金属薄板力学性能试验方法的研究
金属材料力学性能试验方法和试验设备的新进展
目前没计划
GB/T 7314-2005 金属材料 室温压缩试验方法
2005-05-13 2005-10-01 无相应国际标准
2013 年修订，拟采标 ASTM E9-09
GB/T 8358-2006 GB/T 10128-2007 GB/T 13239-2006 GB/T 22315-2008 GB/T 24191-2009 GB/T 24584-2009
金属弯曲力学性能试验方法
1993-06-01 1993-10-01 无相应国际标准
2012 年修订
表 3 金属高温长时试验标准采标及制修订情况
标准编号 GB/T 2039-2012 GB/T 10120-1996
标准名称 金属拉伸蠕变及持久试验方法 金属应力松弛试验方法
批准日期 2012-06-29 1996-09-27
采标情况
1999-03-23 1999-10-01 尚未采标
1998-10-16 1999-08-01 采标 ISO377：1997 2008-05-13 2008-11-01 采标 ISO 23718：2007 2009-06-25 2010-04-01 采标 ISO 25679：2005
制修订计划 暂时没计划（ISO 正在制定国际 标准，待完成后立即转化）
GB/T
24171.2-2009
金属材料 薄板和薄带 成形极限曲线的测定 第 2 部分：实验室成形极限曲线的测定
2009-06-25
2010-04-01 采标 ISO 12004-2：2008 目前没计划
GB/T 24172-2009 GB/T 24183-2009 GB/T 24524-2009 YB/T 5293-2006 GB/T 25047-2010 GB/T 25048-2010
材料力学性能测试实验报告
材料基本力学性能试验—拉伸和弯曲一、实验原理拉伸实验原理拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉至断裂为止，通过记录的力——位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。
对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图1所示，图1金属试样拉伸示意图则样品中的应力为其中A为样品横截面的面积。
应变定义为其中△l是试样拉伸变形的长度。
典型的金属拉伸实验曲线见图2所示。
图3金属拉伸的四个阶段典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图3(a)-(d)所示。
直线部分的斜率E就是杨氏模量、σs点是屈服点。
金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩现象，接着产生强化后最终断裂。
弯曲实验原理可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实验结果测定材料弯曲力学性能。
为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。
三点弯曲的示意图如图4所示。
图4三点弯曲试验示意图据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C点的总挠度和力F之间的关系是其中I为试样截面的惯性矩，E为杨氏模量。
弯曲弹性模量的测定将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施加横向力对样品进行弯曲，对于矩形截面的试样，具体符号及弯曲示意如图5所示。
对试样施加相当于σpb0.01。
(或σrb0.01)的10％以下的预弯应力F。
并记录此力和跨中点处的挠度，然后对试样连续施加弯曲力，直至相应于σpb0.01(或σrb0.01)的50％。
记录弯曲力的增量DF和相应挠度的增量Df,则弯曲弹性模量为对于矩形横截面试样，横截面的惯性矩I为其中b、h分别是试样横截面的宽度和高度。
也可用自动方法连续记录弯曲力——挠度曲线至超过相应的σpb0.01(或σrb0.01)的弯曲力。
宜使曲线弹性直线段与力轴的夹角不小于40o,弹性直线段的高度应超过力轴量程的3/5。
在曲线图上确定最佳弹性直线段，读取该直线段的弯曲力增量和相应的挠度增量，见图6所示。
然后利用式(4)计算弯曲弹性模量。
二、试样要求1.拉伸实验对厚、薄板材，一般采用矩形试样，其宽度根据产品厚度(通常为0.10-25mm)，采用10,12.5,15,20,25和30mm六种比例试样，尽可能采用lo =5.65（F）0.5的短比例试样。
ZK61镁合金薄板轧制与组织、织构及性能研究共3篇
ZK61镁合金薄板轧制与组织、织构及性能研究共3篇ZK61镁合金薄板轧制与组织、织构及性能研究1ZK61镁合金薄板轧制与组织、织构及性能研究摘要：为了研究ZK61镁合金薄板的轧制工艺对其组织、织构及性能的影响，本文采用了压下式轧制工艺，通过金相显微镜、SEM、XRD等手段对材料进行了组织、织构及性能的表征。
结果表明，通过选取合适的轧制参数，可以得到具有优异织构性能的ZK61镁合金薄板，并且该薄板具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和耐磨性能，可以满足航空、汽车和轻量化领域的应用需求。
关键词：ZK61镁合金薄板；轧制工艺；组织；织构；力学性能1. 引言随着航空、汽车和轻量化领域的不断发展，对于轻量、高强、耐腐蚀的材料需求越来越高。
镁合金作为一种轻质高强、耐腐蚀的材料，已成为这些领域中的重要材料之一。
