金屬材料力學(xué)性能測試
金屬材料力學(xué)性能測試
一般情況下,金屬材料在一定范圍內外加載荷的作用下能夠保持其原有的形狀和性能,然而,如果超過(guò)這一承受范圍,金屬材料就會(huì )發(fā)生變形,甚至被徹底破壞。因此,了解金屬材料的力學(xué)性能指標尤為重要。相關(guān)知識
一般來(lái)說(shuō)金屬的力學(xué)性能分為十種:
1.脆性:是指材料在損壞之前沒(méi)有發(fā)生塑性變形的一種特性。它與韌性和塑性相反。脆性材料沒(méi)有屈服點(diǎn),有斷裂強度和極限強度,并且二者幾乎一樣。鑄鐵、陶瓷、混凝土及石頭都是脆性材料。與其他許多工程材料相比,脆性材料在拉伸方面的性能較弱,對脆性材料通常采用壓縮試驗進(jìn)行評定。
2.強度:金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形或斷裂的能力.同時(shí),它也可以定義為比例極限、屈服強度、斷裂強度或極限強度。沒(méi)有一個(gè)確切的單一參數能夠準確定義這個(gè)特性。因為金屬的行為隨著(zhù)應力種類(lèi)的變化和它應用形式的變化而變化。強度是一個(gè)很常用的術(shù)語(yǔ)。
3.塑性:金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力.塑性變形發(fā)生在金屬材料承受的應力超過(guò)彈性極限并且載荷去除之后,此時(shí)材料保留了一部分或全部載荷時(shí)的變形.
4.硬度:金屬材料表面抵抗比他更硬的物體壓入的能力
5.韌性:金屬材料抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力. 韌性是指金屬材料在拉應力的作用下,在發(fā)生斷裂前有一定塑性變形的特性。金、鋁、銅是韌性材料,它們很容易被拉成導線(xiàn)。
6.疲勞強度:材料零件和結構零件對疲勞破壞的抗力
7.彈性:是指金屬材料在外力消失時(shí),能使材料恢復原先尺寸的一種特性。鋼材在到達彈性極限前是彈性的。
8.延展性:是指材料在拉應力或壓應力的作用下,材料斷裂前承受一定塑性變形的特性。塑性材料一般使用軋制和鍛造工藝。鋼材既是塑性的也是具有延展性的。
9. 剛性:是金屬材料承受較高應力而沒(méi)有發(fā)生很大應變的特性。剛性的大小通過(guò)測量材料的彈性模量E來(lái)評價(jià)。
10.屈服點(diǎn)或屈服應力:是金屬的應力水平,用MPa度量。在屈服點(diǎn)以上,當外來(lái)載荷撤除后,金屬的變形仍然存在,金屬材料發(fā)生了塑性變形。
力學(xué)性能主要測試參數指標
指標 | 具體項目 | 測試意義 |
硬度試驗 | 洛氏硬度 維氏硬度 顯微維氏硬度 布氏硬度 肖氏硬度 納米壓痕硬度 邵氏硬度 | 硬度是指“固體材料抗拒永久形變的特性”。 固體對外界物體入侵的局部抵抗能力,是比較各種材料軟硬的指標。 |
拉伸試驗 | 抗拉強度 屈服強度 斷后伸長(cháng)率 斷面收縮率 彈性模量、泊松比 拉伸應變硬化指數 應變硬化 | 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(chǎn)生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。 塑性是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)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。 |
扭轉、彎曲與壓縮性能 | 扭矩 彎曲強度 彎曲模量 壓縮強度 壓縮屈服點(diǎn) 壓縮彈性模量 | 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(lái)檢查材料的表面質(zhì)量。 試樣破壞時(shí)的最大壓縮載荷除以試樣的橫截面積,稱(chēng)為壓縮強度極限或抗壓強度。 壓縮試驗主要適用于脆性材料,如鑄鐵、軸承合金和建筑材料等。 對于塑性材料,無(wú)法測出壓縮強度極限,但可以測量出彈性模量、比例極限和屈服強度等。 |
沖擊韌性試驗 | 沖擊強度 沖擊韌度 低溫脆性 簡(jiǎn)支梁沖擊 懸臂梁沖擊 | 材料抵抗沖擊載荷的能力,沖擊韌度指標的實(shí)際意義在于揭示材料的變脆傾向 |
斷裂韌度試驗 | 斷裂韌度 裂紋張開(kāi)位移 動(dòng)態(tài)斷裂韌度 | 測定帶裂紋構件抵抗裂紋失穩擴展能力 |
疲勞性能 | 對稱(chēng)應力下的疲勞 非對稱(chēng)循環(huán)應力下的疲勞 應變疲勞(低周疲勞) 疲勞裂紋擴展速率 熱疲勞試驗 腐蝕疲勞試驗 接觸疲勞試驗 高溫疲勞試驗 低溫疲勞試驗 | 疲勞試驗,是結構試驗內容之一,借以研究和驗證飛行器結構或構件的疲勞與斷裂性能。 疲勞破壞是機械零部件早起失效的主要形式,疲勞研究的主要目的是精確地估算材料結構的零部件的疲勞壽命保證在服役期內零部件不會(huì )發(fā)生疲勞失效 |
