南京金屬材料性能檢測抗拉強度測試_江蘇廣分檢測技術有限公司

金屬材料的性能

金屬材料的性能決定著材料的適用範圍及應用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個方面，即：機械性能、化學性能、物理性能、工藝性能。

1.機械性能

（一）應力的概念,物體內部單位截面積上承受的力稱為應力。由外力作用引起的應力稱為工作應力，在無外力作用條件下平衡於物體內部的應力稱為內應力（例如組織應力、熱應力、加工過程結束後留存下來的殘餘應力…）。

（二）機械性能,金屬在溫度條件下承受外力（載荷）作用時，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機械性能（也稱為力學性能）。金屬材料承受的載荷有多種形式，它可以是靜態載荷，也可以是動態載荷，包括單獨或同時承受的拉伸應力、壓應力、彎曲應力、剪切應力、扭轉應力，以及摩擦、振動、衝擊等等，因此衡量金屬材料機械性能的指標主要有以下幾項：

1.1.強度

這是表徵材料在外力作用下抵抗變形和破壞大能力，可分為抗拉強度極限（σb）、抗彎強度極限（σbb）、抗壓強度極限（σbc）等。由於金屬材料在外力作用下從變形到破壞有的規律可循，因而通常採用拉伸試驗進行測定，即把金屬材料制成規格的試樣，在拉伸試驗機上進行拉伸，直至試樣斷裂，測定的強度指標主要有：

（1）強度極限：材料在外力作用下能抵抗斷裂的應力，一般指拉力作用下的抗拉強度極限，以σb表示，如拉伸試驗曲線圖中點b對應的強度極限，常用單位為兆帕（MPa），換算關係有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1kgf/mm2或1kgf/mm2=9.8MPa。

（2）屈服強度極限：金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時，雖然應力不再增加，但是試樣仍發生明顯的塑性變形，這種現象稱為屈服，即材料承受外力到程度時，其變形不再與外力成正比而產生明顯的塑性變形。產生屈服時的應力稱為屈服強度極限，用σs表示，相應於拉伸試驗曲線圖中的S點稱為屈服點。對於塑性高的材料，在拉伸曲線上會出現明顯的屈服點，而對於低塑性材料則沒有明顯的屈服點，從而難以根據屈服點的外力求出屈服極限。因此，在拉伸試驗方法中，通常規定試樣上的標距長度產生0.2%塑性變形時的應力作為條件屈服極限，用σ0.2表示。屈服極限指標可用於要求零件在工作中不產生明顯塑性變形的設計依據。但是對於一些重要零件還考慮要求屈強比（即σs/σb）要小，以提高其可靠性，不過此時材料的利用率也較低了。

（3）彈性極限：材料在外力作用下將產生變形，但是去除外力後仍能恢復原狀的能力稱為彈性。金屬材料能保持彈性變形的應力即為彈性極限，相應於拉伸試驗曲線圖中的e點，以σe表示，單位為兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe為保持彈性時的外力（或者說材料彈性變形時的載荷）。

（4）彈性模數：這是材料在彈性極限範圍內的應力σ與應變δ（與應力相對應的單位變形量）之比，用E表示，單位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α為拉伸試驗曲線上o-e線與水平軸o-x的夾角。彈性模數是反映金屬材料剛性的指標（金屬材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛性）。

1.2.塑性

金屬材料在外力作用下產生變形而不破壞的能力稱為塑性，通常以拉伸試驗時的試樣標距長度延伸率δ（%）和試樣斷面收縮率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%，這是拉伸試驗時試樣拉斷後將試樣斷口對合起來後的標距長度L1與試樣原始標距長度L0之差（增長量）與L0之比。在實際試驗時，同一材料但是不同規格（直徑、截面形狀-例如方形、圓形、矩形以及標距長度）的拉伸試樣測得的延伸率會有不同，因此一般需要特別加注，例如常用的圓截面試樣，其初始標距長度為試樣直徑5倍時測得的延伸率表示為δ5，而初始標距長度為試樣直徑10倍時測得的延伸率則表示為δ10。斷面收縮率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%，這是拉伸試驗時試樣拉斷後原橫截面積F0與斷口細頸處截面積F1之差（斷面縮減量）與F0之比。實用中對於常用的圓截面試樣通常可通過直徑測量進行計算：ψ=[1-(D1/D0)2]x100%，式中：D0-試樣原直徑；D1-試樣拉斷後斷口細頸處小直徑。δ與ψ值越大，表明材料的塑性越好。

1.3.韌性

金屬材料在衝擊載荷作用下抵抗破壞的能力稱為韌性。通常採用衝擊試驗，即用尺寸和形狀的金屬試樣在規定類型的衝擊試驗機上承受衝擊載荷而折斷時，斷口上單位橫截面積上所消耗的衝擊功表徵材料的韌性：αk=Ak/F單位J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2αk稱作金屬材料的衝擊韌性，Ak為衝擊功，F為斷口的原始截面積。5.疲勞強度極限金屬材料在長期的反復應力作用或交變應力作用下（應力一般均小於屈服極限強度σs），未經顯著變形就發生斷裂的現象稱為疲勞破壞或疲勞斷裂，這是由於多種原因使得零件表面的局部造成大於σs甚至大於σb的應力（應力集中），使該局部發生塑性變形或微裂紋，隨著反復交變應力作用次數的增加，使裂紋逐漸擴展加深（裂紋處應力集中）導致該局部處承受應力的實際截面積減小，直至局部應力大於σb而產生斷裂。在實際應用中，一般把試樣在重復或交變應力（拉應力、壓應力、彎曲或扭應力等）作用下，在規定的周期數內（一般對鋼取106~107次，對有色金屬取108次）不發生斷裂所能承受的應力作為疲勞強度極限，用σ-1表示，單位MPa。除了上述五種常用的力學性能指標外，對一些要求特別嚴格的材料，例如航空航天以及核工業、電廠等使用的金屬材料，還會要求下述一些力學性能指標：蠕變極限：在溫度和恒定拉伸載荷下，材料隨時間緩慢產生塑性變形的現象稱為蠕變。通常採用高溫拉伸蠕變試驗，即在恒定溫度和恒定拉伸載荷下，試樣在規定時間內的蠕變伸長率（總伸長或殘餘伸長）或者在蠕變伸長速度相對恒定的階段，蠕變速度不超過某規定值時的應力，作為蠕變極限，以表示，單位MPa，式中τ為試驗持續時間，t為溫度，δ為伸長率，σ為應力；或者以表示，V為蠕變速度。高溫拉伸持久強度極限：試樣在恒定溫度和恒定拉伸載荷作用下，達到規定的持續時間而不斷裂的應力，以表示，單位MPa，式中τ為持續時間，t為溫度，σ為應力。金屬缺口敏感性係數：以Kτ表示在持續時間相同（高溫拉伸持久試驗）時,有缺口的試樣與無缺口的光滑試樣的應力之比：式中τ為試驗持續時間，為缺口試樣的應力，為光滑試樣的應力。或者用：表示，即在相同的應力σ作用下，缺口試樣持續時間與光滑試樣持續時間之比。抗熱性：在高溫下材料對機械載荷的抗力