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(nèi)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(biāo)尤為重要。相關(guān)知識(shí)
一般來說金屬的力學(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。脆性材料沒有屈服點(diǎn)，有斷裂強(qiáng)度和極限強(qiáng)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(duì)脆性材料通常采用壓縮試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。
2.強(qiáng)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(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度或極限強(qiáng)度。沒有一個(gè)確切的單一參數(shù)能夠準(zhǔn)確定義這個(gè)特性。因?yàn)榻饘俚男袨殡S著應(yīng)力種類的變化和它應(yīng)用形式的變化而變化。強(qiáng)度是一個(gè)很常用的術(shù)語。
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(yīng)力超過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(yīng)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(dǎo)線。
6.疲勞強(qiáng)度：材料零件和結(jié)構(gòu)零件對(duì)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(fù)原先尺寸的一種特性。鋼材在到達(dá)彈性極限前是彈性的。
8.延展性：是指材料在拉應(yīng)力或壓應(yīng)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(yīng)力而沒有發(fā)生很大應(yīng)變的特性。剛性的大小通過測量材料的彈性模量E來評(píng)價(jià)。
10.屈服點(diǎn)或屈服應(yīng)力：是金屬的應(yīng)力水平，用MPa度量。在屈服點(diǎn)以上，當(dāng)外來載荷撤除后，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(shù)指標(biāo)
| 指標(biāo) | 具體項(xiàng)目 | 測試意義 |
| 硬度試驗(yàn) | 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(duì)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(biāo)。 |
| 拉伸試驗(yàn) | 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 斷后伸長率 斷面收縮率 彈性模量、泊松比 拉伸應(yīng)變硬化指數(shù) 應(yīng)變硬化 | 拉伸試驗(yàn)可測定材料的一系列強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。 強(qiáng)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(biāo)是延伸率和斷面收縮率。 |
| 扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮性能 | 扭矩 彎曲強(qiáng)度 彎曲模量 壓縮強(qiáng)度 壓縮屈服點(diǎn) 壓縮彈性模量 | 彎曲試驗(yàn)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(qiáng)度并能反映塑性指標(biāo)的撓度。 彎曲試驗(yàn)還可用來檢查材料的表面質(zhì)量。 試樣破壞時(shí)的最大壓縮載荷除以試樣的橫截面積，稱為壓縮強(qiáng)度極限或抗壓強(qiáng)度。 壓縮試驗(yàn)主要適用于脆性材料，如鑄鐵、軸承合金和建筑材料等。 對(duì)于塑性材料，無法測出壓縮強(qiáng)度極限，但可以測量出彈性模量、比例極限和屈服強(qiáng)度等。 |
| 沖擊韌性試驗(yàn) | 沖擊強(qiáng)度 沖擊韌度 低溫脆性 簡支梁沖擊 懸臂梁沖擊 | 材料抵抗沖擊載荷的能力，沖擊韌度指標(biāo)的實(shí)際意義在于揭示材料的變脆傾向 |
| 斷裂韌度試驗(yàn) | 斷裂韌度 裂紋張開位移 動(dòng)態(tài)斷裂韌度 | 測定帶裂紋構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力 |
| 疲勞性能 | 對(duì)稱應(yīng)力下的疲勞 非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的疲勞 應(yīng)變疲勞（低周疲勞） 疲勞裂紋擴(kuò)展速率 熱疲勞試驗(yàn) 腐蝕疲勞試驗(yàn) 接觸疲勞試驗(yàn) 高溫疲勞試驗(yàn) 低溫疲勞試驗(yàn) | 疲勞試驗(yàn)，是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)內(nèi)容之一，借以研究和驗(yàn)證飛行器結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的疲勞與斷裂性能。 疲勞破壞是機(jī)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(jié)構(gòu)的零部件的疲勞壽命保證在服役期內(nèi)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(qiáng)度 應(yīng)力松弛 高溫短時(shí)拉伸試驗(yàn) | 高溫下零部件因抵抗外力作用而產(chǎn)生各種變形和應(yīng)力的能力，如強(qiáng)度、彈性、塑性等 在高溫下，由于液相的出現(xiàn)，液相的性質(zhì)、數(shù)量及分布狀態(tài)，對(duì)材料的力學(xué)性能影響極大 |
