金屬材料廣泛應用于建築、礦山、化工、交通運輸等行業，各種機械設備中90%的材料都是由金屬制造的，由于金屬的選材不當或使用不當會造成材料的過早失效，嚴重的可能會發生重大事故。金屬材料力學性能檢測作為質量控制的一個關鍵環節，産品使用前對原材料、半成品或成品的檢測就顯得特别重要。

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

1、黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業純鐵，含碳2%～4%的鑄鐵，含碳小于2%的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

2、有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等，有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數小。

3、特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。

金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料在使用過程中應具備的性能，它包括力學性能（強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等）、物理性能（密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性等）和化學性能。工藝性能是金屬材料從冶煉到成品的生産過程中，适應各種加工工藝應具備的性能。

金屬材料的力學性能是指金屬材料在載荷作用時所表現的性能。這些性能是材料檢驗檢測、機械設計、材料選擇及工藝評定的主要依據。

1、強度

金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的強度。根據外力的作用方式，材料的強度分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和抗剪強度等。在使用中一般多以抗拉強度作為基本的強度指标，常簡稱為強度。強度單位為MPa(N/mm²)。

拉伸試驗主要用來測試金屬材料的性能，其檢測結果不僅可以反映金屬的強度和塑性，還可以反映強度的極限、彈性極限以及屈服極限等。

試驗時,将試樣兩端夾裝在試驗機的上下夾頭上,按照GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》要求的試驗速率進行加載,随着載荷的增加，試樣逐步變形而伸長,直到被拉斷為止。在試驗過程中，試驗機自動記錄了每一瞬間負荷F和變形量ΔL，并給出了它們之間的關系曲線，故稱為拉伸曲線（或拉伸圖）。拉伸曲線反映了材料在拉伸過程中的彈性變形、塑性變形和直到拉斷時的力學特性。

低碳鋼試樣在拉伸過程中，可分為彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段四個階段。

屈服強度是當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點。應區分為上屈服強度和下屈服強度。

生産中使用的某些金屬材料，在拉伸試驗中不出現明顯的屈服現象，無法确定其屈服點Rp。所以國标中規定，以試樣塑性變形量為試樣标距長度的0.2%時,材料承受的應力稱為“塑性延伸強度”,并以符号Rp0.2表示。Rp0.2的确定方法如圖2所示：在拉伸曲線橫坐标上截取C點，使OC=0.2%L0，過C點作OP斜線的平行線，交曲線于S點，則可找出相應的載荷F0.2,從而計算出Rp0.2。

當試驗出現下列情況之一時，試驗結果無效：

（1）試樣斷在标距外或斷在夾具内時。

（2）試驗期間設備發生故障，影響了試驗結果。

2、塑性

金屬材料在載荷作用下，産生塑性變形而不破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指标有斷後伸長率（A）和斷面收縮率（Z）。

（1）斷後伸長率

試樣拉斷後，标距長度的增加量與原标距長度的百分比稱為伸長率，。

（2）斷面收縮率

試樣拉斷後，标距内橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率。

強度指标和塑性指标是判斷金屬材料性能優劣的重要依據。金屬材料的塑性好壞，對零件的加工和使用都具有重要的實際意義。塑性好的材料不僅能順利地進行鍛壓、軋制等成型工藝，而且在使用時遇到突發狀況，由于塑性變形，能避免突然斷裂。

3、硬度

金屬材料抵抗硬的物體壓入其表面的能力，稱為硬度。根據試驗方法和适用範圍不同，硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于一般常用的金屬材料硬度有布氏、洛氏、維氏硬度三種。

（1）布氏硬度

Ⅰ試驗原理

對一定直徑D的碳化鎢合金球施加試驗力F壓人試樣表面，經規定保持時間後，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直徑do。

布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。

Ⅱ檢測方法

試樣應放置在剛性試台上。試樣背面和試台之間應無污物（氧化皮、油、灰塵等）。将試樣穩固地放置在試台上，确保在試驗過程中不發生位移。

使壓頭與試樣表面接觸，垂直于試驗面施加試驗力，直至達到規定試驗力值，确保加載過程中無沖擊、振動和過載。從加力開始至全部試驗力施加完畢的時間應在2s～8s之間。試驗力保持時間為10s～15s。對于要求試驗力保持時間較長的材料，試驗力保持時間公差為±2s。在整個試驗期間，硬度計應避免受到沖擊和振動。

（2）洛氏硬度

Ⅰ試驗原理

将特定尺寸、形狀和材料的壓頭分兩級試驗力壓入試樣表面，初試驗力加載後，測量初始壓痕深度。随後施加主試驗力，在卸除主試驗力後保持初試驗力時測量最終壓痕深度，洛氏硬度根據最終壓痕深度和初始壓痕深度的差值h及常數N和S計算得出。

Ⅱ洛氏硬度的标尺

洛氏硬度的标尺有：A、B、C、D、E、F、G、H、K，符号單位分别為HRA、HRBW、HRC、HRD、HREW、HRFW、HRGW、HRHW、HRKW。表面洛氏硬度标尺有：15N、30N、45N、15T、30T、45T，符号單位分别為HR15N、HR30N、HR45N、HR15TW、HR30TW、HR45TW。

Ⅲ檢測方法

試樣應放置在剛性支承物上，并使壓頭軸線和加載方向與試樣表面垂直，同時應避免試樣産生位移。使壓頭與試樣表面接觸，無沖擊、振動、擺動和過載地施加初試驗力F0,初試驗力的加載時間不超過2s，施加主試驗力F1，使試驗力從初試驗力F0增加至總試驗力F，洛氏硬度主試驗力的加載時間為1s〜8s。

總試驗力F的保持時間為5±1s，卸除主試驗力F1，初試驗力F。保持1s〜5s後，進行最終讀數。對于在總試驗力施加期間有壓痕蠕變的試驗材料，由于壓頭可能會持續壓人，所以應特别注意。若材料要求的總試驗力保持時間超過标準所允許的6s時，實際的總試驗力保持時間應在試驗結果中注明（例如65HRF/10s）。在整個試驗期間，硬度計應避免受到沖擊和振動。

實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關系并不一緻。

在金屬材料普遍應用的今天，金屬材料的質量是保證産品質量的關鍵，金屬材料的性能決定着材料的适用範圍及應用的合理性。随着金屬材料牌号不斷更新，力學性能相關指标不斷提高，國家标準中有關金屬材料力學性能檢測方法也在不斷更新，所以在金屬材料産品使用前，需要對金屬材料的力學性能進行檢測很有必要。

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