合金钢的力学性能检测

一、检测概述：
材料的力学性能指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。

强度：指金属在静载荷下抵抗变形和断裂的能力。

是一般零件设计、选材时的重要依据。

硬度：它是衡量材料软硬的一个指标，是金属表面抵抗塑性变形和破坏的能力。

检查和控制金属零件的热处理质量
塑性：指金属发生塑性变形而不被破坏的能力。

韧性：金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力. 韧性是指金属材料在拉应力的作用下，在发生断裂前有一定塑性变形的特性。

金、铝、铜是韧性材料，它们很容易被拉成导线
疲劳强度：材料零件和结构零件对疲劳破坏的抗力
二、检测项目
金属力学性能测试
金属力学性能测试，对研制和发展新金属材料、改进材料质量、最大限度发挥材料潜力（选用适当的许用应力）、分析金属制件故障、确保金属制件设计合理以及使用维护的安全可靠，都是必不可少的手段.
1、硬度测试（洛氏硬度计，维氏硬度计，布氏硬度计）
布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度
⑴根据被测试样的估计硬度选择压头和硬度标尺(淬火钢应选择金刚石压头、C
标尺)
⑵将试样放在载物台上，顺时针转动升降机构手轮，使试样与压头缓慢接近，
直到表盘小指针指到红点，大指针偏离零点5格之内。

此时，预载（98N）已加在试样上
⑶先调节表盘，使大指针对准B或C标尺的零点，再缓慢按下操作手柄到加载
位置，并停留15S，大指针随之转动若干格而停止。

主载荷（1373N）也已加在试样上。

此时，总实验力为1471N
⑷顺时针扳回操作手柄到卸荷位置，大指针在原位反向转动若干格停止，此时，
读取表盘刻度值即为该点的洛氏硬度值。

检测步骤
2、常用测试设备：
冲击试验机，
2、强度测试：材料拉伸试验机(拉伸测试依据标准：金属：GB/T 228-02，ASTM
E 8M-08，ISO 6892-2009，JIS Z 2241-98)
屈服强度、抗拉强度
拉伸试验的条件是常温、静荷、轴向加载，即拉伸实验是在室温下以均匀缓慢的速度对被测试样施加轴向载荷的试验。

试验一般在材料试验机上进行。

拉伸试样应依据国家标准制作。

进行单拉试验时，外力必须通过试样轴线以确保材料处于单向拉应力状态。

试验机的夹具、万向联轴节和按标准加工的试样以及准确地对试样的夹持保证了试样测量部分各点受力相等且为单向受拉状态。

试样所受到的载荷通过载荷传感器检测出来，试样由于受外力作用产生的变形可以借助横梁位移反映出来，也可以通过在试样上安装引伸计准确的检测出来。

如果没有更多的测试要求，一般试验均利用横梁位移代表试样的伸长，在试验过程中自动记录被测试件的拉伸曲线。

拉伸曲线即P－ΔL曲线是观察材料的拉伸过程、描述材料的力学性能最好的办法。

曲线的纵坐标为载荷P，单位是N或KN，横坐标为试样伸长ΔL，单位是mm。

P－ΔL曲线形象地体现了材料变形过程以及各阶段受力和变形的关系, 但是P－ΔL曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。

因此，P－ΔL曲线常常转化为名义应力、名义应变曲线即σ－ε曲线（如图1所示），
即
式中A
0和L
分别代表试样初始条件下的面积和标距。

试样受到的载荷除以试样0
L
L
A
P
∆
=
ε
=
σ
原始面积就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ表示，单位为Mpa。