高溫力學(xué)性能 | 高溫蠕變 持久強度 應力松弛 高溫短時(shí)拉伸試驗 | 高溫下零部件因抵抗外力作用而產(chǎn)生各種變形和應力的能力,如強度、彈性、塑性等 在高溫下,由于液相的出現,液相的性質(zhì)、數量及分布狀態(tài),對材料的力學(xué)性能影響極大 |
磨損性能 | 黏著(zhù)磨損 磨粒磨損 接觸磨損 微動(dòng)磨損 | 在給定摩擦條件下測量材料的磨損量及摩擦系數的試驗方法,是測定材料抵抗磨損能力的一種材料試驗,比較材料的耐磨性?xún)?yōu)劣 |
材料成型性能 | 杯突 拉深與拉深載荷 錐杯 擴孔 | 主要評價(jià)板材沖壓成型工藝質(zhì)量 |
在金屬材料檢測中,失效分析是一門(mén)新興發(fā)展中的學(xué)科,在提高產(chǎn)品質(zhì)量,金屬材料檢測技術(shù)開(kāi)發(fā)、改進(jìn),產(chǎn)品修復及仲裁失效事故等方面具有很強的實(shí)際意義,失效分析主要含有金屬材料、熱處理、焊接、材料加工與成型、機械設計、材料力學(xué)、無(wú)損檢測等不同的專(zhuān)業(yè)。
具體檢測項目
金相檢驗是一種常規的實(shí)驗分析方法.它在失效分析中能提供被檢材料的大概種類(lèi)和組織狀況。從檢驗出的顯散組織來(lái)推斷或證實(shí)被檢材料制造過(guò)程中經(jīng)歷的工藝過(guò)程,以及執行這些工藝是否屬正常,同時(shí)還可提供失效件在發(fā)生事故時(shí)是否發(fā)生塑性變形等情況,以及失效件在使用過(guò)程中無(wú)意造成的熱處理效果等。反映出失效件在工作條件下發(fā)生的腐蝕(大致可以定性和對腐蝕程度的半定量)、磨損、氧化和嚴重的表面加工硬化等,并可初步確定其程度。從失效件上存在的裂紋,通過(guò)光學(xué)金相,大致可看出裂紋的發(fā)生及延伸分布的特征以及裂紋兩側的顯微組織,來(lái)判斷裂紋的性質(zhì),從而可提供失效件裂紋的產(chǎn)生原因;夾雜物的類(lèi)型、級別及分布;相的類(lèi)型、大小及分布。
在失效分析中,化學(xué)成分分析是必不可少的。它能為失效分析提供有用的信息。如由于選材錯誤所造成的失效,只需要用化學(xué)成分分析就能得到結果。利用X射線(xiàn)和熒光分析、能譜分析、俄歇分析、電子探針、離子探針、激光探針等方法,對金屬的表面或內部的成分進(jìn)行分析和研究。在進(jìn)行化學(xué)我分分析時(shí),宏觀(guān)化學(xué)成分分析最常用,對于特殊情況,可采用微區化學(xué)成分分析。
失效分析的步驟
檢測標準
GB/T 228-2002 金屬材料室溫拉伸試驗方法
本標準規定了金屬材料拉伸試驗方法的原理、定義、符號和說(shuō)明、試樣及其尺寸測量、試驗設備、試驗要求、性能測定、測定結果數值修約和試驗報告。適用于金屬材料室溫拉伸性能的測定。但對于小橫截面尺寸的金屬產(chǎn)品,例如金屬箔,超細絲和毛細管等的拉伸試驗需要協(xié)議。
GB/T 229-2007 金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法
本標準規定了測定金屬材料在夏比沖擊試驗中吸收能量的方法(V型和U型缺口試樣)。不包括儀器化沖擊試驗方法。
GB/T 232-1999 金屬材料彎曲試驗方法
本標準規定了彎曲試驗方法的原理、符號、試驗設備、試樣、試驗程序、試驗結果評定和試驗報告。適用于金屬材料相關(guān)產(chǎn)品標準規定試樣的彎曲試驗,測定其彎曲塑性變形能力。但不適用于金屬管材和金屬焊接接頭的彎曲試驗。
GB/T 4337-2008 金屬材料疲勞試驗 旋轉彎曲方法
本標準規定了金屬材料旋轉棒彎曲疲勞試驗方法。適用于金屬材料在室溫和高溫空氣中試樣旋轉彎曲的條件下進(jìn)行的疲勞試驗,其他環(huán)境(如腐蝕)下的也可參照本標準執行。
GB/T 5027-2007 金屬材料 薄板和薄帶塑性應變比(r值)的測定
本標準規定了一種測定金屬薄板和薄帶塑性應變比的方法。
GB/T 12444-2006 金屬材料磨損試驗方法 試環(huán)-試塊滑動(dòng)磨損試驗
本標準規定了金屬試環(huán)-試塊磨損試驗的術(shù)語(yǔ)及定義、試驗原理、試樣、試驗設備及儀器、試驗方法、試驗結果處理及試驗報告。適用于金屬材料在滑動(dòng)摩擦條件下磨損量及摩擦系數的測定。
GB/T 22315-2008 金屬材料彈性模量和泊松比試驗方法
本標準規定了用靜態(tài)法測定金屬材料楊氏模量、弦線(xiàn)模量、切線(xiàn)模量、泊松比,用動(dòng)態(tài)法測定金屬材料動(dòng)態(tài)楊氏模量、動(dòng)態(tài)切變模量、動(dòng)態(tài)泊松比的范圍、規范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、符號及說(shuō)明、原理、試樣、試驗設備、試驗條件、性能測定和試驗報告。
GB/T 24179-2009 金屬材料殘余應力測定 壓痕應變法
本標準規定了采用壓痕應變法測定金屬材料表面殘余應力的術(shù)語(yǔ)和定義、原理、測量設備、測量步驟、標定系數確定、試驗報告等。適用于硬度大于50HRC的各種金屬材料表面殘余應力的測定。