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千姿百态的金属材料,机械性能检测有哪些?

金属是人类应用历史最为悠久的材料之一。 金属是现代生活生产中应用最为广泛的材料。 千姿百态的金属材料逐渐成为支撑世界的基石,金属检测也紧随其发展脚步。..

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千姿百态的金属材料,机械性能检测有哪些?

发布时间:2019-03-07 热度:

        金属是人类应用历史最为悠久的材料之一。
        金属是现代生活生产中应用最为广泛的材料。
        千姿百态的金属材料逐渐成为支撑世界的基石,金属检测也紧随其发展脚步。

一、金属材料的分类


        1. 按化学成分可分为:纯金属与合金。
        由两种或两种以上金属(或金属与非金属)构成的材料称为合金。
        2. 金属与合金又可分为两大类:即黑色金属(或合金)和有色金属(或合金)。
        黑色金属是指铁碳合金,即钢和铸铁。
        有色金属是指除黑色金属之外的金属及其合金。例如铜及铜合金(各种黄铜、青铜等)、铝及铝合金(铝硅合金、铝镁合金等)
由于纯金属的冶炼、提纯工艺相当复杂,生产成本也相当高,而且纯金属又受到自身某些特点和性能的约束,所以实际应用极少。因此,人类无论是在生产领域还是在生话领域中所用的金属材料基本都是以合金为主,尤其以钢和铸铁的应用最为广泛和普遍。

二、金属的机械性能检测项目


        在机械制造行业,金属的机械性能检测指标一般包括强度、硬度、塑性和韧性等。

(一)强度:


        强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度一般有许多项评价指标,在机械行业最为常用的是抗拉强度和屈服点(亦可称为屈服强度)。
        1. 屈服点(σs或σ0.2)
        它是指使拉伸试样产生屈服现象时的应力。
        对于许多没有明显屈服现象的金属材料,工程上规定以试样产生0.2%塑性变形时的应力作为该材料的屈服点。
在屈服点以下金属发生的变形基本上是属于弹性变形;而在屈服点以上金属发生的变形则属于塑性变形。


 
        2. 抗拉强度(σb)
        是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。
        屈服点和抗拉强度在选择、评定金属材料和设计机械零件时具有相当重要的意义。由于机器零件在工作时,通常是不允许发生塑性变形的,因此在设计计算时多以屈服点作为强度设计的依据。对于脆性材料,因在其断裂前基本上不发生塑性变形,所以脆性材料没有屈服点,在强度计算时,则以抗拉强度为依据。

(二)硬度:


        金属材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压头压入痕迹的能力,称为硬度。硬度是反映金属硬软程度的一个重要评价指标。硬度直接影响到金属材料的耐磨性和切削加工性能,这是因为在机械加工、制造过程中,所用的模具、刃具、量具以及工件的耐磨表面都具有足够高的硬度,才能够保证它们的使用性能和寿命。若被切削加工的金属零件的硬度过高,必然会给切削加工增加困难,甚至损害切削刀具。可见硬度是一项极为重要的机械性能指标,而且其应用最为广泛。
        硬度与强度之间存在一定的换算关系,所以在零件图纸设计的技术条件中,通常只标注出硬度要求。
金属材料的硬度通常是采用硬度计进行测定,可直接读出数值。常用的硬度试验方法有两种:布氏硬度和洛氏硬度。


 
 
