金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試樣驗(yàn)收探究范文

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摘要：金屬材料的力學(xué)性能是在外界環(huán)境和外加負(fù)荷作用力下，金屬材料本身所表現(xiàn)出的機(jī)械性質(zhì)，即金屬材料為了抵抗外界各種作用力的負(fù)荷而產(chǎn)生物理形變的能力。金屬材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)方法相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系在近幾年內(nèi)被不斷完善，本文在以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了拉伸性能測(cè)試、壓縮性能測(cè)試、扭轉(zhuǎn)性能測(cè)試的試驗(yàn)方法和優(yōu)缺點(diǎn)，以及金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試樣驗(yàn)收方法，旨在為金屬材料力學(xué)性能測(cè)試提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：金屬材料；力學(xué)性能；試驗(yàn)；試樣驗(yàn)收

對(duì)于所有的機(jī)械器具和零部件來說，使用過程隨時(shí)都有可能受到外界各種力的作用，例如起重機(jī)鋼索容易受吊物的拉力作用；柴油機(jī)的連接桿容易受到傳送力、拉力以及外界沖擊力的三重作用；汽車和各類設(shè)備的軸承容易受扭力和彎曲力的作用。因此，不同設(shè)備以及零件對(duì)其自身金屬材料的要求不同，但金屬材料必須能經(jīng)得住一定程度的負(fù)荷，在不超過負(fù)荷壓力的前提下不容易發(fā)生物理形變。金屬材料所具備的這種能力被稱為力學(xué)性能[1]。當(dāng)前，我國(guó)有關(guān)金屬力學(xué)性能測(cè)定方法、技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備都不斷更新，也在一定程度上促進(jìn)了技術(shù)方法的發(fā)展。金屬材料的力學(xué)性能指的是材料具備能抵抗外界各種外加作用力和負(fù)荷力的能力，主要指標(biāo)包含有材料的強(qiáng)度、彈性、硬度、剛度、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度以及沖擊韌性等[2]。國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)制定了實(shí)驗(yàn)室有關(guān)金屬材料力學(xué)性質(zhì)檢測(cè)的說明，規(guī)定從事金屬材料取樣、制樣的人員必須經(jīng)過嚴(yán)格的、標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)，獲得專業(yè)技能培訓(xùn)證書后才能進(jìn)行測(cè)樣工作。若實(shí)驗(yàn)室將取樣、制樣工作委托給外包企業(yè)，應(yīng)該制定詳細(xì)的取樣制樣過程要求和操作標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)室在接收樣品之前要按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行符合度檢查[3]。

1金屬材料力學(xué)性能范圍

金屬材料力學(xué)性能試樣涉及到了彎曲試樣、硬度試樣、壓縮試樣、拉伸試樣以及沖擊試樣等，其中，而對(duì)于幾何尺寸的要求來說，最重要的試樣是沖擊試樣和拉伸試樣。拉伸試樣還包括矩形拉伸試樣、圓形拉伸試樣等。

2金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法

（1）拉伸性能測(cè)試。評(píng)價(jià)金屬材料產(chǎn)品質(zhì)量是否合格的主要途徑是力學(xué)性能評(píng)價(jià)，其中，拉伸實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用最為廣泛的方法。對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果造成影響的因素主要有試樣、設(shè)備、儀器以及技術(shù)和前處理等。因此，在測(cè)定拉伸性能過程中，要對(duì)以上影響因素進(jìn)行嚴(yán)格的限制，以得到更為穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)，降低因素的干擾。拉伸試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、方便，通過獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線包含了大量信息，很容易看出材料的各項(xiàng)力學(xué)性能，如比例極限、彈性模量、屈服極限、強(qiáng)度極限等等，因此拉伸試驗(yàn)成為了應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗(yàn)方法。拉伸實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是測(cè)試過程中金屬材料在被破壞之前的形狀變化呈現(xiàn)出均勻性，是單向應(yīng)變。但實(shí)驗(yàn)也存在很多缺陷，例如很難獲取大形變量數(shù)據(jù)，很多試樣不在測(cè)試范圍內(nèi)。

（2）壓縮性能測(cè)試。壓縮實(shí)驗(yàn)多數(shù)用來檢測(cè)金屬材料壓縮極限和抗壓縮強(qiáng)度，在實(shí)驗(yàn)過程中也可以觀察到材料被壓縮的整個(gè)過程以及發(fā)生的形變現(xiàn)象，根據(jù)這些結(jié)果來判斷金屬材料的壓縮性能。受到金屬材料表面摩擦力的影響，壓縮實(shí)驗(yàn)很難實(shí)驗(yàn)均勻變形，需要具備優(yōu)良的潤(rùn)滑條件，盡可能降低摩擦力或消除摩擦力，以得到更為準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

（3）扭轉(zhuǎn)性能測(cè)試。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是對(duì)金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試樣施加扭轉(zhuǎn)力，使得試樣在扭轉(zhuǎn)力的作用下發(fā)生形狀變化。其剪切強(qiáng)度極限和屈服極限的結(jié)果可以通過材料被破壞的方式體現(xiàn)出來。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)主要利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)來完成測(cè)試過程，其工作原理如下：扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)主機(jī)上的固定夾頭可以用兩平面和夾緊螺栓固定扭轉(zhuǎn)試樣的一端。設(shè)備基座的電動(dòng)減速裝置可以沿著水平方向進(jìn)行移動(dòng)，基座左側(cè)連接有夾持試樣的另一端的可旋轉(zhuǎn)夾頭。開啟扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)后，電動(dòng)減速器發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也可帶動(dòng)活動(dòng)夾頭發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如此一來，試樣兩端發(fā)生不同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試樣在電動(dòng)扭轉(zhuǎn)力的作用下可發(fā)生物理形變。

