分析金屬材料力學(xué)性能試驗方法和試驗設(shè)備

蔡冬梅沈陽斯林達(dá)安科新技術(shù)有限公司

分析金屬材料力學(xué)性能試驗方法和試驗設(shè)備

蔡冬梅
沈陽斯林達(dá)安科新技術(shù)有限公司

在我國經(jīng)濟(jì)不斷持續(xù)發(fā)展的今天，金屬材料已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧榱烁玫淖尳饘俨牧戏?wù)于我們的日常生活，相關(guān)的研究人員對金屬材料的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)的試驗，并對近年來新出臺的一些新標(biāo)準(zhǔn)以及新的試驗設(shè)備進(jìn)行了簡要的介紹。

金屬材料；發(fā)展；力學(xué)；試驗；設(shè)備

前言

近年來，隨著金屬材料受到人們重視程度的不斷提高。我國所出臺的金屬材料力學(xué)性能的試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)，在最近幾年也得到了不斷的完善。就現(xiàn)階段我國的金屬材料力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)來講，國際的ISO標(biāo)準(zhǔn)在金屬材料力學(xué)性能試驗方法這一領(lǐng)域中的采標(biāo)轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到接近百分之百的程度，這也是我國國家標(biāo)準(zhǔn)體系工作中做的比較好的一部分。對于金屬材料力學(xué)性能檢測來講，這雖然是一個比較傳統(tǒng)的行業(yè)，但是近年來由于科技不斷的發(fā)展，新出現(xiàn)了很多的金屬材料力學(xué)性能測試方法以及新的試驗設(shè)備，這也為金屬材料力學(xué)檢測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展提供了有利的條件。

1 、金屬材料力學(xué)試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段我國所使用的金屬材料力學(xué)性能試驗方法的國家標(biāo)準(zhǔn)體系基本上都是在最近五年內(nèi)修訂或是制定的，有極個別超過五年的標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)納入到最近的金屬材料力學(xué)試驗標(biāo)準(zhǔn)的修訂計劃中去。金屬材料力學(xué)試驗方法的國家標(biāo)準(zhǔn)主要有以下九個部分所組成：第一部分為金屬材料力學(xué)試驗的通用標(biāo)準(zhǔn)；第二部分為金屬材料力學(xué)試驗的金屬拉伸、壓縮、彎曲以及扭轉(zhuǎn)試驗標(biāo)準(zhǔn)；第三部分為金屬在高溫狀態(tài)下的試驗標(biāo)準(zhǔn)；第四部分為金屬延性的試驗標(biāo)準(zhǔn)；第五部分為金屬硬度的試驗標(biāo)準(zhǔn)；第六部分為金屬沖擊試驗的標(biāo)準(zhǔn)；第七部分為近視斷裂的力學(xué)試驗標(biāo)準(zhǔn)；第八部分為金屬疲勞試驗標(biāo)準(zhǔn)；第九部分為金屬其他力學(xué)性能的試驗標(biāo)準(zhǔn)。

2 、力學(xué)性能試驗方法

2.1 GB/T 228.1-2010方法A經(jīng)過了近兩年的試驗。這一金屬力學(xué)試驗性能新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布也對相關(guān)的研究人員提出了更高的要求。下面以這一新標(biāo)準(zhǔn)為例對這一試驗進(jìn)行介紹。依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)中的要求，相關(guān)的研究人員不可以直接的進(jìn)行方法A的試驗，必須要對這種技術(shù)的背景以及相關(guān)的一些試驗設(shè)備有一定的了解以后并且還需要經(jīng)受過方法A的專業(yè)技能培訓(xùn)以后，才可以開始試驗。在GB/T 228.1-2010中，不連續(xù)屈服的金屬材料怎樣才能直接的進(jìn)行應(yīng)變速率的控制或是采用標(biāo)定試驗系統(tǒng)柔度的等效方法來做到對應(yīng)變速度的控制，是這一標(biāo)準(zhǔn)中的一個技術(shù)難題。在相關(guān)的研究人員從事這方面的研究時，試驗機(jī)的生產(chǎn)廠商也在積極的尋找一些解決方案，盡可能的為相關(guān)的研究人員提供方便，對于連續(xù)屈服以及不連續(xù)屈服的金屬材料的解決方案進(jìn)行統(tǒng)一。

