金属材料力学性能试验试样验收探究范文

摘要：金属材料的力学性能是在外界环境和外加负荷作用力下，金属材料本身所表现出的机械性质，即金属材料为了抵抗外界各种作用力的负荷而产生物理形变的能力。金属材料力学性能测试技术方法相关国家标准体系在近几年内被不断完善，本文在以往实践经验的基础上，总结了拉伸性能测试、压缩性能测试、扭转性能测试的试验方法和优缺点，以及金属材料力学性能试验试样验收方法，旨在为金属材料力学性能测试提供一定的参考价值。

关键词：金属材料；力学性能；试验；试样验收

对于所有的机械器具和零部件来说，使用过程随时都有可能受到外界各种力的作用，例如起重机钢索容易受吊物的拉力作用；柴油机的连接杆容易受到传送力、拉力以及外界冲击力的三重作用；汽车和各类设备的轴承容易受扭力和弯曲力的作用。因此，不同设备以及零件对其自身金属材料的要求不同，但金属材料必须能经得住一定程度的负荷，在不超过负荷压力的前提下不容易发生物理形变。金属材料所具备的这种能力被称为力学性能[1]。当前，我国有关金属力学性能测定方法、技术以及相关设备都不断更新，也在一定程度上促进了技术方法的发展。金属材料的力学性能指的是材料具备能抵抗外界各种外加作用力和负荷力的能力，主要指标包含有材料的强度、弹性、硬度、刚度、疲劳强度、断裂韧度以及冲击韧性等[2]。国家认可委员会制定了实验室有关金属材料力学性质检测的说明，规定从事金属材料取样、制样的人员必须经过严格的、标准的培训，获得专业技能培训证书后才能进行测样工作。若实验室将取样、制样工作委托给外包企业，应该制定详细的取样制样过程要求和操作标准。实验室在接收样品之前要按照标准要求进行符合度检查[3]。

1金属材料力学性能范围

金属材料力学性能试样涉及到了弯曲试样、硬度试样、压缩试样、拉伸试样以及冲击试样等，其中，而对于几何尺寸的要求来说，最重要的试样是冲击试样和拉伸试样。拉伸试样还包括矩形拉伸试样、圆形拉伸试样等。

2金属材料力学性能试验方法

（1）拉伸性能测试。评价金属材料产品质量是否合格的主要途径是力学性能评价，其中，拉伸实验是应用最为广泛的方法。对拉伸试验结果造成影响的因素主要有试样、设备、仪器以及技术和前处理等。因此，在测定拉伸性能过程中，要对以上影响因素进行严格的限制，以得到更为稳定和可靠的数据，降低因素的干扰。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。拉伸实验的特点是测试过程中金属材料在被破坏之前的形状变化呈现出均匀性，是单向应变。但实验也存在很多缺陷，例如很难获取大形变量数据，很多试样不在测试范围内。

（2）压缩性能测试。压缩实验多数用来检测金属材料压缩极限和抗压缩强度，在实验过程中也可以观察到材料被压缩的整个过程以及发生的形变现象，根据这些结果来判断金属材料的压缩性能。受到金属材料表面摩擦力的影响，压缩实验很难实验均匀变形，需要具备优良的润滑条件，尽可能降低摩擦力或消除摩擦力，以得到更为准确的测试结果。

（3）扭转性能测试。扭转试验是对金属材料力学性能试验试样施加扭转力，使得试样在扭转力的作用下发生形状变化。其剪切强度极限和屈服极限的结果可以通过材料被破坏的方式体现出来。扭转试验主要利用扭转试验机来完成测试过程，其工作原理如下：扭转试验机主机上的固定夹头可以用两平面和夹紧螺栓固定扭转试样的一端。设备基座的电动减速装置可以沿着水平方向进行移动，基座左侧连接有夹持试样的另一端的可旋转夹头。开启扭转试验机后，电动减速器发生转动，同时也可带动活动夹头发生转动，如此一来，试样两端发生不同方向的转动，金属材料力学性能试验试样在电动扭转力的作用下可发生物理形变。

（4）硬度性能测试。金属材料硬度测试试验根据受压方式的差异主要分成刻划法、压入法。通常情况下，压入法的应用较为普遍。根据加压速度的差异可以分为静力和动力试验法，其中应用最为广泛的是静力试验法。布氏硬度试验所得的硬度结果代表性较强，其常用球体的直径是10mm，压力为3000KG，因此具有较大的压痕面积，测试过程和结果不容易受到金属材料组成、材料不均匀等问题的影响，可以有效反映出结果的平均值。但同时由于压痕面积大，也为成品检验带来了较大的难度，最好交给经验丰富的技术人员来完成。

3金属材料力学性能试样验收

金属材料力学性能试样属于一种类型的机械加工产品，也是一类光滑工件。对于金属材料力学性能试样来说，然而金属材料力学性能试样验收与加工工件验收具有不同的目的，其中金属材料力学性能试样验收的作用是保证所用金属材料的试样可以满足力学性能测定的具体要求，进而保证材料试样可以真实的反应金属的机械性质。在对金属材料力学性能试验试样进行验收过程中，误废容易在取样和制样时造成材料浪费，增加企业的投资成本，造成不必要的经济损失。现阶段，国内材料力学性能测定实验室中多数是通过材料性能检验标准中规定的最大和最小实体尺寸来作为极限验收值参考范围。但如果利用这种验收方法，就算利用科技水平含量较高、较为先进和准确的计量工具也难以保证不会出现误废和误收的情况。在实际测量过程中各种因素干扰的不确定性也会随之增加。本文通过查阅大量相关文献资料，总结了避免出现误废和误收的最佳途径是利用安全系数较高的试样加工方式来推算尺寸验收的极限范围。

综合以上观点来看，降低金属材料力学性能试验试验验收过程出现误收概率的主要方式是尽可能结合力学性能试样对技术的要求来选择合适、合理的计量工具，并根据安全裕度来推算极限验收尺寸。在这一过程中需要注意以下几点。首先，测量系统和计量工具不可避免会存在误差，所有试样验收方式都有可能出现误收现象，避免误收现象发生的根本途径是降低出现误收情况的概率。第二，结合力学性能试样对技术要求来选择合理计量工具的方法没有将试样测试人员的技术水平、专业素质以及外界环境的影响。所有试验的前提条件是环境和操作人员满足测样需求。金属材料力学性能测定试验试样几何尺寸如果被标注了有偏差存在可以采用该试样验收方法，如果金属材料没有被标注有偏差存在，则可以直接利用常规游标卡尺（0.02mm）进行计量验收工作，不需要考虑安全裕度问题即可完成验收工作。此外，基于长久发展的角度来看，计量工具和误收价值相比，误收所造成的损失更为严重。金属材料力学性能测试实验室最好事先与机械加工取得一致意见，尽可能采用统一的、合理的验收方法和较为精密的计量器具来完成验收工作，以免出现问题造成双方争议不断。

参考文献

[1]毕革平,杨永林.金属材料力学性能试验试样验收方法[J].金属热处理,2012,37(11):138-142.

[2]李思锐.金属材料力学性能测试方法发展探讨[J].绿色环保建材,2017(10):24-24.

[3]徐修权.高温预扭转条件下金属材料拉伸力学性能试验研究[D].2016.

作者:张帷 李超 张琪 王茂川 杨红亚 单位:西南技术工程研究所