同样，试样在标距之间的伸长除以试样的原始标距得到名义应变用ε表示，也叫工程应变。

σ－ε曲线与P－ΔL曲线形状相似，但消除了几何尺寸的影响，因此代表了材料属性。

一．金属材料的基本力学性能及测定方法
1．应力-应变曲线
金属是主要的结构材料，在工程实际中应用极为广泛。

作为结构用的金属材料主要包括碳钢、合金钢、铸铁和有色金属合金。

根据材料变形特点，可以将金属分为塑性材料和脆性材料两类。

图1的两个曲线分别为低碳钢和铸铁的应力－应变曲线。

可以看出，两种材料的拉伸过程差别很大。

它们分别是塑性材料和脆性材料的典型代表。

从上图所示的应力-应变曲线可以看出，低碳钢的拉伸过程明显分为四个阶段：
弹性阶段（OA）：试样的变形是弹性的。

在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形，其应力与应变成直线比例关系。

屈服阶段（AB）：在试样继续变形的情况下，载荷却不再增加，或呈下降，甚至反复多次下降，使曲线变成锯齿状。

这种现象称为屈服。

从A点开始，力与变形不再满足线性关系，材料的变形包含弹性和塑性两部分。

如果试样表面光滑、材料杂质含量少，可以看到表面有45°方向的滑移线。

强化阶段（BC ）：过了屈服阶段B 点，力又开始增加，曲线又开始上升，表明材料要继续变形，载荷就必须要不断增加。

这说明金属有一种阻止塑性变形的抗力，这种抗力被称为形变强化。

如果在这个阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来，其卸载路径与弹性阶段平行。

卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，并且重新加载后不再出现屈服现象，而材料的弹性阶段加长、屈服应力明显提高，这种现象称作应变硬化或加工硬化。

随着载荷的继续加大，拉伸曲线的上升将渐趋平缓，C 点是曲线的最高点。

在此阶段试样变形是整个工作长度内的均匀变形，即在试样各处截面均匀缩小。

颈缩阶段（CD ）：从C 点开始，试样的变形集中于某局部截面，即塑性变形开始在局部进行，出现所谓的“颈缩”现象，试样的承载能力迅速下降。

最后在D 点断裂，形成杯状断口（图2－bcdef ）。

断口的周边为45°剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状，是典型的韧状断口。

⑴ 屈服强度
屈服现象是金属材料开始塑性变形的标志，而各种机件在服役过程中都是处在弹性变形状态，不允许产生微量塑性变形。

因此出现屈服现象标志着产生过量塑性变形失效。

屈服强度也叫屈服极限，代表塑性材料抵抗微量塑性变形的抗力，是衡量材料屈服失效的力学性能指标，是金属塑性材料最重要的强度指标。

⑵抗拉强度
拉伸曲线的最高点代表材料的最大承载能力被称为材料的抗拉强度，也叫强度极限，用σb 表示。

对于形成颈缩的塑性材料, 抗拉强度代表产生最大均匀塑
性变形的抗力，对于脆性材料和不形成颈缩的塑性材料,其抗拉强度代表断裂的抗力。

抗拉强度很容易测定,并且重现性好,是作为评定材质和评价产品质量的常规力学性能指标之一。

⑵ 塑性指标：材料发生塑性变形的能力叫塑性。

塑性的大小用塑性指标表示， 它包括断后伸长率和断面收缩率。

这两个塑性指标分别从两个侧面即从试件长度的变化和从试样截面的变化反映材料的塑性变形程度。

断后伸长率用δ表示，断面收缩率用ψ表示，定义分别用下列公式表示
%100001L L L -=δ%100010A A A -=
ψ
式中L
0、A
分别代表试样的原始标距长度和原始横截面积，L
1
、A
1
为试样拉断
后的标距长度和断口面积。

如果断口位置在标距线之外，则试验无效。

如断口在
标距内，但靠近标距线则需用断口补偿法计算断后伸长率(方法略)。

对于国家标准规定的两种比例试样，断后伸长率采用不同的下标表示。

短试样用δ
5
表示，
长试样用δ
10
表示。

工程上通常认为，材料的断后伸长率δ>5% 属于韧断，而δ<5% 属于脆断。

检测步骤（拉伸实验）
⑴准备试件。

用刻线机在原始标距范围内刻划圆周线（或用小钢冲打小冲点），将标距内分为等长的10格。

用游标卡尺在试件原始标距内的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值作为该处截面的直径，然后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积A。

（取三位有效数字）。

⑵调整试验机。

根据低碳钢的抗拉强度σb和原始横截面面积估算试件的最大载荷，配置相应的摆锤，选择合适的测力度盘。

开动试验机，使工作台上升10mm 左右，以消除工作台系统自重的影响。

调整主动指针对准零点，从动指针与主动指针靠拢，调整好自动绘图装置。

⑶.装夹试件。

先将试件装夹在上夹头内，再将下夹头移动到合适的夹持位置，最后夹紧试件下端。

⑷.检查与试车。

请检查以上步骤完成情况。

开动试验机，预加少量载荷（载荷对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载到零，以检查试验机工作是否
正常。

进行试验。

开动试验机，缓慢而均匀地加载，仔细观察测力指针转动和绘图装置绘出图的情况。

注意捕捉屈服荷载值，将其记录下来用以计算屈服点应力值σS,屈服阶段注意观察滑移现象。

过了屈服阶段，加载速度可以快些。

将要达到最大值时，注意观察“缩颈”现象。

试件断后立即停车，记录最大荷载值。

⑸.取下试件和记录纸。

⑹.用游标卡尺测量断后标距。

⑺.用游标卡尺测量缩颈处最小直径d1。

3、。