蔡冬梅沈陽斯林達安科新技術有限公司

分析金屬材料力學性能試驗方法和試驗設備

蔡冬梅
沈陽斯林達安科新技術有限公司

在我國經(jīng)濟不斷持續(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?。為了更好的讓金屬材料服務于我們的日常生活，相關的研究人員對金屬材料的力學性質進行了相關的試驗，并對近年來新出臺的一些新標準以及新的試驗設備進行了簡要的介紹。

金屬材料；發(fā)展；力學；試驗；設備

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性能的試驗方法的標準，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性能試驗方法標準來講，國際的ISO標準在金屬材料力學性能試驗方法這一領域中的采標轉化率可以達到接近百分之百的程度，這也是我國國家標準體系工作中做的比較好的一部分。對于金屬材料力學性能檢測來講，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性能測試方法以及新的試驗設備，這也為金屬材料力學檢測領域實現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了有利的條件。

1 、金屬材料力學試驗方法的標準

現(xiàn)階段我國所使用的金屬材料力學性能試驗方法的國家標準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準也已經(jīng)納入到最近的金屬材料力學試驗標準的修訂計劃中去。金屬材料力學試驗方法的國家標準主要有以下九個部分所組成：第一部分為金屬材料力學試驗的通用標準；第二部分為金屬材料力學試驗的金屬拉伸、壓縮、彎曲以及扭轉試驗標準；第三部分為金屬在高溫狀態(tài)下的試驗標準；第四部分為金屬延性的試驗標準；第五部分為金屬硬度的試驗標準；第六部分為金屬沖擊試驗的標準；第七部分為近視斷裂的力學試驗標準；第八部分為金屬疲勞試驗標準；第九部分為金屬其他力學性能的試驗標準。

2 、力學性能試驗方法

2.1 GB/T 228.1-2010方法A經(jīng)過了近兩年的試驗。這一金屬力學試驗性能新標準的發(fā)布也對相關的研究人員提出了更高的要求。下面以這一新標準為例對這一試驗進行介紹。依據(jù)這一標準中的要求，相關的研究人員不可以直接的進行方法A的試驗，必須要對這種技術的背景以及相關的一些試驗設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行應變速率的控制或是采用標定試驗系統(tǒng)柔度的等效方法來做到對應變速度的控制，是這一標準中的一個技術難題。在相關的研究人員從事這方面的研究時，試驗機的生產(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，可以通過自適應控制系統(tǒng)有效的處理好這一問題。我國的鋼研納克檢測技術有限公司所研制出的電子拉伸試驗機的電子控制系統(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準，主要對以下幾方面提出了比較高的要求：（1）對相關試驗室的環(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）對持久蠕變試驗機的加載同軸度。隨著超超臨界火電機組運行過程中所用到的耐熱鋼以及航空領域中所使用的高溫合金的快速發(fā)展，我國相關的研究機構也不斷的擴充蠕變試驗室的規(guī)模以及綜合的科研實力。我國很多科研機構以及企業(yè)，如鋼鐵研究總院、上海電氣集團等等，已經(jīng)擁有近兩百余臺持久蠕變試驗機。

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的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來對材料的機械特性進行分析。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性能進行測定，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散多元節(jié)研究材料力學性能的主要方法之一。GB/ T 21838.4-2008標準中的納米壓入技術是最近幾年采逐漸發(fā)展出現(xiàn)的一種微納米力學測試技術，這一技術可以通過連續(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行力學特性的展示。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)等力學性能進行試驗。

3 、力學性能測試領域發(fā)展

為推動我國打飛機研制項目的進行，我國的很多航空工業(yè)企業(yè)以及相關的試驗機構都在申請NADCAP的認證。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構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證的組織。這一組織的主要目的就是使用第三方的認證解決方案來替代各自對供應商進行的多次特種工藝的審查，這樣可以顯著的減少供應山的發(fā)展成本降低其潛在的發(fā)展風險。在申請NADCAP的過程中相關的認證材料，試驗室都需要依據(jù)ASTM系列的標準進行。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儀器設備升級改造工作（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。

[1]高怡斐，梁新幫，鄧星臨.GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》[S].北京：中國質檢出版社/中國標準出版社，2012.

[2]劉正東，程世長，王起江，等.中國600℃火電機組鍋爐鋼進展[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

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