拉伸强度解释：主要定义、重要性、类型和实际示例

对于制造商来说，拉伸强度是为其产品选择合适材料时首先需要考虑的因素之一。在本文中，我们将详细介绍它是什么、它与其他类似规格有何不同以及如何计算它。

什么是拉伸强度？

材料的拉伸强度是指在永久拉伸或断裂之前它可以在特定区域承受多少负载或拉力。屈服强度是材料开始拉伸之前的点，无法恢复到原来的形状，而拉伸强度是材料断裂的点。像钢这样的材料具有很高的拉伸强度，但橡皮筋将位于秤的底部。 

对于以可预测方式拉伸的材料（例如弹簧），对所施加的力的响应（即其“弹性”）将取决于其“线性弹性区”。如果力在此区域内，则一旦力消失，弹簧将恢复到其原始形状。否则，材料将会破裂或损坏而无法修复。您可以在下图中看到拉力与其他类型的拉力在方向上有何不同。

进行拉伸强度测试的重要性是什么？

拉伸测试用于了解新材料配方的强度特性。它用于检查其他工艺的热处理结果，或验证大量材料是否符合其原始规格。验证传入原材料的特性是过程控制和故障预防的关键部分。这是供应商是否进行了测试并且客户是否接受，或者客户是否选择检查供应商对大量材料的声明。

在零件制造商的工厂，测试材料的拉伸强度可以作为过程控制步骤。它有助于确保材料在热处理、表面硬化、固化或任何其他改变材料强度和延展性的制造步骤方面处于正确的状态。在研发环境中，拉伸测试是一种简单的方法，可以检查所提出的配方是否具有新应用或现有应用改进所需的特性。

拉伸测试可以在铸造成型或由原材料加工而成的测试棒上进行。如果迫切需要检查大型零件某一部分的性能，也可以用实际铸造或机加工的部件加工它们。

拉伸强度在 3D 打印零件中有何重要性？

拉伸强度是 3D 打印的一个重要因素，特别是由于定向拉伸特性的潜力。例如，使用 FDM（熔融沉积建模）技术的 3D 打印塑料零件沿 z 轴的拉伸强度较低，其中 z 轴指零件的垂直高度。这是因为各个层之间并未完全熔合，仅在很小的表面积上相互接触。

许多 3D 打印材料的材料数据表将指示材料内不同方向（通常在 Z 和 XY 方向）的拉伸强度。其他 3D 打印技术，例如 SLM（选择性激光熔化），将生产具有各向同性结构的零件，这意味着它们的属性在所有方向上都是相同的。

3D 打印材料的理想拉伸强度是多少？

理想的拉伸强度取决于零件的应用、所使用的材料以及所施加载荷的大小和方向。例如，如果零件仅承受压缩载荷，则拉伸强度并不重要。或者，如果该部件是电子产品的外壳，则抗拉强度不如抗静电和吸湿性能重要。设计 3D 打印零件时，根据应用选择材料，而不是相反。 

确定 3D 打印材料的拉伸强度重要吗？

是的，确定 3D 打印材料的拉伸强度非常重要。但是，前提是 3D 打印零件要承受机械负载。例如，如果设计 3D 打印 ABS 零件，那么使用普通 ABS 特性将是错误的。与基于所使用的 3D 打印技术的材料的理论拉伸强度相比，3D 打印材料的拉伸强度可能较低。

如何计算材料的拉伸强度？

为了正确测量拉伸强度，我们将单位材料横截面积而不是整个表面的力除以。但是，如果不首先了解材料的应力-应变曲线，您将无法直接计算材料的拉伸强度。

σ =F/A – eq 1

• σ =压力
• F =力量
• A =面积

SI拉伸强度单位为MPa（N/mm2）。基本上，强度等于材料失效点处的应力，而该失效点可以用单位面积上的力来表征。

拉伸强度有哪些不同类型？

拉伸强度有几种不同类型，但该术语可以表示对您最有用的任何内容。例如，对于想要比较材料配方或批次的工程师，或者试图弄清楚某种材料是否适合特定任务的工程师来说，在标准条件下得出的数据将是最有用的。最常用的类型是屈服强度、极限拉伸强度和断裂强度，我们将在下面更详细地介绍这些类型。

1。屈服强度

如前所述，屈服强度是材料中开始发生永久（或塑性）变形的点。对于钢来说，这是指变形超过其比例极限，通常被视为应力-应变曲线上的直线。对于没有明显屈服点的材料（如铝），屈服强度报告为与 0.2% 应变一致的应力。在大多数情况下，金属零件的设计目的是将使用环境中的应力保持在屈服强度以下。对于陶瓷等非常脆的材料，这些材料在非常小的变形下就会失效，并且根本不会屈服。其他材料，如弹性体，可以拉伸其原始长度许多倍而不会断裂，并且在去除负载后仅表现出少量的永久变形。