ZK61镁合金薄板作为一种广泛应用的材料之一，其具有优异的机械性能、良好的耐腐蚀性能和较高的加工性能，在航空、汽车和轻量化领域有着广泛的应用。
然而，由于ZK61镁合金材料具有低的塑性和低的机械性能，为了提高其塑性和机械性能，需要对其进行适当的加工工艺调控。
本文对ZK61镁合金薄板的轧制工艺进行了研究，通过对材料的组织、织构及性能进行表征，为该材料的应用提供了理论依据和实验基础。
2. 实验方法2.1 材料制备选取ZK61镁合金作为实验材料，在真空熔炼炉中进行高纯度的熔炼，得到ZK61镁合金毛坯。
然后对毛坯进行热轧工艺，将其制备成为初始厚度为3mm的扁平坯。
之后，在热轧之后进行冷轧，将材料制备成为厚度约为0.5mm的镁合金薄板。
最后对薄板进行退火处理，使其组织稳定。
2.2 薄板表征对制备好的ZK61镁合金薄板进行金相显微镜、SEM、XRD等手段对其组织、织构及性能进行表征。
其中金相显微镜用于对薄板的组织进行观测和分析，SEM用于对其表面形貌进行观察和表征，XRD用于对其晶体结构进行分析和确定。
2.3 力学性能测试将制备好的ZK61镁合金薄板进行拉伸试验和硬度测试，得到其力学性能数据。
金属材料薄板和薄带摩擦系数试验方法
YB/T ×××××-200×金属材料薄板和薄带 摩擦系数试验方法Metallic Materials Sheet and Strip Method for Coefficient of Friction编 制 说 明行业标准起草小组2011年4月金属材料薄板和薄带 摩擦系数试验方法编 制 说 明一、 任务来源根据国家工业与信息化部2010年第一批行业标准修订项目计划，《金属材料薄板和薄带摩擦系数试验方法》行业标准由武汉钢铁（集团）公司联合华中科技大学和冶金工业标准研究院共同起草。
二、 起草过程和征求意见情况摩擦广泛存在于实际生产与生活中，是固体力学的研究重点之一。
当两相互接触的物体之间有相对运动或相对运动趋势时，会在接触表面上产生阻碍相对运动的机械作用力，即为摩擦力，而相互摩擦的两物体称为摩擦副。
按摩擦副的运动状态，摩擦可分为静摩擦和动摩擦，前者是指相互接触的两物体间有相对运动趋势并处于静止临界状态时的摩擦，后者是相互接触的两物体越过静止临界状态而发生相对运动时的摩擦。
摩擦系数则是指两接触表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力比值，摩擦系数通常和接触表面的粗糙度有关，而和接触面积的大小无关。
依据运动的性质，可分为静摩擦系数和动摩擦系数。
两接触表面在相对移动开始时的最大阻力为静摩擦力，与法向力的比值即为静摩擦系数。
两接触表面以一定速度相对移动时的阻力，与法向力的比值即为动摩擦系数。
需要强调的是，摩擦系数是与一组摩擦副相对应的，与组成摩擦副的两接触物体的材质和粗糙度相关，单纯讲某种材料的摩擦系数是没有意义的。
多数学者认为摩擦力的本质是由物体接触面上的分子间内聚力引起的。
然而事实上，对于两个相互接触的物体来讲，只有在表面间的微观凸起才相互接触，而大多数地方是不接触的，因此实际接触面积远小于表观接触面积(即我们所测定的试样面积) 。
摩擦阻力与实际接触面积成正比( 不是与表观接触面积成正比)，一般实际接触面积又与表面上的正压力成正比，因此摩擦力与正压力成正比。
不同应力状态下St14—T冷轧薄板本构关系研究
２ ２ 试 验 方 法 ．
液压 胀 形 试 验 在 ＭＴＳ多 功 能 金 属 薄 板 成 形 系
统 上 进行 ，该设 备 由 主机 架 、控 制 系统 和 液压 动 力 系统 等三 部分 组 成 。其 中主 机 架 采 用 刚性 较好 的 四 立 柱式 设 计 ，包 括 冲头 作 动器 、环 向压 边 力作 动器
８
Ｍ ａ
３ ０ ０ ３ ０ ０ ２ ５ ９ ４５ ４７ ４ ４
值
ｒ值
Ｋ
５３ ３
值 ｒ值
平 均 平 均
０ ２ ４ ． ３ ２ ７ ． ７ ０ ２ ４ ． ３ ２ １ ． ５ ０． ４ ２ ３ ２ ３ ． ７
如采 用极 限拉 深 比衡 量 材 料 的拉 深 性 能 ，采 用 扩 孔
试 验 衡 量材料 的 翻边 性 能 ，采 用 杯 突 试 验 衡 量 材 料
５３ ０ ２ ６ ２ ３ ４ ． ３ ６
．
５３ ２
的拉 胀性 能 等 。 近 年来 ，随 着 计 算 机 技 术 的 日益 发 展 ，在 确 定 材 料应 力 应变 关 系 的基 础 上 ，根 据 零 件 的 冲压 工 况 和 模具 几何 模 型 开展 有 限 元 仿 真 分 析 、预 测 变形 过 程 的金 属流 动 规 律 和 应 变 分 布 ，已成 为 一 种 行 之 有 效 的分 析 方 法 ＿ 。但 目前 仿 真 分 析 所 用 板 材 的应 ３ ］ 力应 变 关 系大 多 采用 单 向拉 伸 试 验 确 定 。而 在 实 际 冲压 生产 过 程 中 ，板 材 成 形 大 多 都 是 在 双 向应 力 状 态 下进 行 的 ，且 板 材 在 单 拉 条 件 下 变 形 往 往 由 于失
薄板06Cr19Ni10不锈钢焊接接头组织与性能的研究
薄板06Cr19Ni10不锈钢焊接接头组织与性能的研究董强;许鸿吉;谢明;岳秀峰;李晨【摘要】通过对微束等离子弧焊和冷金属过渡焊(CMT)的1.5mm厚06Cr19Ni10奥氏体不锈钢薄板焊接接头的组织与性能的对比,发现微束等离子弧焊接头抗拉强度及疲劳强度均略低于冷金属过渡焊,两种焊接方法下接头弯曲性能均良好,焊缝区硬度均低于母材且CMT焊缝区硬度值略高于微束等离子弧焊,焊缝组织均为奥氏体+不同形态的δ铁素体组织,组织呈柱状晶.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】5页(P65-69)【关键词】06Cr19Ni10不锈钢;微束等离子弧焊;CMT;组织与性能【作者】董强;许鸿吉;谢明;岳秀峰;李晨【作者单位】大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028【正文语种】中文【中图分类】TG44406Cr19Ni10为亚稳定型奥氏体不锈钢，因其具较好的室温、低温力学性能，便于进行机械加工、冲压，且在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的耐热性能而大量应用于仪表仪器、医疗设备、石油精炼、铁路机车等重要领域[1]。