德國的一家名為Zwick/Roell的公司推出了一款TestControllII數(shù)字式的電子測量與控制系統(tǒng)配合的傳感器技術(shù)，可以通過自適應(yīng)控制系統(tǒng)有效的處理好這一問題。我國的鋼研納克檢測技術(shù)有限公司所研制出的電子拉伸試驗機(jī)的電子控制系統(tǒng)也可以很好的解決這一問題。

2.2 GB/T 2039-2012高溫持久蠕變試驗，已經(jīng)出臺的金屬材料單軸拉伸持久蠕變試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，主要對以下幾方面提出了比較高的要求：（1）對相關(guān)試驗室的環(huán)境溫度；（2）需要依據(jù)試驗的溫度變化范圍以及試驗的時間來選擇與之相匹配的熱電偶；（3）對持久蠕變試驗機(jī)的加載同軸度。隨著超超臨界火電機(jī)組運行過程中所用到的耐熱鋼以及航空領(lǐng)域中所使用的高溫合金的快速發(fā)展，我國相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)也不斷的擴(kuò)充蠕變試驗室的規(guī)模以及綜合的科研實力。我國很多科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)，如鋼鐵研究總院、上海電氣集團(tuán)等等，已經(jīng)擁有近兩百余臺持久蠕變試驗機(jī)。

2.3 儀器化壓痕試驗

這種試驗方法是新出現(xiàn)的一種試驗方法，其優(yōu)勢在于，不但可以通過試驗獲取被測量金屬材料的硬度，同時也可以獲取被測量金屬材料的其余參數(shù)。這種試驗方法的主要特征是可以將試驗力與金屬材料的壓痕深度自動的記錄下來，然后通過測試曲線以及相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來對材料的機(jī)械特性進(jìn)行分析。在全世界的范圍內(nèi)，有很多的研究人員都在使用壓痕硬度試驗這一方法對材料的力學(xué)性能進(jìn)行測定，因此，這一試驗方法也成為美國材料基因組計劃對于材料擴(kuò)散多元節(jié)研究材料力學(xué)性能的主要方法之一。GB/ T 21838.4-2008標(biāo)準(zhǔn)中的納米壓入技術(shù)是最近幾年采逐漸發(fā)展出現(xiàn)的一種微納米力學(xué)測試技術(shù)，這一技術(shù)可以通過連續(xù)測控作用在壓頭上的荷載以及位移，同時可以對測量得到的荷載——位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而得到被測量材料的楊氏模量以及硬度等等力學(xué)特性參數(shù)。這種試驗方法具有極高的測試精度，可以做到在微米量級的情況下對材料、薄膜或是涂層材料進(jìn)行力學(xué)特性的展示。同時也可以在納米壓入試驗中對材料微區(qū)的楊氏模量、硬度、蠕變速率等敏感指數(shù)等力學(xué)性能進(jìn)行試驗。

3 、力學(xué)性能測試領(lǐng)域發(fā)展

為推動我國打飛機(jī)研制項目的進(jìn)行，我國的很多航空工業(yè)企業(yè)以及相關(guān)的試驗機(jī)構(gòu)都在申請NADCAP的認(rèn)證。NADCAP是由美國航空航天、國防工業(yè)企業(yè)、美國國防部等諸多機(jī)構(gòu)共同建立的一個專業(yè)從事航空航天工業(yè)特殊產(chǎn)品或是特殊的工藝認(rèn)證的組織。這一組織的主要目的就是使用第三方的認(rèn)證解決方案來替代各自對供應(yīng)商進(jìn)行的多次特種工藝的審查，這樣可以顯著的減少供應(yīng)山的發(fā)展成本降低其潛在的發(fā)展風(fēng)險。在申請NADCAP的過程中相關(guān)的認(rèn)證材料，試驗室都需要依據(jù)ASTM系列的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在這樣的要求下，我國鋼鐵材料測試中心曾經(jīng)向我國科技部申請了科學(xué)儀器設(shè)備升級改造工作（主要是將同軸度測量儀改造為新型的具有較高精度的同軸測量儀），這一申請已經(jīng)得到了國家科技部的全力支持。

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