金属材料机械性能测试-测博士

一、主要测试类型及方法

1. 拉伸测试（Tensile Test）

• 目的：测定材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率等，评估材料的强度与塑性。

• 方法：

• 屈服强度（σ₀.₂）：材料发生微量塑性变形时的应力。

• 抗拉强度（σb）：材料断裂前能承受的最大应力。

• 伸长率（δ）：断裂后标距段的伸长量与原始标距的百分比。

• 断面收缩率（ψ）：断裂后试样截面积的最大缩减量与原始截面积的百分比。

• 将试样装夹在拉伸试验机上，施加轴向拉伸载荷直至断裂。

• 通过应力 - 应变曲线分析关键数据：

• 应用：金属材料的基础性能评估，如结构钢、铝合金等的选型。

2. 硬度测试（Hardness Test）

• 目的：测量材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。

• 常用方法：

  测试类型	原理	适用材料	典型设备
  布氏硬度（HB）	用钢球或硬质合金球压头施加载荷，测量压痕直径。	较软金属（如退火钢、铸铁）	布氏硬度计
  洛氏硬度（HR）	用金刚石圆锥或钢球压头，测量压痕深度。	从软到硬的金属（如淬火钢、表面硬化层）	洛氏硬度计
  维氏硬度（HV）	用金刚石正四棱锥压头，测量对角线长度计算硬度。	薄件、镀层、渗层等（精度高）	维氏硬度计

• 注意：硬度测试结果需结合材料厚度、表面状态选择合适方法。

3. 冲击测试（Impact Test）

• 目的：测定材料在冲击载荷下抵抗断裂的能力（韧性），常用指标为冲击吸收功（Ak）。

• 方法：

• 夏比冲击试验（Charpy Test）：将带有缺口的试样放置在试验机上，用摆锤冲击断裂，计算吸收的能量。

• 缺口类型：V 型缺口（更敏感，用于低温韧性评估）和 U 型缺口。

• 应用：评估材料在动态载荷或低温环境下的脆性倾向（如压力容器、桥梁用钢）。

4. 疲劳测试（Fatigue Test）

• 目的：测定材料在循环载荷下抵抗疲劳断裂的能力，获取 S-N 曲线（应力 - 循环次数曲线）。

• 方法：

• 施加周期性交变载荷（拉伸 - 压缩、弯曲等），记录试样断裂时的循环次数。

• 疲劳强度（σₙ）：指定循环次数（如 10⁷次）下不发生断裂的最大应力。

• 应用：航空航天、汽车零部件（如齿轮、轴）等承受交变载荷的场景。

5. 压缩测试（Compression Test）

• 目的：测定材料在压缩载荷下的强度、变形行为（如脆性材料的抗压强度）。

• 方法：对短柱形试样施加轴向压缩载荷，记录应力 - 应变曲线。

• 特点：塑性材料可能发生压扁而不断裂，脆性材料（如铸铁）则沿斜截面断裂。

6. 弯曲测试（Bend Test）

• 目的：评估材料在弯曲载荷下的塑性变形能力或断裂倾向（如焊接接头的韧性）。

• 方法：三点弯曲或四点弯曲，测量试样弯曲至规定角度时是否开裂。

二、测试设备与标准

1. 常用设备

• 万能材料试验机：用于拉伸、压缩、弯曲等测试，配备力传感器和位移测量装置。

• 硬度计：布氏、洛氏、维氏硬度计等。

• 冲击试验机：摆锤式冲击试验机（夏比 / 梅氏）。

• 疲劳试验机：电液伺服疲劳试验机、旋转弯曲疲劳试验机。

2. 国家标准

• 国际标准：ISO 6892（拉伸测试）、ISO 148（冲击测试）、ISO 6507（维氏硬度）。

三、应用场景

1. 材料研发与选型：对比不同合金成分的性能，优化材料配方。

2. 质量控制与检验：生产过程中检测产品是否符合力学性能要求（如钢筋、航空铝材）。

3. 失效分析：通过测试断口形貌、力学性能，分析零件断裂原因。

4. 工程设计：为结构设计提供强度、韧性等参数（如建筑用钢、机械零部件）。

四、注意事项

1. 试样制备：

• 尺寸、加工精度需符合标准（如标距长度、表面粗糙度）。

• 避免试样表面损伤（如划痕、变形）影响测试结果。

2. 环境控制：

• 高温或低温测试需使用温控装置（如高温拉伸试验炉）。

• 腐蚀环境下可结合电化学测试评估材料性能。

3. 设备校准：定期校准试验机的力值、位移精度，确保数据准确性。

4. 安全操作：冲击测试、疲劳测试等需注意设备防护，避免试样飞溅伤人。