- 导语
材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征 。
一般情况下,金属材料在一定范围内外加载荷的作用下能够保持其原有的形状和性能,然而,如果超过这一承受范围,金属材料就会发生变形,甚至被彻底破坏。因此,了解金属材料的力学性能指标尤为重要。
- 相关知识
一般来说金属的力学性能分为十种:
1.脆性:是指材料在损坏之前没有发生塑性变形的一种特性。它与韧性和塑性相反。脆性材料没有屈服点,有断裂强度和极限强度,并且二者几乎一样。铸铁、陶瓷、混凝土及石头都是脆性材料。与其他许多工程材料相比,脆性材料在拉伸方面的性能较弱,对脆性材料通常采用压缩试验进行评定。
2.强度:金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力.同时,它也可以定义为比例极限、屈服强度、断裂强度或极限强度。没有一个确切的单一参数能够准确定义这个特性。因为金属的行为随着应力种类的变化和它应用形式的变化而变化。强度是一个很常用的术语。
3.塑性:金属材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力.塑性变形发生在金属材料承受的应力超过弹性极限并且载荷去除之后,此时材料保留了一部分或全部载荷时的变形。
4.硬度:金属材料表面抵抗比他更硬的物体压入的能力。
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力学性能主要测试参数指标指标
具体项目
测试意义
硬度试验
洛氏硬度
维氏硬度
显微维氏硬度
布氏硬度
肖氏硬度
纳米压痕硬度
邵氏硬度
硬度是指“固体材料抗拒永久形变的特性”。 固体对外界物体入侵的局部抵抗能力,是比较各种材料软硬的指标。
拉伸试验
抗拉强度
屈服强度
断后伸长率
断面收缩率
弹性模量、泊松比
拉伸应变硬化指数
应变硬化
拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。
强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力。
塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不致破坏的能力,常用的塑性指标是延伸率和断面收缩率。
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金属材料力学有关的失效分析在金属材料检测中,失效分析是一门新兴发展中的学科,在提高产品质量,金属材料检测技术开发、改进,产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义,失效分析主要含有金属材料、热处理、焊接、材料加工与成型、机械设计、材料力学、无损检测等不同的专业。
具体检测项目
金相检验是一种常规的实验分析方法.它在失效分析中能提供被检材料的大概种类和组织状况。从检验出的显散组织来推断或证实被检材料制造过程中经历的工艺过程,以及执行这些工艺是否属正常,同时还可提供失效件在发生事故时是否发生塑性变形等情况,以及失效件在使用过程中无意造成的热处理效果等。反映出失效件在工作条件下发生的腐蚀(大致可以定性和对腐蚀程度的半定量)、磨损、氧化和严重的表面加工硬化等,并可初步确定其程度。从失效件上存在的裂纹,通过光学金相,大致可看出裂纹的发生及延伸分布的特征以及裂纹两侧的显微组织,来判断裂纹的性质,从而可提供失效件裂纹的产生原因;夹杂物的类型、级别及分布;相的类型、大小及分布。
在失效分析中,化学成分分析是必不可少的。它能为失效分析提供有用的信息。如由于选材错误所造成的失效,只需要用化学成分分析就能得到结果。利用X射线和荧光分析、能谱分析、俄歇分析、电子探针、离子探针、激光探针等方法,对金属的表面或内部的成分进行分析和研究。在进行化学我分分析时,宏观化学成分分析最常用,对于特殊情况,可采用微区化学成分分析。
- 失效案例分析
1、某电厂1号机系北京重型电机厂制造的冲动凝汽式汽轮机,其高压转子第8级叶片材料为2Cr13。1998年4月大修揭盖后发现该级叶片有一段围带残缺约10cm长,有一个叶片在根部断裂丢失,部分围带铆钉头有弹起现象。修复工作由电厂委托北京重型电机厂进行,其修复过程为:拆除5段围带及43片叶片,更换断裂和受损的2个叶片及损坏的2段围带,复装后叶片与围带采用焊接固定,并对2段围带铆钉头弹起的部位进行打磨后焊补,修后机组恢复运行。2000年5月7日,汽轮机出现异常响声,且振动不断加剧,揭缸后发现高压转子第8级叶片丢落19个,部分围带脱落,第9级叶片及8、9、10级部分隔板磨损变形。对照1998年4月大修记录,发现此次丢落的19个叶片大部分为当时修复处理过的叶片。由于此次叶片断裂事故对转子损伤较为严重,故把整个转子送到制造厂修复。
表1 损坏叶片材料的化学成分 %
化学成分 C Si Mn P S Ni Cr Cu 含量 0.24 0.35 0.268 0.030 0.016 0.17 12.4 0.04 GB8732-88要求 0.16-0.24 ≤0.60 ≤0.60 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.60 12.00-14.00 ≤0.30 - 检测标准
GB/T 228-2002 金属材料室温拉伸试验方法
本标准规定了金属材料拉伸试验方法的原理、定义、符号和说明、试样及其尺寸测量、试验设备、试验要求、性能测定、测定结果数值修约和试验报告。适用于金属材料室温拉伸性能的测定。但对于小横截面尺寸的金属产品,例如金属箔,超细丝和毛细管等的拉伸试验需要协议。
GB/T 229-2007 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法
本标准规定了测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法(V型和U型缺口试样)。不包括仪器化冲击试验方法。
GB/T 232-1999 金属材料弯曲试验方法
本标准规定了弯曲试验方法的原理、符号、试验设备、试样、试验程序、试验结果评定和试验报告。适用于金属材料相关产品标准规定试样的弯曲试验,测定其弯曲塑性变形能力。但不适用于金属管材和金属焊接接头的弯曲试验。
GB/T 4337-2008 金属材料疲劳试验 旋转弯曲方法
本标准规定了金属材料旋转棒弯曲疲劳试验方法。适用于金属材料在室温和高温空气中试样旋转弯曲的条件下进行的疲劳试验,其他环境(如腐蚀)下的也可参照本标准执行。
GB/T 5027-2007 金属材料 薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定
本标准规定了一种测定金属薄板和薄带塑性应变比的方法。
GB/T 12444-2006 金属材料磨损试验方法 试环-试块滑动磨损试验
本标准规定了金属试环-试块磨损试验的术语及定义、试验原理、试样、试验设备及仪器、试验方法、试验结果处理及试验报告。适用于金属材料在滑动摩擦条件下磨损量及摩擦系数的测定。
GB/T 22315-2008 金属材料弹性模量和泊松比试验方法
本标准规定了用静态法测定金属材料杨氏模量、弦线模量、切线模量、泊松比,用动态法测定金属材料动态杨氏模量、动态切变模量、动态泊松比的范围、规范性引用文件、术语和定义、符号及说明、原理、试样、试验设备、试验条件、性能测定和试验报告。
GB/T 24179-2009 金属材料残余应力测定 压痕应变法
本标准规定了采用压痕应变法测定金属材料表面残余应力的术语和定义、原理、测量设备、测量步骤、标定系数确定、试验报告等。适用于硬度大于50HRC的各种金属材料表面残余应力的测定。
- 检测机构