        1. 布氏硬度(HB):
        布氏硬度采用淬火钢球或者硬质合金钢球作为压头,在一定载荷的作用下将压头压入被测工件的表面,停留一定时间后,卸去载荷。然后采用专用的带有刻度的放大镜测量压痕直径,从压痕直径与硬度对照表读出布氏硬度(HB)值。
        布氏硬度压痕面积比较大,所以测试比较准确,硬度值比较稳定。布氏硬度适用于金属坯料但是不适于成品零件的检查。
        2. 洛氏硬度(HRC):
        洛氏硬度采用圆锥体金刚石作为压头,在规定的载荷的作用下将压头垂直压入被测金属工件的表面,可以直接从洛氏硬度计的刻度表读出洛氏硬度值(HRC)。 
        洛氏硬度测试简单、迅速、压痕面积很小,可以用于成品零件的检验。 
        无论布氏硬度实验还是洛氏硬度实验,压头的压痕面积均随着被测金属零件的硬度的升高而缩小。
        硬度试验的设备简单,可在生产现场进行检验,操作简便迅速,不损坏被测金属零件,是目前应用十分普遍的一种检测手段。

(三)塑性:


        塑性是指金属材料在发生塑性变形而不被破坏的能力。

 
 
        1. 延伸率(伸长率)(δ):
按照规定的尺寸制备试样在试验设备上进行拉伸,拉断时试样因变形而伸长的部分与试样原始长度之比的百分数就是该实验材料的延伸率。

        2. 断面收缩率(ψ):
        金属拉伸试样在拉伸过程中随着变性的发展,金属拉伸试样长度不断延伸,截面面积不断缩小,直至拉断。此时,截面面积缩小的绝对值与原截面面积之比的百分数就是该实验材料的断面收缩率。
        延伸率和断面收缩率的值愈大,金属的塑性愈好。良好的塑性不但是金属材料能够进行轧制、锻造、挤压、冲压、焊接的必要条件,而且在工作或使用过程中万一发生超载,由于零件首先发生塑性变形,能够避免发生突然断裂。

(四)冲击韧性(aK):


        冲击韧性通常采用摆锤式冲击试验机进行试验测定。测定时,一般是将带有缺口的标准冲击试样放在冲击试验机上,然后用摆锤将其一次冲断,并以式样缺口处的单位截面面积上所吸收的冲击功表示其冲击韧度。

 
 
        对于脆性材料,如铸铁、铸钢、淬火钢等,其冲击试验,试样一般不开缺口,因为开缺口的试样冲击值太低,难以比较不同材料冲击性能的差异。
        冲击值得大小与很多因素有关,如试样的形状、表面粗糙度、内部组织、实验的环境温度都有可能影响材料的冲击值,所以,冲击韧性一般仅作为选择材料的参考。
        实际上在诸多承受冲击载荷的机器零件中,很小有是在大能量一次冲击下而被破坏的,而大多是受到小能量多次重复冲击而遭到破坏的。因此,在大能量、一次冲断条件下测定出的冲击韧性,虽然方法简单,但对于大多数在工作中受到小能量多次重复冲击的零件就显得不太适用。
        冲击实验和冲击韧性对组织缺陷极为敏感,它能反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织等方面的变化,因此,冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质量的有效方法。

(五)疲劳强度(σ-1)


        在实际使用过程中,绝大多数承受交变载荷的零件往往在其所受力远远没有达到它的强度极限时就突然发生了断裂,这种现象称之为疲劳断裂。发生疲劳断裂时的临界应力(或称疲劳应力)称之为疲劳强度。一般来讲,运动机件如齿轮、连杆、曲轴、弹簧等的主要损坏形式就是疲劳断裂。
        产生疲劳断裂的原因:金属材料的缺陷(如气孔、夹杂、晶界缺陷等);金属表面的划痕;以及零件制造过程中形成的沟、槽、尖角等。上述缺陷容易造成应力集中现象,导致金属材料产生微裂纹,这种微裂纹随交变载荷作用次数的增加而逐渐扩展加深,直至不能承受所加的交变载荷而突然发生断裂。

        各种机械设备中90%的材料都是由金属制造的,由于金属的选材不当或使用不当会造成材料的过早失效,严重的可能会发生重大事故。通过以上五种金属机械性能检测,产品使用前对原材料、半成品或成品的检测,来
保证机械工程中质量控制的舵向,驶达安全的彼岸。



 

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