個大型機器的目的是測量大的伸長率，可能無法用於脆性材料，因其破裂之前將只有短伸長率^[6]。

試驗過程

測試的過程包括將試件放置於試驗機和緩慢延伸試件直到破裂。在此過程中，伸長量的將與施力紀錄。數據已被設計好，因此將不隨幾何形狀而變。伸長量測是用工程應變ε，並使用以下等式^[4]：

${\displaystyle \varepsilon ={\frac {\Delta L}{L_{0}}}={\frac {L-L_{0}}{L_{0}}}}$

其中ΔL 的標距變化的長度，L₀ 是初始標距的長度，和L是最終的標距長度。力的量測是用工程壓力σ，使用以下等式^[4]：

${\displaystyle \sigma ={\frac {F_{n}}{A}}}$

其中F為拉力和A為試件的標稱橫截面。隨著施力變化，機器將做這些計算以繪製壓力–應變曲線^[4]。

標準

金屬

• ASTM E8/E8M-13：「金屬材料的標準試驗方法」(2013年)
• ISO 6892-1為：「金屬材料。 拉伸試驗。 常溫的試驗方法」(2009年)
• ISO 6892-2為：「金屬材料。 拉伸試驗。高溫的試驗方法」(2011年)
• JIS Z2241：金屬材料的試驗方法

複合材料

• ASTM D3039/D3039M：「聚合物基複合材料的標準試驗方法」

可撓性材料

• ASTM D638：塑料拉伸性質的標準試驗方法
• ASTM D828：紙張和紙板的標準試驗方法－使用恆定延伸率裝置
• ASTM D882：塑料薄片拉伸性質的標準試驗方法
• ISO 37：橡膠、硬化或熱塑性—決定的拉應力–應變性