金屬材料機(jī)械性能檢測(cè)知識(shí)匯總

貴州材料檢測(cè)為您講解金屬材料機(jī)械性能檢測(cè)知識(shí)

金屬在我們的生活領(lǐng)域中占據(jù)著相當(dāng)重要的作用，金屬幾乎是所有可見(jiàn)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，承擔(dān)著應(yīng)用的幾乎80%受力。隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了越來(lái)越多的新的金屬材料，那么金屬材料的機(jī)械性能檢測(cè)主要有哪些呢？

抗拉強(qiáng)度（tensile strength）試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力

抗拉強(qiáng)度是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。對(duì)于塑性材料，它表征材料最大均勻塑性變形的抗力，拉伸試樣在承受最大拉應(yīng)力之前，變形是均勻一致的，但超出之后，金屬開(kāi)始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形；對(duì)于沒(méi)有(或很小)均勻塑性變形的脆性材料，它反映了材料的斷裂抗力。符號(hào)為RM，單位為MPA。

試樣在拉伸過(guò)程中，材料經(jīng)過(guò)屈服階段后進(jìn)入強(qiáng)化階段后隨著橫向截面尺寸明顯縮小在拉斷時(shí)所承受的最大力（Fb），除以試樣原橫截面積（So）所得的應(yīng)力（σ），稱為抗拉強(qiáng)度或者強(qiáng)度極限（σb），單位為N/mm2（MPa）。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。

計(jì)算公式為：σ=Fb/So

式中：Fb--試樣拉斷時(shí)所承受的最大力，N（牛頓）；So--試樣原始橫截面積，mm2。

抗拉強(qiáng)度（Rm）指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。當(dāng)鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶粒重新排列，其抵抗變形能力又重新提高，此時(shí)變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高，直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后，鋼材抵抗變形的能力明顯降低，并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形，此處試件截面迅速縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。

單位:kn/mm2(單位面積承受的公斤力)

抗拉強(qiáng)度：Tensile strength.

抗拉強(qiáng)度=Eh，其中E為楊氏模量，h為材料厚度

目前國(guó)內(nèi)測(cè)量抗拉強(qiáng)度比較普遍的方法是采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)等來(lái)進(jìn)行材料抗拉/壓強(qiáng)度的測(cè)定!

屈服強(qiáng)度（yield strength）

屈服強(qiáng)度：是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。對(duì)于無(wú)明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。大于此極限的外力作用，將會(huì)使零件永久失效，無(wú)法恢復(fù)。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當(dāng)大于此極限的外力作用之下，零件將會(huì)產(chǎn)生永久變形，小于這個(gè)的，零件還會(huì)恢復(fù)原來(lái)的樣子。

yield strength，又稱為屈服極限 ，常用符號(hào)δs，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。

（1）對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；

（2）對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為0.2%的原始標(biāo)距）時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過(guò)材料屈服極限后產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)變?cè)龃螅共牧鲜?，不能正常使用?/p>

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)微小波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為下屈服點(diǎn)和上屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度(ReL或Rp0.2)。

a．屈服點(diǎn)yield point（σs）

試樣在試驗(yàn)過(guò)程中力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)（變形）時(shí)的應(yīng)力。

b．上屈服點(diǎn)upper yield point（σsu）

試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力。

c．下屈服點(diǎn)lower yield point（σSL）

貴州材料檢測(cè)當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力。

有些鋼材(如高碳鋼)無(wú)明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2%)時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度（yield strength）。

首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形（外力撤銷后可以恢復(fù)原來(lái)形狀）和塑性變形（外力撤銷后不能恢復(fù)原來(lái)形狀，形狀發(fā)生變化，伸長(zhǎng)或縮短）。

所謂屈服，是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后，金屬開(kāi)始從彈性狀態(tài)非均勻的向彈-塑性狀態(tài)過(guò)渡，它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開(kāi)始。

斷面收縮率（percentage reduction of area 、reduction of area）

伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長(zhǎng)率越大或斷面收縮率越高，說(shuō)明鋼材塑性越大。鋼材塑性大，不僅便于進(jìn)行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。因?yàn)殇摬牡乃苄宰冃文苷{(diào)整局部高峰應(yīng)力，使之趨于平緩，以免引起建筑結(jié)構(gòu)的局部破壞及其所導(dǎo)致的整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞；鋼材在塑性破壞前，有很明顯的變形和較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于人們發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。

硬度（Hardness）

（1）、洛氏硬度

是以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值指標(biāo)。以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。當(dāng)HB>450或者試樣過(guò)小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示：

HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。

HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。

（2）、布氏硬度

布氏硬度(HB)一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度較高的材料，如熱處理后的硬度等等。

布氏硬度(HB)是以一定大小的試驗(yàn)載荷，將一定直徑的淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間，然后卸荷，測(cè)量被測(cè)表面壓痕直徑。布氏硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為：以一定的載荷將一定大小的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。測(cè)試載荷與測(cè)試鋼球的直徑需根據(jù)材料的實(shí)際性能再確定。

（3）、維氏硬度

維氏硬度試驗(yàn)方法是英國(guó)史密斯（R.L.Smith）和塞德蘭德（C.E.Sandland）于1925年提出的。英國(guó)的維克斯—阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司試制了第一臺(tái)以此方法進(jìn)行試驗(yàn)的硬度計(jì)。和布氏、洛氏硬度試驗(yàn)相比，維氏硬度試驗(yàn)測(cè)量范圍較寬，從較軟材料到超硬材料，幾乎涵蓋各種材料。

維氏硬度的測(cè)定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來(lái)計(jì)算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗(yàn)的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗(yàn)時(shí)，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，借以計(jì)算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值，用符號(hào)HV表示。

（4）、里氏硬度

里氏硬度是以HL表示，里氏硬度測(cè)試技術(shù)是由瑞士狄爾馬，里伯博士發(fā)明的，它是用一定質(zhì)量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體，在一定力的作用下沖擊試件表面，然后反彈。由于材料硬度不同，撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料，當(dāng)沖擊體上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其外圍線圈便感應(yīng)出與速度成正比的電磁信號(hào)，再通過(guò)電子線路轉(zhuǎn)換成里氏硬度值。

（5）、肖氏硬度

簡(jiǎn)稱HS。表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。由英國(guó)人肖爾(Albert F.Shore)首先提出。

應(yīng)用彈性回跳法將撞銷從一定高度落到所試材料的表面上而發(fā)生回跳。撞銷是一只具有尖端的小錐，尖端上常鑲有金剛鉆。測(cè)試數(shù)值為1000x撞銷返回速度/撞銷初始速度（即為碰撞前后的速度比乘以1000）

（6）、巴氏硬度

巴柯?tīng)?Barcol)硬度(簡(jiǎn)稱巴氏硬度), 最早由美國(guó) Barber-Colman公司提出，是近代國(guó)際上廣泛采用的一種硬度門類，　一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗(yàn)力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076mm為一個(gè)巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。

（7）、努氏硬度

努氏硬度是作為絕對(duì)數(shù)值而測(cè)得的硬度，主要在加工方面使用該數(shù)值。一般來(lái)說(shuō)，金剛石的努氏硬度為7000~8000千克/平方毫米

（8）、韋氏硬度

一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義0.01mm的壓入深度為一個(gè)韋氏硬度單位。韋氏硬度單位表示為HW。

硬度檢測(cè)種類

1. HRA:(洛氏A)用于量測(cè)熱處理硬質(zhì)鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼及其它軟硬材質(zhì)的硬度測(cè)試。

2. HK:(Knoop 努氏)用于量測(cè)較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。

3. HRC:(Rockwell C洛氏)用于量測(cè)熱處理鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。

4. HRB:(Rockwell B洛氏)用于量測(cè)較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。

5. HR30T:(Rockwell 30T洛氏) 用于量測(cè)較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。

6. HB5:(Brinell 布氏5)用于量測(cè)鋁、軟質(zhì)鋁合金、鑄鐵、銅、黃銅等。

7. HB30:(Brinell 布氏30)用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等。

8. HV:(Vickers維氏)適用于量測(cè)各類材料。

9. R:(Tensile module拉伸模數(shù) N/mm2)用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等。

10. HR15N:(Rockwell 洛氏HR15N)用于量測(cè)熱處理硬質(zhì)鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。

鹽霧測(cè)試（Salt spray test）

腐蝕是材料或其性能在環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)。大多數(shù)的腐蝕發(fā)生在大氣環(huán)境中，大氣中含有氧氣、濕度、溫度變化和污染物等腐蝕成分和腐蝕因素。鹽霧腐蝕就是一種常見(jiàn)和最有破壞性的大氣腐蝕。 鹽霧對(duì)金屬材料表面的腐蝕是由于含有的氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護(hù)層與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的。同時(shí)，貴州材料檢測(cè)氯離子含有一定的水合能，易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫排擠并取代氯化層中的氧，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化態(tài)表面變成活潑表面。造成對(duì)產(chǎn)品極壞的不良反應(yīng)。