（4）硬度性能測(cè)試。金屬材料硬度測(cè)試試驗(yàn)根據(jù)受壓方式的差異主要分成刻劃法、壓入法。通常情況下，壓入法的應(yīng)用較為普遍。根據(jù)加壓速度的差異可以分為靜力和動(dòng)力試驗(yàn)法，其中應(yīng)用最為廣泛的是靜力試驗(yàn)法。布氏硬度試驗(yàn)所得的硬度結(jié)果代表性較強(qiáng)，其常用球體的直徑是10mm，壓力為3000KG，因此具有較大的壓痕面積，測(cè)試過程和結(jié)果不容易受到金屬材料組成、材料不均勻等問題的影響，可以有效反映出結(jié)果的平均值。但同時(shí)由于壓痕面積大，也為成品檢驗(yàn)帶來了較大的難度，最好交給經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員來完成。

3金屬材料力學(xué)性能試樣驗(yàn)收

金屬材料力學(xué)性能試樣屬于一種類型的機(jī)械加工產(chǎn)品，也是一類光滑工件。對(duì)于金屬材料力學(xué)性能試樣來說，然而金屬材料力學(xué)性能試樣驗(yàn)收與加工工件驗(yàn)收具有不同的目的，其中金屬材料力學(xué)性能試樣驗(yàn)收的作用是保證所用金屬材料的試樣可以滿足力學(xué)性能測(cè)定的具體要求，進(jìn)而保證材料試樣可以真實(shí)的反應(yīng)金屬的機(jī)械性質(zhì)。在對(duì)金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試樣進(jìn)行驗(yàn)收過程中，誤廢容易在取樣和制樣時(shí)造成材料浪費(fèi)，增加企業(yè)的投資成本，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)材料力學(xué)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)室中多數(shù)是通過材料性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大和最小實(shí)體尺寸來作為極限驗(yàn)收值參考范圍。但如果利用這種驗(yàn)收方法，就算利用科技水平含量較高、較為先進(jìn)和準(zhǔn)確的計(jì)量工具也難以保證不會(huì)出現(xiàn)誤廢和誤收的情況。在實(shí)際測(cè)量過程中各種因素干擾的不確定性也會(huì)隨之增加。本文通過查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，總結(jié)了避免出現(xiàn)誤廢和誤收的最佳途徑是利用安全系數(shù)較高的試樣加工方式來推算尺寸驗(yàn)收的極限范圍。

綜合以上觀點(diǎn)來看，降低金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試驗(yàn)驗(yàn)收過程出現(xiàn)誤收概率的主要方式是盡可能結(jié)合力學(xué)性能試樣對(duì)技術(shù)的要求來選擇合適、合理的計(jì)量工具，并根據(jù)安全裕度來推算極限驗(yàn)收尺寸。在這一過程中需要注意以下幾點(diǎn)。首先，測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)量工具不可避免會(huì)存在誤差，所有試樣驗(yàn)收方式都有可能出現(xiàn)誤收現(xiàn)象，避免誤收現(xiàn)象發(fā)生的根本途徑是降低出現(xiàn)誤收情況的概率。第二，結(jié)合力學(xué)性能試樣對(duì)技術(shù)要求來選擇合理計(jì)量工具的方法沒有將試樣測(cè)試人員的技術(shù)水平、專業(yè)素質(zhì)以及外界環(huán)境的影響。所有試驗(yàn)的前提條件是環(huán)境和操作人員滿足測(cè)樣需求。金屬材料力學(xué)性能測(cè)定試驗(yàn)試樣幾何尺寸如果被標(biāo)注了有偏差存在可以采用該試樣驗(yàn)收方法，如果金屬材料沒有被標(biāo)注有偏差存在，則可以直接利用常規(guī)游標(biāo)卡尺（0.02mm）進(jìn)行計(jì)量驗(yàn)收工作，不需要考慮安全裕度問題即可完成驗(yàn)收工作。此外，基于長(zhǎng)久發(fā)展的角度來看，計(jì)量工具和誤收價(jià)值相比，誤收所造成的損失更為嚴(yán)重。金屬材料力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室最好事先與機(jī)械加工取得一致意見，盡可能采用統(tǒng)一的、合理的驗(yàn)收方法和較為精密的計(jì)量器具來完成驗(yàn)收工作，以免出現(xiàn)問題造成雙方爭(zhēng)議不斷。

參考文獻(xiàn)

[1]畢革平,楊永林.金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)試樣驗(yàn)收方法[J].金屬熱處理,2012,37(11):138-142.

[2]李思銳.金屬材料力學(xué)性能測(cè)試方法發(fā)展探討[J].綠色環(huán)保建材,2017(10):24-24.

[3]徐修權(quán).高溫預(yù)扭轉(zhuǎn)條件下金屬材料拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].2016.

作者:張帷 李超 張琪 王茂川 楊紅亞 單位:西南技術(shù)工程研究所