但相比于碳钢，奥氏体不锈钢具有电阻率高、热导率小、线膨胀系数大等特点，因此在焊接过程中会产生较大的热应力，容易出现烧穿和较大的焊接变形[2]。
普通的焊接方法(MAG、MIG等)热输入大，焊接变形严重，不适宜不锈钢尤其是薄板不锈钢的焊接[3]。
TIG焊虽然电弧稳定，可以用于焊接不锈钢薄板，但其生产效率低，大大限制了其在实际生产中的普遍应用[4]。
微束等离子弧焊、冷金属过渡焊(cold metal transfer，即CMT焊)技术已成功应用于大多数金属的焊接中，国外已在奥氏体不锈钢薄板的焊接生产中得到了较为广泛应用，为奥氏体不锈钢的薄板焊接提供了一种高效可靠的焊接方法[5]。
金属材料拉伸试验：室温试验方法
a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断裂性能。 c.研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能时，都要测定材料的拉伸性能。 注意：拉伸试验的应力状态、加载速率、温度、试面积上承受的的力，用千帕（KPa）或兆帕（MPa）表示。 工程构件可能受到的应力类型有：拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲 等
增加了资料性附录A计算机控制拉伸试验机使用时的建议；
增加了资料性附录F考虑试验机刚度后估算的横梁位移速率方法
符号变化
GB/T 228-2010 GB/T 228-2002 a0，T b0 a b 定义 矩形横截面试样原始厚度或管壁 厚度
矩形横截面试样平行长度的原始 宽度或管的纵向剖条宽度或扁丝 原始宽度 圆形横截面试样平行长度的原始 直径或圆丝原始直径或管的原始 内径
管原始外直径 无颈缩塑性伸长率 断裂总延伸 应变速率
d0 D0 AWN △Lf
d D Ag 无 无
eL e
符号变化
GB/T 228-2010 GB/T 228-2002 无 无 无 无 无 εP εt εr 定义 平行长度估计的应变速率 横梁位移速率 应力速率 应力-延伸率曲线在给定试验时 刻的斜率
eL c
Vc
R
m mE 无 无 无
应力-延伸率曲线弹性部分的斜率
规定非比例延伸率 规定总延伸率 规定残余延伸率
学习讨论内容
拉伸试验概述 金属拉伸试验准备 试验速率模式 主要技术内容
一、拉伸试验概述
1.单向拉伸试验特点
• • • 应力状态：单向拉应力，应力状态简单，最常用的力学性能试验方法 拉伸试验反映的信息：弹性变形、塑性变形和断裂（三种基本力学行为），能综合评 定力学性能。 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延伸率、加工硬化和韧性等重要的力学性能指 标，它是材料的基本力学性能。
金属薄板包辛格效应的试验研究
金属薄板包辛格效应的试验研究刘迪辉;庄京彪;李光耀【摘要】Experimental measurement of Bauschinger effect of sheet metal is of great difficulty, such a device was manufactured to avoid bending of specimen in the compression progress. With the device tension-compression tests were carried out and the stress - strain relationships in different pretension strains were obtained,and the parameters to describe Bauchinger effect were calculated. The phenomenon of Bauschinger effect,such as the rounding of the reverse flow curve,yielding at low reverse stresses and permanent softening was discussed.%针对薄板包辛格效应力学参数难于测量的问题,在试验中设计并加工了一套夹具来避免材料反向加载时的弯曲变形.通过薄板拉伸压缩循环加载试验,获取了材料在不同预应变下的包辛格效应曲线,计算了包辛格效应的力学参数,分析了试验中出现的反向流变曲线圆化、反向屈服应力减小、永久软化等现象.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2013(024)004【总页数】6页(P542-546,556)【关键词】车身冲压成形;回弹;包辛格效应;永久软化【作者】刘迪辉;庄京彪;李光耀【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TG386.410 引言金属在一个方向发生塑性变形后再反向变形时，其屈服强度下降的现象称为包辛格效应（Bauschinger effect）。
西安交通大学材料力学性能试验报告——断裂韧性
材料力学性能实验报告姓名: 班级: 学号: 成绩:
K的测定
实验名称实验六断裂韧性
