金属检测

铸铁件因良好的耐磨性、减震性广泛应用于机械制造，但屈服强度作为其力学性能核心指标，测试方法的选择直接影响结果可靠性。压缩试验与拉伸试验是两种常用手段，二者在原理、试样设计、结果表现等方面存在显著差异，明确这些差异对合理选择测试方法、准确评估铸铁件性能具有重要意义。

试验原理的本质差异

拉伸试验通过对试样施加轴向拉力，使试样产生轴向伸长、横向收缩的变形，直至出现屈服或断裂。其原理基于材料在拉应力作用下的塑性变形响应，屈服强度对应试样从弹性变形向塑性变形过渡的临界应力。

压缩试验则是对试样施加轴向压力，使试样产生轴向缩短、横向膨胀的变形。此时材料承受压应力，屈服强度反映的是材料抵抗压致塑性变形的能力。需注意的是，铸铁件的拉压力学性能存在不对称性，这是原理差异的核心体现——铸铁的抗拉强度远低于抗压强度，因此两种试验的屈服机制本质不同。

试样设计的不同要求

拉伸试验的铸铁试样通常采用标准圆棒状或板状试样，需包含平行段、过渡段和夹持段。平行段尺寸需满足国家标准（如GB/T 228.1），目的是确保拉伸应力集中在平行段，避免夹持端应力干扰。对于脆性较强的铸铁（如灰铸铁），试样需避免尖锐棱角，防止试验前出现应力集中导致提前断裂。

压缩试验的试样多为短圆柱或立方体，高度与直径（或边长）的比值需严格控制——通常圆柱试样的高径比为1~3（如GB/T 7314）。若高径比过大，试样易发生失稳弯曲；过小则会因端面摩擦导致应力分布不均。此外，压缩试样的端面需具有较高的平面度和粗糙度，以保证加载时压力均匀传递，避免局部应力集中。

二者的试样制备难点也不同：拉伸试样需保证平行段的尺寸精度，否则会导致应力计算误差；压缩试样则需重点控制端面质量，端面的微小倾斜或粗糙都会使试验结果偏高或偏低。

加载方式与变形过程的差异

拉伸试验通常采用缓慢的静载加载，加载速率需符合标准（如GB/T 228.1规定的弹性阶段加载速率不超过30 MPa/s）。变形过程中，试样先经历弹性变形，随后进入屈服阶段（若为塑性材料），但铸铁件多为脆性材料，拉伸时可能无明显屈服平台，需通过规定非比例延伸强度（Rp0.2）来确定屈服强度。

压缩试验的加载速率同样需控制，但因铸铁的抗压强度高，加载过程中试样的变形表现与拉伸不同——压缩时试样先发生弹性压缩，随后出现塑性变形，部分铸铁（如球墨铸铁）会出现明显的屈服平台。此外，压缩加载时需注意防止试样侧向膨胀导致的摩擦力影响：通常会在试样端面涂抹润滑剂（如石墨粉），以减小端面与试验机压板间的摩擦，使应力分布更均匀。

拉伸时试样的变形是“伸长-缩颈-断裂”，而压缩时是“缩短-膨胀-鼓形（或碎裂）”。灰铸铁拉伸时易发生脆性断裂，断口呈平断口；压缩时则可能出现剪切破坏或碎裂，断口呈斜断口或多块碎片。

屈服表现的特征差异

铸铁件的拉伸屈服表现因材质不同而异。灰铸铁因石墨片的割裂作用，抗拉强度低，拉伸时几乎无明显塑性变形，屈服点不明显，需采用Rp0.2（规定非比例延伸率为0.2%时的应力）作为屈服强度指标。球墨铸铁因石墨呈球状，塑性较好，拉伸时可能出现明显的屈服平台，此时可直接读取屈服强度（σs）。

压缩时，铸铁件的屈服表现更明显。灰铸铁压缩时，石墨片的存在对压应力的传递影响较小，因此能承受较大的压应力，屈服阶段会出现明显的塑性变形（如试样鼓形），部分情况下可观测到屈服平台。球墨铸铁压缩时的屈服平台更宽，塑性变形量更大，屈服强度通常高于拉伸屈服强度。

例如，某牌号灰铸铁（HT200）的拉伸Rp0.2约为150 MPa，而压缩屈服强度约为400 MPa；球墨铸铁（QT400-18）的拉伸σs约为250 MPa，压缩σs约为350 MPa。这种拉压屈服强度的差异，直接源于两种试验中材料的应力状态和石墨形态的影响。

数据准确性的影响因素差异

拉伸试验中，数据准确性主要受试样平行度、夹持方式、加载速率影响。若试样平行段不直或直径不均匀，会导致应力集中，使测试结果偏低；夹持时若试样偏心，会产生附加弯矩，导致断口倾斜，影响屈服强度计算；加载速率过快会使试样温度升高，脆性材料（如灰铸铁）的屈服强度可能偏高。

压缩试验的影响因素主要是端面摩擦、试样高径比、加载偏心。端面摩擦会限制试样的侧向膨胀，导致试样内部应力分布不均（出现“桶形”变形），使屈服强度测试结果偏高；高径比过大易导致试样失稳弯曲，结果偏低；加载偏心同样会产生附加弯矩，使试样提前破坏，结果不准确。

针对拉伸试验的影响，需严格控制试样加工精度，采用同心夹持装置，遵循标准加载速率；针对压缩试验，需在端面涂抹润滑剂，选择合适的高径比（如1.5~2），确保加载轴线与试样轴线重合。

适用场景的针对性差异

拉伸试验适用于评估铸铁件在受拉工况下的性能，如发动机曲轴的连杆颈、齿轮的齿根等部位，这些部位在工作中承受拉应力。对于需要承受拉伸载荷的铸铁件，拉伸屈服强度是关键指标，能直接反映其抵抗拉致塑性变形的能力。

压缩试验适用于评估铸铁件在受压工况下的性能，如机床床身、柴油机缸体、轴承座等部位，这些部位主要承受压应力。压缩屈服强度能准确反映这些部件抵抗压致变形的能力，是设计时的重要依据。

例如，机床床身主要承受机床自重和切削力产生的压应力，因此需通过压缩试验测试其屈服强度；而发动机连杆需承受拉伸载荷，需采用拉伸试验评估其屈服性能。若选错试验方法，会导致对铸铁件性能的误判——比如用拉伸屈服强度评估床身的抗压性能，会低估其实际承载能力；用压缩屈服强度评估连杆的抗拉性能，则会高估其安全性。