| 磨損性能 | 黏著磨損 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(shù)的試驗(yàn)方法，是測定材料抵抗磨損能力的一種材料試驗(yàn)，比較材料的耐磨性優(yōu)劣 |
| 材料成型性能 | 杯突 拉深與拉深載荷 錐杯 擴(kuò)孔 | 主要評(píng)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)開發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)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(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、無損檢測等不同的專業(yè)。
具體檢測項(xiàng)目
金相檢驗(yàn)是一種常規(guī)的實(shí)驗(yàn)分析方法.它在失效分析中能提供被檢材料的大概種類和組織狀況。從檢驗(yàn)出的顯散組織來推斷或證實(shí)被檢材料制造過程中經(jīng)歷的工藝過程，以及執(zhí)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程中無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(duì)腐蝕程度的半定量)、磨損、氧化和嚴(yán)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(cè)的顯微組織，來判斷裂紋的性質(zhì)，從而可提供失效件裂紋的產(chǎn)生原因;夾雜物的類型、級(jí)別及分布;相的類型、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(cuò)誤所造成的失效，只需要用化學(xué)成分分析就能得到結(jié)果。利用X射線和熒光分析、能譜分析、俄歇分析、電子探針、離子探針、激光探針等方法，對(duì)金屬的表面或內(nèi)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)，宏觀化學(xué)成分分析最常用，對(duì)于特殊情況，可采用微區(qū)化學(xué)成分分析。
失效分析的步驟
檢測標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 228-2002 金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料拉伸試驗(yàn)方法的原理、定義、符號(hào)和說明、試樣及其尺寸測量、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)要求、性能測定、測定結(jié)果數(shù)值修約和試驗(yàn)報(bào)告。適用于金屬材料室溫拉伸性能的測定。但對(duì)于小橫截面尺寸的金屬產(chǎn)品，例如金屬箔，超細(xì)絲和毛細(xì)管等的拉伸試驗(yàn)需要協(xié)議。
GB/T 229-2007 金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定金屬材料在夏比沖擊試驗(yàn)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(yàn)方法。
GB/T 232-1999 金屬材料彎曲試驗(yàn)方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彎曲試驗(yàn)方法的原理、符號(hào)、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定和試驗(yàn)報(bào)告。適用于金屬材料相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣的彎曲試驗(yàn)，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(yàn)。
GB/T 4337-2008 金屬材料疲勞試驗(yàn) 旋轉(zhuǎn)彎曲方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料旋轉(zhuǎn)棒彎曲疲勞試驗(yàn)方法。適用于金屬材料在室溫和高溫空氣中試樣旋轉(zhuǎn)彎曲的條件下進(jìn)行的疲勞試驗(yàn)，其他環(huán)境(如腐蝕)下的也可參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
GB/T 5027-2007 金屬材料 薄板和薄帶塑性應(yīng)變比(r值)的測定
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種測定金屬薄板和薄帶塑性應(yīng)變比的方法。
GB/T 12444-2006 金屬材料磨損試驗(yàn)方法 試環(huán)-試塊滑動(dòng)磨損試驗(yàn)
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬試環(huán)-試塊磨損試驗(yàn)的術(shù)語及定義、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果處理及試驗(yàn)報(bào)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(shù)的測定。
GB/T 22315-2008 金屬材料彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用靜態(tài)法測定金屬材料楊氏模量、弦線模量、切線模量、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(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、符號(hào)及說明、原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件、性能測定和試驗(yàn)報(bào)告。
GB/T 24179-2009 金屬材料殘余應(yīng)力測定 壓痕應(yīng)變法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用壓痕應(yīng)變法測定金屬材料表面殘余應(yīng)力的術(shù)語和定義、原理、測量設(shè)備、測量步驟、標(biāo)定系數(shù)確定、試驗(yàn)報(bào)告等。適用于硬度大于50HRC的各種金屬材料表面殘余應(yīng)力的測定。