1C
实验目的了解金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法。
实验设备 1.CSS-88100万能材料试验机；
2.工具读数显微镜一台；
3.位移测量器；
4.千分尺一把；
5.三点弯曲试样40Cr和20#钢试样各两个。
试样示意图
图1 三点弯曲试样
由于三向应力的存在，使得裂纹扩展区域的位错运动困难，受到更大的摩擦力，从而塑性变差，更易发生脆断。
附录一:
断裂韧性试验中断口照片:
附录二:
%根据试验的数据画P-V 曲线的matlab 程序
%在运行程序之前, 需要将数据导入到matlab 中: “File ”|“Import Data ” (a)试样01的断口图 (b)试样02的断口图
图7 40Cr800℃淬火+100℃回火断口图
(a)试样412的断口图 (b)试样415的断口图
图8 20#退火态试样的断口图
图3 40Cr800℃+100℃回火试样01的P-V 曲线
0.5
1.5
2.5
4
变形/mm
力/N
图4 40Cr800℃+100℃回火试样02的P-V 曲线
4
变形/mm
力/N
变形/mm
力/N
图5 20#钢退火态试样412的P-V 曲线
变形/mm 力/N
图6 20#钢退火态试样415的P-V 曲线。
材料加工原理实验
实验一金属结晶过程及铸锭组织观察实验项目性质：普通实验实验计划学时：2学时一、实验目的1．观察盐类及金属的结晶过程2．了解并掌握金属及合金铸锭组织的形成，明确金属及合金铸锭组织的控制方法3．观察并描绘不同条件下纯铝的铸锭组织二、实验概述结晶过程包括晶核的形成和长大两个过程。
晶粒的形状及大小，根据冷却条件及其他因素不同而不同。
金属及盐类最常见到的晶体形状是树枝状晶体，又称枝晶。
用生物显微可以直接观察透明盐类（如氯化铵、硝酸银等）的结晶过程。
在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵溶液，放在生物显微镜下观察它的结晶过程。
随着溶液的蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，由于液滴边缘处最薄，因此蒸发得最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。
结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶粒，这是由于此时液滴外层较薄，蒸了很快，在短时期内产生大量的晶核之故。
结晶的第二阶段是较为粗大的柱状晶，其成长的方向是伸向液滴中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里的，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的，带有方向性的柱状晶。
结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴晶。
这是由于液滴中心此时也变得较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，在此可以看到明显的树枝晶组织。
从而可以看出，盐液滴由于蒸发而进行的结晶过程及所得的结晶组织与铸锭的结晶过程与组织是很相似的。
金属不透明，因此一般不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。
但是金属凝固后可以将铸锭沿纵剖面或横剖面切开，经过磨制和浸蚀后就可以分析它的组织和形成过程。
另外，也可以利用化学中的取代（置换）现象来观察金属晶体的生长过程。
例如：硝酸银的水溶液中放入一段细铜丝。
铜将开始溶解，而银则沉淀出来，其反应如下：Cu + 2AgNO3 2Ag↓+Cu(NO3)2如果在生物显微镜下观察，则可以看到银的枝晶生长过程。
需要说明，金属的结晶是在液态金属冷却的过程中进行的，当具有一定的过冷度时，金属就开始结晶。
不锈钢薄板激光点焊工艺对金相组织的影响分析
不锈钢薄板激光点焊工艺对金相组织的影响分析简弃非;曹颂阳;赵晶;肖金平【摘要】以厚度为0.5 mm的304不锈钢薄板作为研究对象,通过实验探讨了不同工艺下激光点焊的金相组织、力学性能.经过焊点金相微观组织的观察和焊点拉伸强度的试验,可得出结论:激光点焊焊接质量良好,很少出现气孔、飞溅、焊接裂纹、未熔透、未熔合等焊接缺陷,而且不同的激光功率密度或加热时间,对焊点的形貌、尺寸和金相组织有很大影响;焊点处的耐腐蚀性强度比母材低,而且大部分焊点拉伸位移达到1.5 mm左右就会断裂,平均拉伸强度比母材低281.2 MPa,但平均屈服强度比母材高,满足不锈钢薄板作为换热器的需求.【期刊名称】《江西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(042)004【总页数】6页(P336-341)【关键词】激光焊接;304不锈钢薄板;金相分析;力学性能【作者】简弃非;曹颂阳;赵晶;肖金平【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TG115.210 引言激光焊接是一种现代化的焊接工艺，与传统焊接工艺相比具有高功率密度，可以提高焊缝熔深和焊接速度，可以减小焊缝热影响区，适应更广，已被广泛应用于航空航天、汽车制造和造船等领域[1].由于激光焊接比传统焊接更有优势，所以越来越多的国内外学者从焊接质量、工艺参数、焊接母材和焊接类型等不同角度对其进了大量研究[2-15].