2。断裂强度

也称为断裂强度，是指材料无法再承受更多负载并断裂的点。这可以看作是应力-应变曲线的终点，即点“ε ” 在上面的屈服强度图中。断裂点也是测量总伸长率的点。

3。极限力量

这是材料在拉伸载荷下最终断裂之前可以承受的最大应力。一些金属在超过屈服点后会经历应变硬化，并且随着应力的增加它们将继续变形，直到达到材料的极限拉伸强度。并非所有材料（例如塑料）都具有明确的极限拉伸强度。

什么材料具有最高的拉伸强度？

具有最高拉伸强度的材料是石墨烯。石墨烯的极限拉伸强度约为 130 GPa，比碳纳米管更强，而碳纳米管直到最近才具有最高的拉伸强度。这些材料的强度远远高于最强的元素金属钨（其极限拉伸强度为 0.98 GPa）或稍强的热处理 Inconel®（其极限拉伸强度为 1.034 GPa）。然而，必须指出的是，石墨烯和碳纳米管都无法廉价地大规模生产。 

什么材料的拉伸强度最低？

与金属和陶瓷相比，塑料的拉伸强度往往非常低。例如，LDPE（低密度聚乙烯）的拉伸强度为10MPa。定义具有最低拉伸强度的材料很困难，因为低拉伸强度材料的实际应用有限，特别是对于承载用途。基于低拉伸强度列出材料并不常见。 

使用什么设备测量拉伸强度？

拉伸试验机用于测量样品的拉伸强度。该机器夹紧试件的两端，并以恒定的速率对其施加受控的拉力。  机器自动记录所施加的负载和夹具位移的数据，以供进一步分析。

要了解更多信息，请参阅我们有关拉伸试验机的完整文章。

拉伸强度有哪些应用？

拉伸强度是一种材料特性，没有应用。

影响材料拉伸强度的因素有哪些？

拉伸强度会受到多种因素的影响，例如。

1. 温度 ：当温度升高时，材料的拉伸强度通常会下降。低于室温时，大多数材料会变得稍微坚固，但它们的延展性也会降低。
2. 加工硬化 ：该过程的整个概念是使材料发生塑性变形以使其变得更硬。通过轧制、锤击、弯曲或拉伸金属，其晶体结构会发生微观变化，从而提高屈服强度和极限拉伸强度，同时降低其延展性。
3. 添加剂 ：在材料中添加玻璃或碳纤维可以提高非金属（例如尼龙）的拉伸强度。
4. 热处理 ：与加工硬化一样，这也会改变金属的微观结构，并且根据处理类型，可能会导致拉伸强度增加或降低。
5. 缺陷 ：表面和内部缺陷会降低材料的拉伸强度，因为它们会产生容易产生裂纹的薄弱点。

拉伸强度失效有哪两种类型？

拉伸强度失效有两种主要类型：脆性和延性。

1。脆性破坏

脆性破坏主要发生在铸铁等硬质材料上。该材料在突然失效之前不会变形太多。

要了解更多信息，请参阅我们有关脆性失效的文章

2。延性破坏

延性破坏是许多结构钢和铝等较软材料的主要拉伸破坏模式，并且是逐渐的而不是瞬时的。材料开始屈服后，塑性变形继续，然后局部化，产生“颈部”，这将是材料最终分离的部位。

要了解更多信息，请参阅我们有关延性失效的文章

有关拉伸强度的常见问题

拉伸强度和拉伸应力有什么区别？

材料的拉伸应力是由于拉伸载荷而在单位面积上受到的力的大小，而拉伸强度是其屈服强度、极限强度或断裂强度。

拉伸强度和屈服强度有什么区别？

材料的拉伸强度显示了它抵抗施加在其上的拉伸载荷的能力。几个具体定义的抗拉强度指标对工程师来说很有价值：屈服强度、材料开始塑性变形的应力以及极限抗拉强度，通常简称为“抗拉强度”，这是材料在失效不可避免之前可以承受的最大应力。

3D 打印的最佳拉伸强度是多少？

设计 3D 打印零件时，根据应用选择材料，而不是相反。它还取决于材料的类型以及载荷的方向和数量。例如，如果一个零件仅承受压缩载荷，或者它是电子设备的外壳（其中抗静电和吸湿性能更重要），则拉伸强度并不重要。如果零件将承受机械载荷，您肯定需要知道拉伸强度。

例如，如果您正在设计 3D 打印 ABS 零件，那么使用普通 ABS 属性将是错误的。与基于所使用的 3D 打印技术的材料的理论拉伸强度相比，3D 打印材料的拉伸强度可能较低。许多 3D 打印材料的材料数据表都会显示材料内不同方向（通常在 Z 和 XY 方向）的拉伸强度。其他 3D 打印技术，例如 SLM（选择性激光熔化），将生产具有各向同性结构的零件，这意味着它们的性能在所有方向上都是相同的。

凯特·德·纳乌姆

Kat de Naoum 是一位来自英国的作家、作家、编辑和内容专家，拥有 20 多年的写作经验。 Kat 拥有为各种制造和技术组织写作的经验，并且热爱工程领域。除了写作之外，Kat 还担任了近 10 年的律师助理，其中 7 年从事船舶融资工作。她为许多出版物撰写文章，包括印刷版和在线版。 Kat 拥有金斯顿大学英国文学和哲学学士学位以及创意写作硕士学位。

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