金屬材料力學性能檢測

利用拉伸試驗得到的數據可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其它拉伸性能指標。測定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗，又稱抗拉試驗。它是材料機械性能試驗的基本方法之一，主要用于檢驗材料是否符合規定的標準和研究材料的性能。拉伸試驗可測定材料的一系列強度指標和塑性指標。強度通常是指材料在外力作用下抵抗產生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。材料在承受拉伸載荷時，當載荷不增加而仍繼續發生明顯塑性變形的現象叫做屈服。產生屈服時的應力，稱屈服點或稱物理屈服強度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點，通常把材料產生的殘余塑性變形為0.2％時的應力值作為屈服強度，稱條件屈服極限或條件屈服強度，用σ0.2表示。材料在斷裂前所達到的大應力值，稱抗拉強度或強度極限，用σb（帕）表示。

塑性是指金屬材料在載荷作用下產生塑性變形而不致破壞的能力，常用的塑性指標是延伸率和斷面收縮率。延伸率又叫伸長率，是指材料試樣受拉伸載荷折斷后，總伸長度同原始長度比值的百分數，用δ表示。斷面收縮率是指材料試樣在受拉伸載荷拉斷后，斷面縮小的面積同原截面面積比值的百分數，用ψ表示。條件屈服極限σ0.2、強度極限σb、伸長率δ和斷面收縮率ψ是拉伸試驗經常要測定的四項性能指標。此外還可測定材料的彈性模量E、比例極限σp、彈性極限σe等。

2、測定材料承受彎曲載荷時的力學特性的試驗，是材料機械性能試驗的基本方法之一。

彎曲試驗主要用于測定脆性和低塑性材料(如鑄鐵、高碳鋼、工具鋼等)的抗彎強度并能反映塑性指標的撓度。彎曲試驗還可用來檢查材料的表面質量。彎曲試驗在萬能材料機上進行，有三點彎曲和四點彎曲兩種加載荷方式。試樣的截面有圓形和矩形，試驗時的跨距一般為直徑的10倍。對于脆性材料彎曲試驗一般只產生少量的塑性變形即可破壞，而對于塑性材料則不能測出彎曲斷裂強度，但可檢驗其延展性和均勻性展性和均勻性。塑性材料的彎曲試驗稱為冷彎試驗。試驗時將試樣加載，使其彎曲到一定程度，觀察試樣表面有無裂縫。

彎曲試驗應用：1、可以測定灰鑄鐵的抗彎強度。灰鑄鐵的抗彎性能優于抗拉性能，其抗彎強度是灰鑄鐵的重要力學性能指標。2、可以測定硬質合金的抗彎強度。這些材料加工困難，難易制成拉伸試樣。而彎曲試樣形狀簡單，故利用彎曲試驗評價其性能和質量。3、可以測量陶瓷材料、工具鋼的抗彎強度。這些脆性材料測定抗拉強度很困難，且試樣加工也比較困難，因而采用彎曲試驗。4可以用來檢測和比較表面熱處理層的質量和性能。因彎曲試驗對材料表面缺陷敏感。5、可以用來檢測材料在受彎曲載荷下作用下的性能,因為許多機械零件(如脆性材料制作的刀具等)是在彎曲狀態下工作的,需要對這些零件進行彎曲試驗。