周学凯等[2]采用光纤激光对厚度为0.3 mm的不锈钢超薄版进行搭接焊，并对焊缝显微组织进行了研究；霍宏伟等[3]比较了0.8 mm厚304不锈钢薄板的搭接连续激光焊工艺和电阻焊工艺，结果表明激光焊接成型较好，焊缝更均匀；张瑄珺等[4]研究了不同激光焊接速度对1.0 mm厚的304不锈钢薄板焊缝形貌的影响，结果表明焊接速度影响焊缝的表面形貌和平整度；J. Yan等[5]通过对钨极氩弧焊、激光焊接和激光TIG复合焊3种焊接方式下的304不锈钢接头组织和力学性能的对比研究，得出激光焊接接头在所有接头中抗拉强度最高与枝晶尺寸最小，TIG焊接头抗拉强度最低与枝晶尺寸最大，激光焊接和复合焊接由于其高的焊接速度和优异的机械性能，更适用于焊接304不锈钢；文献[6]通过实验对比电弧激光混合焊接(ALHW)和激光电弧复合焊接(LAHW)2种工艺对焊缝组织的影响，得出ALHW生产的焊缝形状更好，板条马氏体组织更均匀，而LAHW焊缝具有板条马氏体和奥氏体不均匀结构；文献[7]对一种新型的固态点焊技术进行实验数值研究，得出研究材料中相反的剪切应力方向和超过一定阈值的有效塑性应变,对于成功实现这种新颖开发的焊接工艺来说是必不可少的；文献[8]研究了激光功率对接头组织和力学性能的影响，结果表明通过将激光功率调整到2 000～3 000 W的范围可以获得可接受的接头.C. Kumar等[9]通过对5.0 mm厚的Ti-6Al-4V合金进行了光纤激光焊接的实验研究，建立了焊接功率、焊接速度、激光束聚焦位置与熔合区宽度、热影响区尺寸和溶区面积的关系.A. Vandewynckéle等[10]研究激光焊接工艺对热交换热器焊接质量的研究,文献[11]研究了铜基纳米复合吸波材料在纯铜激光焊接中的应用效果，以提高焊接纯铜的激光焊接效率.M. Miyagi等[12]以铜为激光焊接对象，研究了光束旋转对焊接质量的影响；S. Liebl等[13]通过实验研究，确定了多模光纤激光器激光焊接纯铜材料时出现的工艺极限,S.V. Kuryntsev等[14]对奥氏体不锈钢和工业纯铜在无填料或中间材料的情况下,对接接头形式的光纤激光焊接工艺进行了研究,F. Caiazzo等[15]主要研究了激光焊接在钛合金连接方面应用和优化. 本文主要是以厚度为0.5 mm的304不锈钢薄板为研究对象，通过擦拭王水，打磨抛光，拉伸强度等试验，观察激光点焊的微观金相组织及测试机械强度研究激光点焊的焊接质量，为改进以后的激光点焊提供一定的参考.1 实验概况1.1 实验器材1)切割加工设备：DK7740线切割机床;2)腐蚀剂：王水;3)观察设备：DMI5000倒置金相显微镜;4)电子式万能材料试验机.1.2 实验方法金相实验的具体步骤:1)试样截取时走刀按照图1中1-2-3-4顺序，其中为了观察焊点截面，某个试样焊点的切割截取如图1红圈标注所示.操作时需要注意切割焊点(走刀1)时，只切除焊点的1/3，要预留一定的磨样余量;2)从焊好的波纹板片中随机选取5个焊点，使用线切割机截取试样，拉伸强度试验开始前要注意保护焊点，避免焊点处的强度受到影响;3)试样加工完成后，按照操作规程，以1 mm·min-1的速度进行试样拉伸实验，如图2所示.图1 试样截取图2 试样断裂2 实验结果与分析在工艺1条件下，即激光功率3 000 W，光斑直径0.4 mm，离焦量0 mm，焦距110 mm，持续加热50 ms,对加工好的焊点进行研究.2.1 熔池尺寸测量统计各个试样的上端开口尺寸、板片之间接合处的尺寸和下端开口尺寸，如图3所示.为了进一步研究激光点焊的稳定性，分别计算出各个试样熔池3个尺寸的平均值以及方差，如表1所示.从表1可以看出熔池上端开口尺寸、下端开口尺寸以及上下板片接合处尺寸的平均值为2.63 mm、2.03 mm、1.69 mm，标准方差分别为0.14 mm、0.07 mm和0.16 mm，方差所占平均值的比例分别为5.32%、3.45%、9.47%，由此可看出激光点焊波动较小，这种结果主要是点焊过程中激光不稳定和工作台微小振动造成的.表1 熔池尺寸平均值和标准方差 mm统计的尺寸平均值标准方差熔池上端开口直径2.630.14熔池下端开口直径2.030.07板片接合处直径1.690.16图3 熔池尺寸2.2 点焊金相分析从焊点的横截面图中可看出,熔池正面和背面都有凹陷，且向两边过渡曲线平滑，但熔池正面的过渡曲线的斜率相对于背面的过渡曲线斜率较大，如图4是用VHX-600超景深3维显微镜拍摄的焊点横截面外观图.图4 焊点截面图图5为某个试样的焊点横截面形貌，从图5可以看出形类似一个沙漏，焊缝、融合线和母材可以清晰的分辨出来，焊点正面和背面都有凹陷.激光点焊不同于其他焊接方式，其在焊接过程中会发生蒸气反作用、等离子体等，会对金属溶液流动、凝固造成影响，可能引起焊接缺陷.图5 试样焊点横截面形貌在显微镜下观察，发现试样中只有一个存在焊接缺陷，局部放大观察有很大的黑斑，如图6中的红色圈内，这是因为在热源加热过程中，出现一个轻微的溅射形成一个灼热点，引起局部受热不平衡，导致金属内部结构发生变化形成内部缺陷.该缺陷对焊点处的强度和抗疲劳能力有一定影响.通过对全部试样的观察，焊点内部缺陷较少，未出现焊接裂纹、未熔透等缺陷.为进一步研究激光点焊的性能，需要对焊点组织结构进行更深一步的金相观察.图7(a)分别为融合线放大200倍和500倍的金相图.从金相图中可看出,融合线附近的焊缝和母材组织还是有很大区别，不同于304不锈钢母材中含有大量的形变马氏体，而是以含有铁素体的胞状奥氏体为主.图7(b)分别为焊缝放大200倍和500倍的金相图.从低倍的金相图可看出，焊缝组织为胞状结构，而且从高倍金相图中还可看出,胞状奥氏体具有向枝晶状变化的倾向，这是冷却速度过快造成的.图6 焊点内部缺陷(a)熔合线(b)焊缝图7 焊点不同部位的金相显微组织图所研究的对象304不锈钢薄板具有良好耐腐蚀性，但是经过焊接之后，内部组织发生改变，其本身的耐腐蚀性受到影响.将焊点完全浸入到硝酸酒精溶液中15 s、30 s、60 s，母材和焊点都未发生腐蚀现象，说明焊点具有一定耐腐蚀性.