金属力学性能测试技术

为了确切表征金属材料在使用(服役)条件下所表现的行为,力学性能测试条件应尽量接近实际工作条件。除普通金属力学性能测试（利用试样进行力学性能测试）外，近年来又发展出模拟试验，即应用机件模型，或甚至使用真实机件，在模拟机件真实工作条件下进行力学试验。通过这种试验所得到的力学性能（使用性能）判据，能更真实反映工作条件下金属的性能，具有重大的工程实际意义。但是，模拟试验一般缺乏普遍性，应用受到限制。然而根据具体情况，进行部分模拟服役条件的力学性能测试还是十分必要的。

试验设备、试样形状、尺寸和加工方法、加荷速率、温度、介质等，均影响金属力学性能测试结果。只有采用相同的试验方法标准和测试规程，才能保证金属力学性能测试结果的可靠性和可比性。正确选择和执行标准，是确保金属力学性能测试质量的首要条件。

金属力学性能测试是一门综合性学科，它与数学、力学、物理学、金属学以及无线电技术、自动控制技术、电子计算机技术、数字显示技术、电液伺服控制技术、应力-应变测量技术、近代无损检验技术、仪器仪表制造技术等密切相关。60年代以来,由于这些领域的先进成就应用到金属力学性能测试中去，使金属力学性能测试技术的精度、能力和自动化程度显著提高，基本上可实现力学性能测试诸参数的控制、测量和记录的自动化和图表化。金属力学性能测试技术正向着无惰性电子化和全盘自动化(广泛应用电子计算机)的方向迈进。2100433B

金属力学性能测试，对研制和发展新金属材料、改进材料质量、最大限度发挥材料潜力（选用适当的许用应力）、分析金属制件故障、确保金属制件设计合理以及使用维护的安全可靠，都是必不可少的手段（见金属力学性能的表征）。金属力学性能测试的基本任务是正确地选用检测仪器、装备和试样，确定合理的金属力学性能判据，并准确而尽可能快地测出这种判据。

金属的力学性能是研究金属在力的作用下所表现的行为和发生的现象。由于作用力特点（如力的种类、施力方式和应力状态等）和受力状态所处环境的不同，金属在受力后表现出各种不同的力学性能（如弹性、塑性、韧性和强度等）。金属的力学性能的高低，通常用力学性能判据来表征，如抗拉强度 σb、伸长率δ、冲击韧度aK、疲劳极限σr等。

金属制件的服役条件极端复杂，因而，金属力学性能测试条件也是复杂而多样的。试验过程需要考虑的参数很多，常用的有：

①温度 室温、高温、低温和按照一定规律变化的温度；

②应力 拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、复合应力、按一定规律变化的应力和随机应力等；

③应变 轴向、径向、表面、弹性、塑性、总应变；

④环境 空气、真空、控制气氛、腐蚀介质、海水、水蒸气、高压、腐蚀、核辐照、宇宙空间等；

⑤加荷速率（或应变速率）低速、中速、高速、超低速、超高速等；

⑥应力(或应变)循环频率 低频、中频、高频、超低频、超高频等；

⑦时间 瞬间、短时、长时、超短时、超长时；

⑧试样的尺寸和形状 一般、特小、特大、棒状、板状、管状、丝状、薄膜、环形、C形、特殊形状、带缺口、带预制裂纹或缺陷、模型、实物等。

根据上述参数，已形成下述主要的普通力学性能试验方法:抗拉试验、冲击试验、硬度试验、疲劳试验、蠕变试验(持久强度和应力松弛试验)、断裂韧性试验、抗压试验、抗弯试验、抗扭试验、抗剪试验、耐磨试验、金属工艺试验（如杯突、扩口、反复弯曲、钢管压扁、钢丝缠绕试验等）等。

前言

绪论

第一单元 金属在单向静拉伸载荷作用下的力学性能

第二单元 金属在其他静载荷下的力学性能

第三单元 金属在冲击载荷下的力学性能 　第四单元 金属的断裂与断裂韧度　第五单元 金属的疲劳

第六单元 金属在环境介质作用下的力学性能　第七单元 金属的磨损　第八单元 金属高温力学性能　第九单元 金属工艺性能试验

附录

参考文献 2100433B

目前，国内外学者主要研究稀土对焊接材料的改性作用，然而在进行焊条配方设计时仍然要依赖于经验公式，如抗拉强度Rm = [( 61． 0 Ct 24． 3) ± 3． 5 ]× 9． 8 ( MPa) ，在此公式中碳当量( Ct) 含有碳、锰、硅、钙、铬、钒、钼等元素可换算成碳元素的相当含量，没有确切的稀土元素换算成的碳元素相当含量。工程上在依赖经验公式的同时还要进行多次熔敷金属力学性能试验以便对药皮配方进行不断的调整，不但成本高而且难以准确预测熔敷金属的力学性能，使焊条质量控制效果不理想。

因此获得焊条原材料成分与熔敷金属力学性能间的映射关系，进行含稀土元素的熔敷金属力学性能预测，不但是焊条设计中的一个难点，而且对于焊条质量控制与焊条生产自动化、智能化具有重要的指导意义 。

本书主要介绍金属材料在各种载荷与环境条件下的力学性能，重点阐述金属材料力学性能的宏观规律和微观本质，金属材料力学性能的测试与评定方法及其在工程实际中的应用。

本书是高等学校材料科学与工程类专业本科生教材，也可供相关专业的学生以及从事工程材料研究和加工、机械零件与结构设计、机械装备失效分析等技术人员参考。