呂曉軍,劉 舟

（西安航空學(xué)院,西安 710077）

0 前言

金屬材料作為現(xiàn)代社會(huì)的重要組成部分，其對(duì)于零部件的運(yùn)行具有積極的促進(jìn)作用[1]。在金屬材料的選擇中，需要對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行綜合分析，以便滿足設(shè)備的運(yùn)行需求。因此，探究金屬材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法以及力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的種類具有重要的價(jià)值。

1 金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法

（1）拉伸測(cè)試。拉伸測(cè)試是測(cè)量金屬產(chǎn)品質(zhì)量的重要方式，在測(cè)試過程中，需要對(duì)儀器以及設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行限定，降低客觀因素對(duì)數(shù)據(jù)的影響[2]。以低碳鋼的測(cè)試為例，在規(guī)定屈服載荷Ps后，在主動(dòng)針停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測(cè)量，橫截面積為A，則其最大屈服極限為Ps/A。拉伸實(shí)驗(yàn)具有簡(jiǎn)單便捷的特點(diǎn)，在分析過程中，建立應(yīng)變曲線，可以觀測(cè)材料的極限以及彈性模量等相關(guān)信息，并且在實(shí)驗(yàn)過程中，材料的受力均勻，可以獲取單向應(yīng)力關(guān)系。

（2）壓縮測(cè)試。壓縮測(cè)試主要應(yīng)用于對(duì)材料的屈服極限以及抗拉強(qiáng)度的測(cè)試，通過觀察材料的變形以及破壞形式，可以較好的確定材料力學(xué)性能[3]。在測(cè)試過程中，由于材料的受壓程度不一，因而需要采用球形承墊的方式來進(jìn)行測(cè)試，以低碳鋼的壓縮測(cè)試為例，在測(cè)試過程中，需要遵循胡克定律的規(guī)則，壓縮曲線呈現(xiàn)直線的變化趨勢(shì)，在出現(xiàn)非線性變化時(shí)，表示材料達(dá)到了屈服，之后其呈現(xiàn)曲線變化的趨勢(shì)，另外，在隨著載荷不斷增加的情況下，塑性變形呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其可以通過屈服載荷/橫截面積的方式來確定屈服極限。壓縮實(shí)驗(yàn)具有變形量大的特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)拉伸實(shí)驗(yàn)的不足，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，需要通過潤(rùn)滑油的方式來降低表面的摩擦力。

（3）扭轉(zhuǎn)測(cè)試。扭轉(zhuǎn)測(cè)試需要在材料上繪制直線，確定扭轉(zhuǎn)變形，并且確定材料的屈服極限以及剪切強(qiáng)度極限。該測(cè)試方法在應(yīng)用過程中，運(yùn)用螺栓進(jìn)行固定，在電機(jī)減速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，夾頭運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工件扭轉(zhuǎn)，繼而出現(xiàn)變形。在扭轉(zhuǎn)測(cè)試中，材料處于切應(yīng)力狀態(tài)，通過扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，可以確定材料的機(jī)械特性，以低碳鋼為例，在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)測(cè)試的過程中，主要分為彈性、屈服、強(qiáng)化以及斷裂四個(gè)階段，扭矩分別為Tp、Ts和Tb，經(jīng)過分析，其剪切屈服極限值為3MTb/4Wp。在工件的破壞現(xiàn)象分析方面，在其橫截面上具有剪應(yīng)力，同時(shí)低碳鋼的抗剪能力相對(duì)較弱，因而會(huì)沿著橫截面出現(xiàn)破壞。