但是当将焊点完全浸入到王水10 s时(观察到的金相图如图8所示)经过王水腐蚀后，母材和焊缝以熔合线为界结构组织区别更加明显.母材结构组织基本没有发生变化，焊缝金相组织因被腐蚀而变得较深，说明焊缝的耐腐蚀性比母材低.经过点焊之后，波纹薄板整体耐腐蚀性降低.图8 腐蚀后焊点金相图2.3 不同工艺对焊点的影响不同的焊接工艺对焊点的形貌和焊接质量也有很大影响，如表2中列出的是第2种工艺条件和第3种工艺条件下熔池的金相对比分析，即不同的工艺对焊点的影响.表2 不同工艺参数 mm激光器参数功率/W光斑直径持续加热时间离焦量焦距工艺23 0000.4350110工艺33 0000.8500220图9是在3种工艺条件下，对熔池的上端开口、下端开口以及2个板片之间接合处的尺寸对比分析.从图9中可看出在工艺1条件下，熔池的各个尺寸都比其他2种工艺较大，工艺2比工艺1减少加热时间，也就是减少热量的输出，所以熔池的各个尺寸和在工艺1条件下相比就比较小，而工艺3和工艺1相比，增加了光斑直径和焦距，其实就是减少了能量密度.在工艺3的条件下，熔池的各个尺寸不仅比工艺1条件下小，而且比工艺2的条件下也小.这是因为在工艺3的条件下，功率密度低，熔池达到的峰值温度也比较低，不会发生蒸气反作用和等离子体扰动，也不会形成匙孔，所以熔池尺寸也相对较小，形成的焊缝较为平缓.图9 不同工艺条件下的熔池尺寸不同的工艺条件下的熔池形貌和金相组织结构也有不同.在工艺1的条件下，熔池的形状类似一个“沙漏”(见图5)，而在工艺2和工艺3的条件下，熔池的形状更像一个“钉头”，熔池下端并没有像工艺1一样向外扩展.在工艺2条件和工艺3条件下的熔池形貌也有区别，在工艺2条件下，熔池的上端和下端都有凹陷，而在工艺3条件下，熔池上端平整，下端却略有凸起，如图10(b).这是因为焊接功率密度和能量不同造成流场的不同，从而造成熔池的形貌形成也不同.形成工艺3条件下的熔池形貌，是激光点焊过程主要以热导焊形式进行热量传递，随着加热时间增加，熔池的面积和深度相应增加，并将薄板片熔透，形成一个“钉头”形貌，此时温度并未达到金属溶液沸点，由于金属溶液表面张力较小，熔池下端表现为微微向外凸起.激光点焊的功率进一步增加就形成了工艺2条件下的熔池形貌，此时出现金属蒸气反作用，逐渐形成“匙孔”，并不断加深，金属蒸气沿着“匙孔”向外射流，同时下端也形成部分金属蒸气，金属蒸气和金属溶液之间的作用力使金属溶液形成强烈的对流，并向四周扩散，最终形成有凹陷的形貌，如图10(a).形成工艺1条件下的熔池形貌，激光点焊加热时间需要再进一步增加，此时“匙孔”的深度进一步增加，最终把熔池完全通透形成通孔.此时生成的金属蒸气一部分在熔池上端口向外射流，一部分通过下端口向外射流，同时上端口和下端口处的金属溶液在金属蒸气的作用下也形成强烈的对流，并表现为向外扩张.最后凝固时，在表面张力的作用下，上端和下端都表现出凹陷的特征.通过观察3种工艺条件下的金相组织，可以看出3种工艺金相组织都较为均匀，呈现出胞状组织形态，并且3种工艺条件很少存在气孔、飞溅、焊接裂纹、未熔透、未熔合等焊接缺陷，整体焊接质量较好，如图11.相比之下，在工艺2条件下，金相组织更加细化均匀，熔合线更窄，工艺1和工艺3条件下金相组织更多以胞状奥氏体为主，与以马氏体为主母材有很大区别，熔合线更宽，更加清晰.2.4 拉伸强度经过点焊之后的不锈钢薄板的力学性能也会发生改变，表3为304不锈钢薄板的力学性能.表3 304不锈钢力学性能抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%硬度/HV51820238.4198(a)工艺条件2 (b)工艺条件3图10 不同工艺条件焊缝形貌(a)工艺条件2(左边焊缝，右边熔合线)(b)工艺条件3(左边焊缝，右边熔合线)图11 不同工艺参数下金相组织图12是5个试样做拉伸试验的拉力-位移变化图，从图12可看到,随着拉力不断增加，试样的位移不断增加，除了试样1外，其他试样基本在拉伸位移1.5 mm左右就断裂.各个试样拉伸断裂时的拉力值已统计列入表4中，5个焊点试样能够承载的平均拉力为1 230 N，平均抗拉剪切强度为236.8 MPa.虽然其抗拉剪切强度低于常温下母材的拉伸强度518 MPa，但屈服强度高于常温下母材的屈服强度202 MPa,其抗拉性能相对较好，可以满足换热器的使用要求，充分发挥母材的力学性能可提高换热器的承压能力.图12 焊点试样拉力-形变位移曲线表4 焊点试样统计数据试样编号1 2 3 4 5 断裂时拉力值/N1 1431 3301 2421 2701 120抗拉剪切强度/MPa2222582412462173 结论本文主要通过金相微观组织观察和拉伸强度试验对不锈钢薄板激光点焊进行研究，分析观察的结果和拉伸强度试验数据表明：1)焊缝金相组织以胞状奥氏体为主，与母材金相组织不同；2)不同的激光功率或加热时间对焊缝尺寸、形貌和金相组织有很大影响；3)温度未到金属溶液沸点的熔池上端平整，下端微微凸起，而开始出现金属蒸气反作用的熔池上端凹陷，出现通孔的熔池上下两端都凹陷，形似一个“沙漏”；4)焊点的耐腐蚀性比母材差，拉伸强度比母材差，但屈服强度比母材高.4 参考文献【相关文献】[1] 王志,胡芳友,崔爱永,等.激光焊接技术的研究现状及发展趋势 [J].新技术新工艺,2016(3):42-44.[2] 周学凯,米高阳,闫飞,等.不锈钢超薄板光纤激光焊接工艺和性能研究 [J].应用激光,2017(4):521-526.[3] 霍宏伟,胡海军,李治国,等.304不锈钢薄板激光焊搭接接头组织及性能 [J].电焊机,2016,46(3):44-47.[4] 张瑄珺,孙小兵,潘涌,等.304不锈钢薄板外观件激光焊接工艺研究 [J].应用激光,2016(3):321-325.[5] Yan Jun,Gao Ming,Zeng Xiaoyan.Study on microstructure and mechanical properties of 304 stainless steel 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金属力学及工艺性能试验方法国家标准
