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                金属材料力学性能测试项目一般有哪些?
                时间:2020-10-28 13:47:52   阅读

                人们要有效地使用材料,首先必须要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素。每种材料的失效形⌒ 式均与其相关的力学性能有关,结合材料的失效形式,人们可以通过设计实验来了解材料各方面的力学性能。常见的金属材料力学性能╳试验,包括拉■伸试验、压缩试验、扭转试验、硬度试验、冲击韧〖度试验、疲劳试验ξ等。


                一、拉伸试验

                金属力学性能╳试验方法是检测和评定冶金产品质量的重要手段之一,其中拉伸试验则是应用最广泛的力学ω性能试验方法。拉伸性能指标是金属材料的研制、生产和验收最主♂要的测试项目之一,拉伸〗试验过程中的各项强度和塑性性能指标是反映金属材料力学性能的重要参数。


                金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验,是了解材★料力学性能最全面,最方便的实验♂。

                拉伸试验操作简单、方便,通过获得的应』力应变曲线包含了大量信息,很容易看出材料的各项力学性能,如比例极限、弹性模量、屈服极限、强度极限等等,因此拉伸试验成为了应用最广泛的力学性能试验方法。

                拉伸实验中材料在达到破坏前的变形〓是均匀的,能够得到单向的应力应变关系,但其缺点是难以获得大的变形量,缩小了测试范围。

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                二、压缩试验

                压缩试验主要用于测定材料的压缩屈服极限以抗拉强度,并通过实验观察材料在压缩过程∑中的各种现象(主要是变形和破坏形式),以此来比较各种材料的压缩机械性能的特点。


                压缩试验原理

                将试样放在试验机的两压板之间,开动试验机缓慢进行加载,使试样受『到缓慢增加的压力作用,示力指针缓慢匀速转动,并利用试验机的绘图装←置自动绘出压缩图。

                由于试样两端不可能理想的平行,试验时必须使用球形承垫,并且试样应置于球形承垫中心,藉以球形承垫的自动调节作用实现试样的轴向受压。

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                压缩试●验的特点

                相比拉伸试验█,压缩试验可以很大的变形量,弥补了材料在拉伸力学性能测试中的不足。材料实验表明,对于多数金属材料,拉伸实验在材料破坏前给出的应力应变关系与压缩实验相□同,因此压缩试验在金属成形的材料实验中有〓着广泛的用途。

                但是压缩实验因为材料端面的摩擦效应,一般难以获得均匀变形,必须有良好的润滑条件来消除摩擦或讲摩擦效应降到极小,才能获得较准确的材料性能。


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                三、扭转试验

                扭转试验是观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行ξ 为。通过观察材料的破坏∮方式来测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。

                扭转实验原理

                试件承受扭矩时,材料处于纯剪切应力状态,是拉伸以外的又一重要应力状态,常用扭转◣实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。


                四、硬度试验

                金属硬度试验按受力方式可分※为压入法 、刻划法两种,一般来说普遍采用压入法;按加力速度可分为静力试验法和动力试验法两种,其中静力试验法最为普遍,常用的布、洛、维氏硬度等均属静▓力压入试验法。


                1.布氏╳硬度试验法

                将一定直径的硬质合金球施加试验力压入卐试样表面经规定的保持时间后,卸除试验力,测量试样表面压痕的直径。

                布氏硬度的特点

                布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好,由于通常采用的是10mm球压头,3000kg试验力,其压痕面Ψ 积较大,能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值,而不受个别组成相及微小不均匀度的影响,因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定,重现性好,精度▅高于洛氏,低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。

                布氏硬度试验的缺点是压痕较大,成品检验有困难,试验过程比洛氏硬度试验复杂,要分别完成测量操作和压痕测量,因此要求操作者▽具有一定的经验。

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                布氏∞硬度的应用

                布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度测试,锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属、钢材和经过调质热处理的ζ 半成品工件,采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测,由于压痕较大,一般不用于成品检测。

                布氏硬度试验法一般用于试验各种硬△度不高的钢材、铸铁、有色金属等,也用于试○验经淬火、回火但硬度不高的钢件。由于布氏硬度试验的压痕较大,试验结果能更好地代表试件的硬度。


                2.洛氏硬度实验

                采用顶角为 120°金刚石圆锥压头或者直径为1.588mm的淬火︽钢球压头。测试时先加预载荷Fo,压头从起始位置0-0到1-1位置,压入试件深度为h1,后加总载荷F(为主载荷加上预载荷),压头位置为≡∏2-2,压入深度为h2,停留数秒后,将¤主载荷卸除,保留预载荷。由于被测试件弹性变形恢复,压头略为提高,位置为 3-3,实际压入试件深度为h3,因此在主载荷作用下,压头压入试件的深度▆▆h= h3一 h1 。

                洛氏硬度的特点

                洛氏硬度的优点:操作较为简便;压痕小,对工件损伤小,归于无损检测一类,可对成品直接╲进行测量;测量范围广,较为常用的就有A、B、C三种标尺,可以测量各种软①硬不同,厚薄不同的材料。