（4）硬度測(cè)試。硬度測(cè)試主要采用受力方式進(jìn)行測(cè)量，通常采用壓入法，根據(jù)布氏硬度的方式來進(jìn)行測(cè)量，將合金置于一定壓力下，可以確定其壓痕面積S=1/2πD（D-D2-d2），通過布氏硬度進(jìn)行測(cè)算，可以較好的確定材料的硬度。布氏硬度具有較高的代表性，壓痕面積相對(duì)較大，可以反映材料的平均情況，但是其不利于成品檢驗(yàn)。布氏硬度主要應(yīng)用于鍛鋼和鑄鐵等金屬材料的測(cè)試，但是對(duì)于有色金屬等材料的硬度測(cè)試能力存在明顯的不足，維氏硬度可以用于成品的測(cè)量，是常用的測(cè)量手段，其測(cè)試數(shù)值為試驗(yàn)力與表面積S的比值。在維氏硬度的測(cè)試中，對(duì)角線的長(zhǎng)度通常為0.02-1.4mm，其主要應(yīng)用于材料研究以及科學(xué)試驗(yàn)等幾個(gè)方面。另外，維氏硬度壓痕為正方形，便于測(cè)量，但是在使用過程中，對(duì)于材料的光滑度要求相對(duì)較高，因而僅僅應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量。

2 金屬材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）萬能試驗(yàn)機(jī)。萬能試驗(yàn)機(jī)可以對(duì)多種材料進(jìn)行拉伸、彎曲和壓縮等實(shí)驗(yàn)，具有效率高的特點(diǎn)，其主要是由測(cè)量、驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成。其對(duì)力值的測(cè)量主要是通過傳感器、放大器和數(shù)據(jù)處理來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于傳感的設(shè)計(jì)，通常是采用差動(dòng)全橋測(cè)量方式，對(duì)于形變的測(cè)量，通常是通過測(cè)量過程中產(chǎn)生的形變而進(jìn)行分析。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是通過伺服系統(tǒng)控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制；對(duì)于控制系統(tǒng)，是通過操作臺(tái)以及電腦控制的方式來實(shí)現(xiàn)。

（2）扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)。扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)主要是應(yīng)用于零部件的扭轉(zhuǎn)力情況下的性能測(cè)試，其通常應(yīng)用于相關(guān)機(jī)構(gòu)或者學(xué)校的研究，可以對(duì)扭矩、轉(zhuǎn)角以及扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量，其主要包括以下幾種類型：第一，彈簧扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)，其主要采用數(shù)字放大、數(shù)字采集以及閉環(huán)系統(tǒng)等先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)測(cè)量；第二，線材扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)，其主要測(cè)量0.1-10mm的金屬線材，可以確定線材的缺陷，主要通過單向扭轉(zhuǎn)和雙向扭轉(zhuǎn)來完成實(shí)驗(yàn)。單向扭轉(zhuǎn)主要是通過一個(gè)方向的360度扭轉(zhuǎn)作為測(cè)試參數(shù)，而雙向扭轉(zhuǎn)則是在相反兩個(gè)方向扭轉(zhuǎn)360度來測(cè)量參數(shù)。第三，材料扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)，主要是由高精度扭轉(zhuǎn)傳感器、光電編碼器以及數(shù)字顯示等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩以及轉(zhuǎn)角的測(cè)試。

（3）擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)主要是測(cè)量材料抵抗沖擊的性能，其主要分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種類型，其可以根據(jù)需求來選擇沖擊功的大小。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過繼電器以及離合器等器件的操作，可以實(shí)現(xiàn)擺錘沖擊操作，并且具有自動(dòng)揚(yáng)擺功能，可以全面測(cè)試材料的沖擊力。

3 結(jié)語

金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試需要通過設(shè)備以及科學(xué)的方法來完成，只有強(qiáng)化對(duì)性能測(cè)試方法以及測(cè)試設(shè)備的研究，才可以提升檢驗(yàn)的科學(xué)性。希望通過本文的分析，相關(guān)部門可以對(duì)金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試方法進(jìn)行總結(jié)，且根據(jù)自身應(yīng)用的實(shí)際情況，選擇科學(xué)的測(cè)試方法和設(shè)備。

[1]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):24-25.

[2]李衛(wèi)國(guó),邵家興,寇海波等.材料高溫力學(xué)性能理論表征方法研究進(jìn)展[J].固體力學(xué)學(xué)報(bào),2017,38(02):93-123.

[3]肖廈子,宋定坤,楚海建等.金屬材料力學(xué)性能的輻照硬化效應(yīng)[J].力學(xué)進(jìn)展,2015,45(01):141-178.