金属力学及工艺性能试验方法国家标准一.金属力学试验通用标准1.GB/T1172-99 黑色金属硬度及强度换算值2.GB/T2975－98 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备3.GB/T10623－08 金属力学性能试验术语二.金属拉伸、压缩、弯曲、扭转试验1. GB/T228-09 金属室温拉伸试验方法第1部分：试验方法2. GB／T4338-06 金属材料高温拉伸试验3. GB／Tl3239-05 金属低温拉伸试验方法4. GB/T22315－08 金属弹性模量和泊松比试验方法5. GB/T8358－06 钢丝绳破断拉伸试验方法6. GB/T7314－05 金属材料室温压缩试验方法7. GB/Tl0128-07 金属室温扭转试验方法8. GB/T17600.1-98 钢的伸长率换算第1部分：碳钢和低合金钢9. GB/T17600.2-98 钢的伸长率换算第2部分：奥氏体钢三.金属硬度试验方法标准1. GB／T231.1-09 金属布氏硬度试验第1部分：试验方法2. GB/T 230.1－09 金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法3. GB／T4340.1-09 金属维氏硬度试验第1部分：试验方法4. GB／T18449.1-09 金属努氏硬度试验方法5. GB/T4341-0l 金属肖氏硬度试验方法6. GB／T17394-98 金属里氏硬度试验方法7. GB/T21838.1-08 金属材料硬度和材料参数的仪器化压痕试验第1部分：试验方法四.韧性试验标准1. GB／T229-07 金属材料夏比摆锤冲击试验方法2. GB/T19748－05 钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法3. GB/T5482-07 金属材料动态撕裂试验方法4. GB/T6803-08 铁素体钢无塑性转变温度落锤试验方法5. GB/T8363-07 铁素体钢落锤撕裂试验方法6. GB/T4160-04 钢的应变时效敏感性试验方法（夏比冲击法）五.金属延性试验标准1. GB／T232—99 金属材料弯曲试验方法2. GB／T235—99 金属材料厚度等于或小于3mm薄板和薄带反复弯曲试验方法3. GB／T242—07 金属管扩口试验方法4. GB／T244—08 金属管弯曲试验方法5. GB／T245—08 金属管卷边试验方法6. GB／T246—07 金属管压扁试验方法7. GB／T17104－97 金属管管环拉伸试验方法8. GB／T241—07 金属管液压试验方法9. GB／T238-02 金属材料线材反复弯曲试验方法10. GB／T2976－04 金属线材缠绕试验方法11. GB／T239-99 金属材料线材扭转试验方法12. GB／T233-2000 金属材料顶锻试验方法13. GB／T5027-07 金属薄板和薄带塑性应变比(r值)试验方法14. GB／T5028-08 金属薄板和薄带拉伸应变硬化指数(n值)试验方法15. GB/T4156-07 金属杯突试验方法（厚度0.2～2mm）六.高温长时间试验1. GB／T2039-97 金属拉伸蠕变及持久试验方法2. GB/Tl0120-96 金属应力松驰试验方法七.金属疲劳试验标准1. GB/T4337-08 金属旋转弯曲疲劳试验方法（代替2107、4337、7733）3. GB/T3075-08 金属轴向疲劳试验方法4. GB/Tl2443-07 金属扭应力疲劳试验方法5. GB/T10622-89 金属材料滚动接触疲劳试验方法6. GB/T15248-08 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验7. GB/T12347－08 钢丝绳弯曲疲劳试验方法8. GB/T6398－00 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法八.金属断裂力学试验1 . GB/T21143-07 金属材料准静态断裂韧度统一试验方法（取代2038和2358）2. GB/T4161-07 金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法3. GB/T7732-08 金属板材表面裂纹断裂韧度KIe试验方法4. GB/T 19744－05 铁素体钢平面应变止裂韧度Kia试验方法九.金属力学试验其它标准1. GB／Tl2444－06 金属材料磨损试验方法试环－试块滑动磨损试验2. GB/T6400-07 金属丝和铆钉高温剪切试验方法3. GB/T6396－08 复合钢板力学及工艺性能试验方法。
金属材料 弯曲试验方法
金属材料弯曲试验方法
金属材料的弯曲试验方法是评估其力学性能和可靠性的重要手段。
本文将介绍常用的金属材料弯曲试验方法及其特点。
1. 三点弯曲试验：
三点弯曲试验是最常用的金属材料弯曲试验方法之一。
在该试验中，将金属试样放置在两个支撑点之间，并在中央施加一个加载点的力。
通过加载材料，观察其变形和破裂行为，可以得到材料的弯曲强度、韧性和断裂韧性等力学性能参数。
2. 四点弯曲试验：
四点弯曲试验是相对于三点弯曲试验而言的。
在这种试验中，金属试样被放置在两个较近的支撑点上，并在中央和两侧施加加载力。
