金属材料力学性能检测

关键词：理化实验，金属材料，力学性能

内容介绍：

1、拉伸检测(拉伸试验)是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。

利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。测定材料在拉伸载荷作用下的一系列特性的试验，又称抗拉试验。它是材料机械性能试验的基本方法之一，主要用于检验材料是否符合规定的标准和研究材料的性能。拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力。材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。产生屈服时的应力，称屈服点或称物理屈服强度，用σS（帕）表示。工程上有许多材料没有明显的屈服点，通常把材料产生的残余塑性变形为0.2％时的应力值作为屈服强度，称条件屈服极限或条件屈服强度，用σ0.2表示。材料在断裂前所达到的大应力值，称抗拉强度或强度极限，用σb（帕）表示。

塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不致破坏的能力，常用的塑性指标是延伸率和断面收缩率。延伸率又叫伸长率，是指材料试样受拉伸载荷折断后，总伸长度同原始长度比值的百分数，用δ表示。断面收缩率是指材料试样在受拉伸载荷拉断后，断面缩小的面积同原截面面积比值的百分数，用ψ表示。条件屈服极限σ0.2、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率ψ是拉伸试验经常要测定的四项性能指标。此外还可测定材料的弹性模量E、比例极限σp、弹性极限σe等。

2、测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。

弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。弯曲试验在万能材料机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。试样的截面有圆形和矩形，试验时的跨距一般为直径的10倍。对于脆性材料弯曲试验一般只产生少量的塑性变形即可破坏，而对于塑性材料则不能测出弯曲断裂强度，但可检验其延展性和均匀性展性和均匀性。塑性材料的弯曲试验称为冷弯试验。试验时将试样加载，使其弯曲到一定程度，观察试样表面有无裂缝。

弯曲试验应用：1、可以测定灰铸铁的抗弯强度。灰铸铁的抗弯性能优于抗拉性能，其抗弯强度是灰铸铁的重要力学性能指标。2、可以测定硬质合金的抗弯强度。这些材料加工困难，难易制成拉伸试样。而弯曲试样形状简单，故利用弯曲试验评价其性能和质量。3、可以测量陶瓷材料、工具钢的抗弯强度。这些脆性材料测定抗拉强度很困难，且试样加工也比较困难，因而采用弯曲试验。4可以用来检测和比较表面热处理层的质量和性能。因弯曲试验对材料表面缺陷敏感。5、可以用来检测材料在受弯曲载荷下作用下的性能,因为许多机械零件(如脆性材料制作的刀具等)是在弯曲状态下工作的,需要对这些零件进行弯曲试验。

3、冲击试验一种动态力学性能试验，主要用来测定冲断一定形状的试样所消耗的功，又叫冲击韧性试验。

根据试样形状和破断方式，冲击试验分为弯曲冲击试验、扭转冲击试验和拉伸冲击试验三种。横梁式弯曲冲击试验法操作简单，应用广。按试验温度常分为常温冲击试验、低温冲击试验。韧性是材料承受载荷作用导致发生断裂的过程中吸收能量的特性。冲击吸收功的测量原理为冲击前以摆锤位能形式存在的能量中的一部分被试样在受冲击后发生断裂的过程中所吸收。摆锤的起始高度与它冲断试样后达到的大高度之间的差值可以直接转换成试样在冲断过程中所消耗的能量，试样吸收的功称为冲击功（Ak）。采用系列冲击试验，即测定材料在不同温度下的冲击吸收功，可以确定其韧脆转变温度，即当温度下降时，由韧性转变成脆性行为的温度范围，在Ak-T曲线上表现为Ak值显著降低的温度。曲线冲击功明显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区各占50%时的温度称为韧脆转变温度（DBTT）。当断口上结晶或解理状脆性区达到50%时，相应的温度称为断口形貌转化温度（FATT）。脆性断裂：材料在低温断裂时会呈现脆性断裂，所谓脆性断裂即材料在极微小甚至没有塑性变形及其预警的情况下所发生的断裂，低倍放大镜下断口形貌往往是光亮的结晶状。解理断裂：当外加正应力达到一定数值后，以极速率沿特定晶面产生的穿晶断裂现象称为解理。解理断口的基本微观特征是台阶、河流、舌状花样等。全韧型断口：断口晶状区面积百分比定为0%； 全脆型断口：断口晶状区面积百分比定为；韧脆型断口：断口晶状区面积百分比需用工具显微镜进行测量，计算出断口解理部分面积，计算出断口晶状区面积百分比。

4、硬度测试(硬度试验)是检测金属材料软硬程度的性能，硬度试验是将压头压入试样表面，保持一段时间后，卸除试验力，测验压痕尺寸，计算硬度值。

硬度试验测量固体材料表面硬度的一种材料机械性能试验。硬度试验是材料试验中简便的一种，与其他材料试验如拉伸试验、冲击试验和扭转试验相比，具有以下特点：①试验可在零件上直接进行而不论零件大小、厚薄和形状；②试验时留在表面上的痕迹很小，零件不被破坏；③试验方法简单、迅速。硬度试验在机械工业中广泛用于检验原材料和零件在热处理后的质量。由于硬度与其他机械性能有一定关系，也可根据硬度估计出零件和材料的其他机械性能。硬度试验方法很多，一般分为划痕法、压入法和动力法3类。硬度试验方法有：划痕法，压入法，动力法，磨损法，切削法。

5、金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

将图像处理系统应用于金相分析，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。本体取样-试块镶嵌-粗磨-精磨-抛光-腐蚀-观测的步骤。第一步：试样选取部位确定及截取方式、选择取样部位及检验面，此过程综合考虑样品的特点及加工工艺，且选取部位需具有代表性。第二步：镶嵌。如果试样的尺寸太小或者形状不规则，则需将其镶嵌或夹持。第三步：试样粗磨。粗磨的目的是平整试样，磨成合适的形状。一般的钢铁材料常在砂轮机上粗磨，而较软的材料可用锉刀磨平。第四步：试样精磨。精磨的目的是消除粗磨时留下的较深的划痕，为抛光做准备。对于一般的材料磨制方法分为手工磨制和机械磨制两种。第五步：试样抛光。抛光的目的是把磨光留下的细微磨痕去除，成为光亮无痕的镜面。一般分为机械抛光、化学抛光、电解抛光三种，而常用的为机械抛光。第六步：试样腐蚀。要在显微镜下观察到抛光样品的组织进行金相分析腐蚀。腐蚀的方法很多种，主要有化学腐蚀、电解腐蚀、恒电位腐蚀，而常用的为化学腐蚀。