金属材料力学性能检测-强度和塑性

金属材料的力学性能检测是金属材料里面非常常规和普遍一个检测项目，特别是金属拉伸试验，我是隐石检测小编，每天分享第三方检测知识。今天给大家分享一下金属材料力学性能--强度和塑性。

强度与塑性

强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力。永久变形是指物体在力的作用下产生的形状，尺寸的改变，外力去除后，变形不能恢复到原来的形状和尺寸。这种不能恢复到原始的形状和尺寸的变形称永久变形或塑性变形。金属材料的强度和塑性指标可以通过拉伸试验测得。

(一)拉伸试验

拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长。拉伸时一般将拉伸试样拉至断裂。(公司要做拉伸试验需要取的国家试验室资质)

1.拉伸试样

通常采用国柱形拉伸试样，试样尺寸按国家标准有关规定进行制作。

拉伸试样要求：

线材, 圆棒试样: d≤3mm，长度L≥1000mm

10mm≥d≥3mm L≥200mm

d≥10mm 一般要求L≥200mm，如材料有限制,L最小为150mm两头车螺纹，螺纹长度L大于直径。

矩形试样：L≥200mm (美标可以L≥120mm)

管状试样: OD≤30mm, L≥300mm

OD>30mm, 一般要求L≥300mm,如果材料有限制,当壁厚t≥10mm L最小为200mm

2.试验方法

拉伸试验在拉伸试验机上进行。 为拉伸试验机图片。将试样装在试验机的上下夹头上，开动机器，在压力油的作用下，试样受到拉伸。同时，记录装置记录下拉伸过程中的力-伸长曲线。

(二)力-伸长曲线

在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△ L 之间的关系曲线，称为力-伸长曲线。通常把拉伸力 F 作为纵坐标，伸长量 △L 作为横坐标，图 2-3 所示为退火低碳钢的力-伸长曲线图。

观察拉伸试验和力-伸长曲线，会发现在拉伸试验的开始阶段，试样的伸长量 △L 与拉伸力F 之间成正比例关系，在力-伸长曲线图中为一条斜直线 Oe。在该阶段，当拉伸力增加时，试样伸长量△L 也呈正比增加。当去除拉伸力后试样伸长变形消失，恢复其原来形状，其变形规律符合胡克定律，表现为弹性变形。在图中 Fe是试样保持弹性变形的最大拉伸力。

当拉伸力不断增加，超过Fe时，试样将产生塑性变形,去除拉伸力后，变形不能完全恢复，塑性伸长将被保留下来。当拉伸力继续增加到 Fs时，力-伸长曲线在S点后出现一个平台，即在拉伸力不再增加的情况下，试样也会明显伸长，这种现象称为屈服现象。拉伸力 Fs称为屈服拉伸力。

当拉伸力超过屈服拉伸力后，试样抵抗变形的能力将会增加，此现象为冷变形强化，即抗力增加现象。在力-伸长曲线上表现为一段上升曲线，即随着塑性的增大，试样变形抗力也逐渐增大。

当拉伸力达到Fb时，试样的局部截面开始收缩，产生了缩颈现象。由于缩颈使试样局部截面迅速缩小，最终导致试样被拉断。缩颈现象在力-伸长曲线上表现为一段下降的曲线。 Fb是试样拉断前能承受的最大拉伸力，称为极限拉伸力。

从完整的拉伸试验和力-伸长曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。

(三) 强度指标

金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服点、规定残余伸长应力、抗拉强度等

1.屈服点和规定残余伸长向力

屈服点是指试样在拉伸试验过程中，力不增加(保持恒定)，但试样仍然能继续伸长(变形)时的应力。

工业上使用的部分金属材料，如高碳钢、铸铁等，在进行拉伸试验时，没有明显的屈服现象，也不会产生缩颈现象，这就需要规定一个相当于屈服点的强度指标，即规定残余伸长应力。

2.抗拉强度

抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力。

金属材料由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是表征材料在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性金属材料来说，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的。但超过最大拉应力后，金属材料开始出现缩颈现象，即产生集中变形。

屈强比，是一个重要的指标。比值越大，越能发挥材料的潜力，减少工程结构自重。但为了使用安全，也不宜过大，一般合理的比值在0.65-0.75 之间。

3.刚度

材料在受力时，抵抗弹性变形的能力称为刚度，它表示材料弹性变形的难易程度。

式中，和r分别为正应力和切应力，和y分别为正应变和切应变。

在设计机械零件时，如果要求零件刚度大时，应选用具有较高弹性模量的材料。一般来说，钢铁材料的弹性模量较大，所以对要求刚度大的零件，通常选用钢铁材料。例如，车床主轴应有足够的刚度，如果主轴刚度不足，车刀进给量大时，车床主轴的弹性变形就会大，从而影响零件的加工精度。

对于在弹性范围内要求对能量有较大吸收能力的零件(如仪表弹簧等)，可以选择软弹簧材料，如铍青铜、磷青铜等制造，使其具有较高的弹性极限和低的弹性模量。

(四)塑性指标

金属材料的塑性，可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示，如拉伸后的断后伸长率和断面收缩率。它们是表征材料塑性好坏的主要力学性能指标。

1.断后伸长率

拉伸试样在进行拉伸试验时，在力的作用下产生塑性变形，原始试样中的标距会不断伸长，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。

2.断面收缩率

断面收缩率是指，试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。

金属材料的塑性的好坏，对零件的加工和使用具有重要的实际意义，期性好的材料不仅能顺利地进行锻压、轧制等成型工艺，而且在使用时如超载，由于塑性变形，能避免突然断裂。所以大多数机械零件除要求具有较高的强度外，还须有一定的塑性。