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金屬力學(xué)性能測試分析
一、拉伸試驗
拉伸試驗是金屬材料中zui廣泛使用的力學(xué)性能試驗方法之一，實驗時對裝卡在試驗機上的試樣兩端緩慢地施加載荷，使試樣的工作部分受軸向拉伸載荷沿軸向伸長至拉斷為止。測定試樣對外加載荷的抗力，可以求出材料的強度判據(jù)，測定試樣在拉斷后的塑性變形，可以求出材料的塑性判據(jù)。
利用拉伸試驗得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的基本力學(xué)性能指標，強度指標如彈性極限、屈服強度和抗拉強度；塑性指標如斷后伸長率、斷面收縮率。
測試設(shè)備
通常利用力學(xué)試驗機進行金屬拉伸測試
拉伸測試制樣
金屬拉伸試樣通常是從毛坯件加工成特定形狀與尺寸，拉伸試樣的形狀與尺寸取決于被試驗材料的形狀與尺寸，橫截面形狀有圓形、矩形、多邊形、環(huán)形、其它形狀，zui常用的是圓形和矩形。
拉伸曲線分析
o-p 彈性變形階段：彈性變形、直線
p-e 滯彈性階段：彈性變形、曲線
e-s 屈服階段：應(yīng)力上下波動，沒有加工硬化
s-b 塑性應(yīng)變硬化階段：材料均勻塑性變形，出現(xiàn)加工硬化
b-k 縮頸變形階段：試樣出現(xiàn)所經(jīng)變形，拉力變小，到k點時*斷裂
性能指標
金屬材料拉伸主要性能包括：屈服強度、抗拉強度、斷口伸長率和斷口收縮率
屈服強度
屈服強度：當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形而載荷不增加的應(yīng)力點
下屈服強度ReL：在屈服期間內(nèi)，不計初始瞬時效應(yīng)時的zui小應(yīng)力
條件屈服：當無明顯屈服點時，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限
抗拉強度：試樣受外力（屈服階段之后）過程中所受到的zui大名義應(yīng)力
抗拉強度表征了材料在拉伸條件下所能承受的zui大應(yīng)力，物理意義是在于它反映了zui大均勻變形的抗力
抗拉強度是脆性金屬選材的依據(jù)
斷后伸長率和斷面伸縮率
斷后伸長率：原始標距部分的伸長與原始標距之百分比
斷面伸縮率：縮頸處橫截面積的zui大縮減量與原始橫截面積之百分比
- 壓縮試驗
壓縮試驗：金屬扭轉(zhuǎn)試驗是測試金屬在壓應(yīng)力作用下抗變形和抗破壞能力的試驗。壓縮試驗主要用于測定脆性或者冷脆性材料如生鐵、鑄造鋁合金、軸承合金的力學(xué)性能，對于塑性材料一般不做壓縮試驗。
- 硬度試驗
洛氏硬度
壓頭：圓錐角等于120°的圓錐體
直徑為1.588mm的淬火鋼球
洛氏硬度共九個標尺，常用標尺為A、B、C標尺
計算公式 HR=K-
K值 金剛石壓頭 100
球形壓頭 130
布氏硬度
壓頭材質(zhì)：淬火鋼球或硬質(zhì)合金球
維氏硬度
金剛石材質(zhì)、正四棱錐體、面角為136°
維氏硬度檢測時對于硬度均勻的材料可以任意選擇檢測力，其硬度值不變
- 斷裂韌性試驗
斷裂韌性試驗是一種評定含裂紋體材料的斷裂性能的試驗。強度概念認為：外力達到屈服強度時，材料產(chǎn)生塑性變形，外力達到抗拉強度Rm 時，材料產(chǎn)生斷裂破壞，對于含裂紋體的材料，則產(chǎn)生低于屈服強度的脆性斷裂。
斷裂韌性是一種以能量為基本參量的性能指標，它和材料內(nèi)裂紋的狀態(tài)和深淺度密切相關(guān)，它可為含裂紋體材料提供定量的性能指標。
斷裂韌性測試意義
裂紋（缺陷）是造成構(gòu)件低應(yīng)力脆斷的原因，斷裂力學(xué)即為研究物體強度和裂紋擴展規(guī)律的一門學(xué)科，即斷裂韌性，是斷裂力學(xué)認為一種能反映材料抵抗裂紋擴展的能力的性能指標。
樣品制備
斷裂韌性樣件種類較多，包括：三點彎曲試樣（SENB）、緊湊拉伸試驗（CT），C型拉伸試驗、圓形緊湊拉伸試樣，通常以前兩種為主。
- 沖擊試驗
- 沖擊測試意義：缺口試樣沖擊彎曲試驗是測量沖擊韌性來評定材料在沖擊載荷下對缺口的敏感性。
- 沖擊韌性可以有條件的作為一個零件工作時的安全指標。
- 可用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量
可用來評定材料的冷脆傾向
沖擊試驗分類
- 按缺口類型：可以分為V型和U型兩種沖擊試驗，他們的沖擊韌性值分別用Akv和Aku來表示
- 按溫度：可以分為常溫、高溫和低溫沖擊試驗
- 扭轉(zhuǎn)試驗
扭轉(zhuǎn)試驗：金屬扭轉(zhuǎn)試驗是測試金屬在切應(yīng)力作用下的力學(xué)性能的實驗技術(shù)，對于承受剪切扭轉(zhuǎn)的機械零件如車軸、鉆桿、鉚釘?shù)染哂兄匾膶嶋H意義。
當zui大切應(yīng)力大于材料的剪切強度時，材料呈切斷，斷面垂直于試樣軸線；當zui大正應(yīng)力大于材料的抗拉強度時，材料呈正斷，斷面和試樣軸線呈45°夾角
扭轉(zhuǎn)試驗可以明確區(qū)分材料是正斷還是切斷的斷裂方式
- 疲勞試驗
疲勞破壞：是指材料在低于抗拉強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過一定循環(huán)后，所發(fā)生的斷裂，即在斷裂前沒有明顯的塑性變形。
疲勞斷裂的特點
- 低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂；
- 脆性斷裂（不管是塑性材料還是脆性材料）；
- 對缺陷(缺口、裂紋及組織缺陷）十分敏感；
- 疲勞斷裂也是裂紋萌生和擴展的過程。
疲勞極限：當零件所受的應(yīng)力低于某一值時，即使循環(huán)周次無窮多也不會發(fā)生斷裂，稱此應(yīng)力為疲勞極限或疲勞強度。