3、沖擊試驗一種動態力學性能試驗，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗。

根據試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗分為彎曲沖擊試驗、扭轉沖擊試驗和拉伸沖擊試驗三種。橫梁式彎曲沖擊試驗法操作簡單，應用廣。按試驗溫度常分為常溫沖擊試驗、低溫沖擊試驗。韌性是材料承受載荷作用導致發生斷裂的過程中吸收能量的特性。沖擊吸收功的測量原理為沖擊前以擺錘位能形式存在的能量中的一部分被試樣在受沖擊后發生斷裂的過程中所吸收。擺錘的起始高度與它沖斷試樣后達到的大高度之間的差值可以直接轉換成試樣在沖斷過程中所消耗的能量，試樣吸收的功稱為沖擊功（Ak）。采用系列沖擊試驗，即測定材料在不同溫度下的沖擊吸收功，可以確定其韌脆轉變溫度，即當溫度下降時，由韌性轉變成脆性行為的溫度范圍，在Ak-T曲線上表現為Ak值顯著降低的溫度。曲線沖擊功明顯變化的中間部分稱為轉化區，脆性區和塑性區各占50%時的溫度稱為韌脆轉變溫度（DBTT）。當斷口上結晶或解理狀脆性區達到50%時，相應的溫度稱為斷口形貌轉化溫度（FATT）。脆性斷裂：材料在低溫斷裂時會呈現脆性斷裂，所謂脆性斷裂即材料在極微小甚至沒有塑性變形及其預警的情況下所發生的斷裂，低倍放大鏡下斷口形貌往往是光亮的結晶狀。解理斷裂：當外加正應力達到一定數值后，以極速率沿特定晶面產生的穿晶斷裂現象稱為解理。解理斷口的基本微觀特征是臺階、河流、舌狀花樣等。全韌型斷口：斷口晶狀區面積百分比定為0%； 全脆型斷口：斷口晶狀區面積百分比定為；韌脆型斷口：斷口晶狀區面積百分比需用工具顯微鏡進行測量，計算出斷口解理部分面積，計算出斷口晶狀區面積百分比。

4、硬度測試(硬度試驗)是檢測金屬材料軟硬程度的性能，硬度試驗是將壓頭壓入試樣表面，保持一段時間后，卸除試驗力，測驗壓痕尺寸，計算硬度值。

硬度試驗測量固體材料表面硬度的一種材料機械性能試驗。硬度試驗是材料試驗中簡便的一種，與其他材料試驗如拉伸試驗、沖擊試驗和扭轉試驗相比，具有以下特點：①試驗可在零件上直接進行而不論零件大小、厚薄和形狀；②試驗時留在表面上的痕跡很小，零件不被破壞；③試驗方法簡單、迅速。硬度試驗在機械工業中廣泛用于檢驗原材料和零件在熱處理后的質量。由于硬度與其他機械性能有一定關系，也可根據硬度估計出零件和材料的其他機械性能。硬度試驗方法很多，一般分為劃痕法、壓入法和動力法3類。硬度試驗方法有：劃痕法，壓入法，動力法，磨損法，切削法。

5、金相分析是金屬材料試驗研究的重要手段之一，采用定量金相學原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關系。

將圖像處理系統應用于金相分析，具有精度高、速度快等優點，可以大大提高工作效率。本體取樣-試塊鑲嵌-粗磨-精磨-拋光-腐蝕-觀測的步驟。第一步：試樣選取部位確定及截取方式、選擇取樣部位及檢驗面，此過程綜合考慮樣品的特點及加工工藝，且選取部位需具有代表性。第二步：鑲嵌。如果試樣的尺寸太小或者形狀不規則，則需將其鑲嵌或夾持。第三步：試樣粗磨。粗磨的目的是平整試樣，磨成合適的形狀。一般的鋼鐵材料常在砂輪機上粗磨，而較軟的材料可用銼刀磨平。第四步：試樣精磨。精磨的目的是消除粗磨時留下的較深的劃痕，為拋光做準備。對于一般的材料磨制方法分為手工磨制和機械磨制兩種。第五步：試樣拋光。拋光的目的是把磨光留下的細微磨痕去除，成為光亮無痕的鏡面。一般分為機械拋光、化學拋光、電解拋光三種，而常用的為機械拋光。第六步：試樣腐蝕。要在顯微鏡下觀察到拋光樣品的組織進行金相分析腐蝕。腐蝕的方法很多種，主要有化學腐蝕、電解腐蝕、恒電位腐蝕，而常用的為化學腐蝕。