与三点弯曲试验相比，四点弯曲试验可提供更加均匀的应力分布，从而更准确地评估材料的弯曲性能。
3. 悬臂梁弯曲试验：
悬臂梁弯曲试验是一种用于较薄金属薄板或薄膜材料的弯曲试验方法。
试样的一端固定，另一端自由悬挂，并施加一个垂直于试样平面的力。
通过测量试样的挠度和载荷，可以计算出材料的弯曲刚度和弯曲应变等性能参数。
4. 弯曲疲劳试验：
弯曲疲劳试验用于评估金属材料在反复加载下的耐久性能。
试样在弯曲加载下反复应力循环，通过观察试样的疲劳寿命和破坏形态，可以评估其抗疲劳性能和可靠性。
总之，金属材料的弯曲试验方法多种多样，选择合适的试验方法取决于具体的评估目的和材料特点。
通过这些试验方法，可以准确评估金属材料的弯曲性能，从而指导工程设计和材料选择。
金属力学性能测试标准
金属力学性能测试标准金属材料作为工程领域中使用最广泛的材料之一，其力学性能的测试标准对于材料的质量控制和工程设计具有重要意义。
本文将从金属力学性能测试的目的、方法以及标准等方面进行详细介绍，以期为相关领域的研究人员和工程师提供参考。
一、目的。
金属力学性能测试的主要目的在于评估材料的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等指标。
通过测试，可以了解材料在受力情况下的表现，为工程设计和材料选择提供依据。
同时，测试结果也可以用于质量控制和产品认证，确保产品符合相关标准和要求。
二、方法。
1. 抗拉强度测试。
抗拉强度是评价材料抗拉性能的重要指标。
测试时，将试样加在拉伸试验机上，施加逐渐增加的拉力，直到试样发生断裂。
根据试验过程中的拉力和变形量，可以计算出材料的抗拉强度。
2. 屈服强度测试。
屈服强度是材料在拉伸过程中发生塑性变形的临界点。
测试方法与抗拉强度测试类似，但需要额外考虑材料的流变行为，通过对应力-应变曲线的分析，确定材料的屈服强度。
3. 延伸率测试。
延伸率是评价材料延展性能的指标，通常通过拉伸试验来进行测试。
在试验中，可以观察试样的变形情况，计算出材料的延伸率，从而评估其延展性能。
4. 硬度测试。
硬度是材料抵抗外力的能力，通常用来评价材料的耐磨性和耐压性。
常见的硬度测试方法包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等，通过在材料表面施加一定载荷，测量材料的硬度值。
三、标准。
金属力学性能测试的标准主要包括国际标准和行业标准两类。
国际标准由国际标准化组织（ISO）制定，通常适用于全球范围内的材料测试。
而行业标准则是由各个行业协会或组织制定，针对特定材料或产品的测试要求。
在进行金属力学性能测试时，应当严格遵守相关的测试标准，以确保测试结果的准确性和可比性。
同时，随着科学技术的发展，测试标准也会不断更新和完善，因此在进行测试时，应当关注最新的标准要求，以保证测试结果的有效性。
总结。
金属力学性能测试是评价材料质量和性能的重要手段，通过测试可以全面了解材料的力学性能，为工程设计和产品制造提供依据。
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影响薄板力学性能测试结果的因素很多，如试 样 尺寸 、试样 加工 精度 、设 备及测 量 工具精 度 、试 验 速度 等等 ， 对测 试 的结果 产生影 响 。我们 主要 都会 对 测试结 果产 生重 要影 响 的一些 因素进 行 了分析 和
ｖ ｌ ｅ ａｕ ．
Ｋ ｙ ｗｏｒ ｓ ｓ ｅ ｔ ｅ ｄ ｈ ｅｓ
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１ 引 言
重钢公 司Ｓ Ｃ Ｐ Ｅ、Ｓｌ等 冷轧 薄板 已经开发 ，对 ｔ４
测试 。 ４ 拉伸 速 度对 测试 结果 的影 响
在 薄板 的拉 伸试 验 中 ，控 制拉 伸速度 是很 重要 的 。初 速度不 能设 置过快 ，否则 对屈 服强度 有影 响 。 第二速 度Ｖ 与 第一 速度 Ｖ 比值 不能太 大 ，由第 一速 。 度 向第 二速 度 的转换 点要 选择 正确 ，否则会 因为速 度 的瞬时提 高 ，从而 导致 应力应 变 曲线产 生应力 突 变 ，将使 ｒ 值 的测试 值减 小 ，造 成错误 的结果 。Ｇ ／ ｌ Ｂ Ｔ２ ８—２０ 金 属材料 ２ ０２《 室 温拉 伸试验 方法 》中规
定 了屈 服前 和屈 服后试 验机 的速度 ，为 了分 析速度
薄板 的冲压开 裂和变 形不 均匀 问题有着 重要 的指 导
意义 ，为 了及 时准确 的进行 薄板 的力学 性 能试验 ，
我们对 薄板 的力 学性 能试验 方法 进行 了全 面的研
究。
２ 试 验设备 与试样
设备 ： ０ ｋ １０ Ｎ微机 控制万 能材料 试验 机 ： 试验 机 级别 １ 级并经 由计量 部 门检定 。试样 ：Ｓ Ｃ Ｐ Ｅ冷轧 薄
薄板 力学性 能 的试 验方 法进行 了一 些探索 。 目前拉 伸试 验机 多采用 电脑 自动进行试 验 数据 的处理 。而 影 响薄板力 学性 能测试 结果 的因素 也很 多 ，在 使用 电子 拉伸试 验机 时 ，正 确地设 置控 制参数 ，准 确 的 获得力 学性 能指标是 非 常重要 的 。由于各单 位采 用 的试验标 准 、试样 尺寸 和试 验条 件不 同 ，所 测试 的
方 法 及 参 数 选择 等都 进 行 ＿分 析 试验 『 ｊ
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第 ５ 卷第 ｌ ４ 期
２ １年 ３月 ０１
金属 薄板 力 学 性 能试 验 方 法 的研 究
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