名稱：金屬材料力學(xué)性能檢測

關(guān)鍵詞：理化實(shí)驗(yàn)，金屬材料，力學(xué)性能

內(nèi)容介紹：

1、拉伸檢測(拉伸試驗(yàn))是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗(yàn)方法。

利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)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(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。測定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗(yàn)，又稱抗拉試驗(yàn)。它是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一，主要用于檢驗(yàn)材料是否符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和研究材料的性能。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。材料在承受拉伸載荷時(shí)，當(dāng)載荷不增加而仍繼續(xù)發(fā)生明顯塑性變形的現(xiàn)象叫做屈服。產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力，稱屈服點(diǎn)或稱物理屈服強(qiáng)度，用σS（帕）表示。工程上有許多材料沒有明顯的屈服點(diǎn)，通常把材料產(chǎn)生的殘余塑性變形為0.2％時(shí)的應(yīng)力值作為屈服強(qiáng)度，稱條件屈服極限或條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。材料在斷裂前所達(dá)到的大應(yīng)力值，稱抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限，用σb（帕）表示。

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。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?jǐn)?shù)，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?jǐn)?shù)，用ψ表示。條件屈服極限σ0.2、強(qiáng)度極限σb、伸長率δ和斷面收縮率ψ是拉伸試驗(yàn)經(jīng)常要測定的四項(xiàng)性能指標(biāo)。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(shí)的力學(xué)特性的試驗(yàn)，是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一。

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。彎曲試驗(yàn)在萬能材料機(jī)上進(jìn)行，有三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲兩種加載荷方式。試樣的截面有圓形和矩形，試驗(yàn)時(shí)的跨距一般為直徑的10倍。對于脆性材料彎曲試驗(yàn)一般只產(chǎn)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(qiáng)度，但可檢驗(yàn)其延展性和均勻性展性和均勻性。塑性材料的彎曲試驗(yàn)稱為冷彎試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)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(yàn)應(yīng)用：1、可以測定灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度?；诣T鐵的抗彎性能優(yōu)于抗拉性能，其抗彎強(qiáng)度是灰鑄鐵的重要力學(xué)性能指標(biāo)。2、可以測定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)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(yàn)評價(jià)其性能和質(zhì)量。3、可以測量陶瓷材料、工具鋼的抗彎強(qiáng)度。這些脆性材料測定抗拉強(qiáng)度很困難，且試樣加工也比較困難，因而采用彎曲試驗(yàn)。4可以用來檢測和比較表面熱處理層的質(zhì)量和性能。因彎曲試驗(yàn)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?yàn)樵S多機(jī)械零件(如脆性材料制作的刀具等)是在彎曲狀態(tài)下工作的,需要對這些零件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。

3、沖擊試驗(yàn)一種動態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，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(yàn)。

根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗(yàn)分為彎曲沖擊試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)和拉伸沖擊試驗(yàn)三種。橫梁式彎曲沖擊試驗(yàn)法操作簡單，應(yīng)用廣。按試驗(yàn)溫度常分為常溫沖擊試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)。韌性是材料承受載荷作用導(dǎo)致發(fā)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(fā)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(dá)到的大高度之間的差值可以直接轉(zhuǎn)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(yàn)，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(zhuǎn)變溫度，即當(dāng)溫度下降時(shí)，由韌性轉(zhuǎn)變成脆性行為的溫度范圍，在Ak-T曲線上表現(xiàn)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(zhuǎn)化區(qū)，脆性區(qū)和塑性區(qū)各占50%時(shí)的溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度（DBTT）。當(dāng)斷口上結(jié)晶或解理狀脆性區(qū)達(dá)到50%時(shí)，相應(yīng)的溫度稱為斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度（FATT）。脆性斷裂：材料在低溫?cái)嗔褧r(shí)會呈現(xiàn)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(yù)警的情況下所發(fā)生的斷裂，低倍放大鏡下斷口形貌往往是光亮的結(jié)晶狀。解理斷裂：當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，以極速率沿特定晶面產(chǎn)生的穿晶斷裂現(xiàn)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(qū)面積百分比定為0%；全脆型斷口：斷口晶狀區(qū)面積百分比定為；韌脆型斷口：斷口晶狀區(qū)面積百分比需用工具顯微鏡進(jìn)行測量，計(jì)算出斷口解理部分面積，計(jì)算出斷口晶狀區(qū)面積百分比。

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

硬度試驗(yàn)測量固體材料表面硬度的一種材料機(jī)械性能試驗(yàn)。硬度試驗(yàn)是材料試驗(yàn)中簡便的一種，與其他材料試驗(yàn)如拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)相比，具有以下特點(diǎn)：①試驗(yàn)可在零件上直接進(jìn)行而不論零件大小、厚薄和形狀；②試驗(yàn)時(shí)留在表面上的痕跡很小，零件不被破壞；③試驗(yàn)方法簡單、迅速。硬度試驗(yàn)在機(jī)械工業(yè)中廣泛用于檢驗(yàn)原材料和零件在熱處理后的質(zhì)量。由于硬度與其他機(jī)械性能有一定關(guān)系，也可根據(jù)硬度估計(jì)出零件和材料的其他機(jī)械性能。硬度試驗(yàn)方法很多，一般分為劃痕法、壓入法和動力法3類。硬度試驗(yàn)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(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)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(jì)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(guān)系。

將圖像處理系統(tǒng)應(yīng)用于金相分析，具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，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。*步：試樣選取部位確定及截取方式、選擇取樣部位及檢驗(yàn)面，此過程綜合考慮樣品的特點(diǎn)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(guī)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(jī)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(shí)留下的較深的劃痕，為拋光做準(zhǔn)備。對于一般的材料磨制方法分為手工磨制和機(jī)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(xì)微磨痕去除，成為光亮無痕的鏡面。一般分為機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電解拋光三種，而常用的為機(jī)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(jìn)行金相分析腐蝕。腐蝕的方法很多種，主要有化學(xué)腐蝕、電解腐蝕、恒電位腐蝕，而常用的為化學(xué)腐蝕。