                洛氏硬度试验的缺点为测量结果有局限性,对每一个工件测量点数一般不少于3个点。

                洛氏硬度的应用

                洛氏硬度测量范围:可用于成品和薄件,但不宜测量№组织粗大不均匀的材料


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                3.维氏硬度试验

                维氏硬度试验是用一个相对面夹角为136°的正四棱锥体金钢石以规定的试验力F压入卐试样表面,经保持规定时间后,卸除试验力,测出压※痕表面积,维氏硬度值是试验力F与压痕表面积S之比,即HV=F/ S

                维氏硬度的特点

                维氏硬度试●验的优点:

                1)维氏硬度试验的压痕是正方形,轻廓清晰,对角线测量准确↑↑,因此,维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的,同时它的重复性也很好,这一点比布氏硬度计优越。

                2)维氏硬度试验测量范围宽广,可以测量目前工业上卐所用到的几乎全部金属材料,从很软的材料(几个维氏硬度单々位)到很硬的材料(3000个维氏硬度单位)都可测量。

                3)维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关,只要是硬度均匀的材料,可以任意选◤择试验力,其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。

                4)在中、低硬度值范围内,在同一均匀材料上,维氏硬度⊙试验和布氏硬度试验结果会得到近似的硬度值。

                5)维氏硬度试验的试验力可以小到10gF,压痕非□常小,特别适合测试薄小材料。

                维氏硬度试验的缺点:

                维氏硬度试验效率低,要求较高的试验技术,对于试样表面的光洁度要求较高,通常需①要制作专门的试样,操作麻烦费时,通常只在实验室中使用。

                维氏硬度的应用

                维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精密零件【的硬度,表面硬化层硬度和》有效硬化层深度,镀层的表面硬度,薄片◣材料和细线材的硬度,刀刃附近的硬度,牙科材料的硬度等,由于试验力很小,压痕也很小,试样外观和使用性能都可以不受影响。显微维氏硬氏试验主要用于↓金属学和金相▅学研究。用于测定金属组织中各组成相的硬度,用于研究难熔化合物脆性等。显微维氏硬度试验还用于极小或极薄零件的测试,零件厚度可薄至3μm。


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                五、冲击韧度试验

                冲击实验的意义在于测量材料在冲击载荷作用下的冲击吸收功以及测定材料的的『冲击韧度值αK 。

                冲击试件

                工程上常用金属材料的冲击试件一般在带缺口槽的矩形试件,做成制品的目的是为了便于揭露各因素对材料在高速变形时的冲击抗力的影响。缺口形状和试件尺寸对材料的冲击韧度值αk的影响⌒ 极大,要保证实验结果能进行比较,试件必须严格按照冶金工业部的部颁布标准制作。


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                冲击实验原理

                材料冲击实验是一种动态力学实验,它☆是将具有一定形状和尺寸的U 型或V型缺口的试样,在冲击载荷作用下折断,以测▼定其冲击吸收功AK和冲击韧性值αK的一种实验方法。

                冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行,实验时将试样放在试验机支座上,缺口位于冲击相背方向,并ㄨ使缺口位于支座中间。然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度H1,使其获得一定位能mgH1。释放摆锤冲断试样,摆锤的剩余能量为mgH2,则摆锤冲断试样失去的势能为mgH1 -mgH2。

                冲击试验断口评定方法

                结合标准规定♂的方法,通常采用的韧性断面率(纤维断面率)评定方法◥有4 种方法:

                1)比较法:采用将断口与如国际标准或美国 ASTM E23 标准给定的标准实物断口形貌图比较确定

                2)测量法:测量断口晶状断裂部分面积的长度和宽度(作近似矩形面积▲)或上、下底高(作近似梯形面积),计算ぷ其面积。

                3)放大测量法:

                A. 把试样断口拍片放大,利用求积仪测量。

                B. 利用低倍显微镜等光学仪器(图象分析技术)测量。

                4)用带标】尺的方孔卡片法、网格卡片法╲。

                夏比冲击断口形貌的评定,其准确∩度并不很高。按照英国标准BS131-5:1965《结晶度的测定》提示,前述的“比较法”法,对于有经验的操作人员能达到约10%的准确度,而其他几种方法准确性相对高些,但比较法简单方便。


                六、疲劳试验

                疲劳实验的基本目的是确定材料的◤疲劳极限(或说持久№极限),通常采用的是旋转弯曲疲劳实验。疲劳极限按其定义是材料在交变应力作用下,能经受无限次循环而不破坏的最大应力的极限值。

                疲劳失效与静载荷下的失效不同,断裂前没有明显的塑性变■化,发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险▽性,常常造成严重的事故。据统计,大部分机械零件的失效是由金属疲劳造成的。因此,工程上十分重视对疲劳规律的研究。无裂纹材料的疲劳性能判据主要是疲劳极限和疲劳缺口敏感度等。

                实验原理

                取一组同样的试件(8~12根),每根试件选择不同的︻应力进行实验。第一根试↑件的最大应力一般为0.6~0.7σb(σb为静荷强度极限),记下试件发生破坏的循环数N,以后各根试件的应力依次减少20~40N/mm2,直到最后一根试件在规定的循环次数尚不□ 破坏时为止。最后的两根试件(破坏的和未破坏的)的应力差,应不大于10N/mm2。所得实验结果△可绘成以σ和N为坐标的疲劳曲线,该曲线渐近线纵坐标即定为材料的疲劳极限。