金屬材料的力學(xué)性能檢測是金屬材料里面非常常規(guī)和普遍一個檢測項目，特別是金屬拉伸試驗，我是隱石檢測小編，每天分享第三方檢測知識。今天給大家分享一下金屬材料力學(xué)性能--強(qiáng)度和塑性。

強(qiáng)度與塑性

強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。塑性是指金屬在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。永久變形是指物體在力的作用下產(chǎn)生的形狀，尺寸的改變，外力去除后，變形不能恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。這種不能恢復(fù)到原始的形狀和尺寸的變形稱永久變形或塑性變形。金屬材料的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)可以通過拉伸試驗測得。

(一)拉伸試驗

拉伸試驗是指用靜拉伸力對試樣進(jìn)行軸向拉伸，測量拉伸力和相應(yīng)的伸長。拉伸時一般將拉伸試樣拉至斷裂。(公司要做拉伸試驗需要取的國家試驗室資質(zhì))

1.拉伸試樣

通常采用國柱形拉伸試樣，試樣尺寸按國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行制作。

拉伸試樣要求：

線材, 圓棒試樣: d≤3mm，長度L≥1000mm

10mm≥d≥3mm L≥200mm

d≥10mm 一般要求L≥200mm，如材料有限制,L最小為150mm兩頭車螺紋，螺紋長度L大于直徑。

矩形試樣：L≥200mm (美標(biāo)可以L≥120mm)

管狀試樣: OD≤30mm, L≥300mm

OD>30mm, 一般要求L≥300mm,如果材料有限制,當(dāng)壁厚t≥10mm L最小為200mm

2.試驗方法

拉伸試驗在拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行。 為拉伸試驗機(jī)圖片。將試樣裝在試驗機(jī)的上下夾頭上，開動機(jī)器，在壓力油的作用下，試樣受到拉伸。同時，記錄裝置記錄下拉伸過程中的力-伸長曲線。

(二)力-伸長曲線

在進(jìn)行拉伸試驗時，拉伸力F和試樣伸長量△ L 之間的關(guān)系曲線，稱為力-伸長曲線。通常把拉伸力 F 作為縱坐標(biāo)，伸長量 △L 作為橫坐標(biāo)，圖 2-3 所示為退火低碳鋼的力-伸長曲線圖。

觀察拉伸試驗和力-伸長曲線，會發(fā)現(xiàn)在拉伸試驗的開始階段，試樣的伸長量 △L 與拉伸力F 之間成正比例關(guān)系，在力-伸長曲線圖中為一條斜直線 Oe。在該階段，當(dāng)拉伸力增加時，試樣伸長量△L 也呈正比增加。當(dāng)去除拉伸力后試樣伸長變形消失，恢復(fù)其原來形狀，其變形規(guī)律符合胡克定律，表現(xiàn)為彈性變形。在圖中 Fe是試樣保持彈性變形的最大拉伸力。

當(dāng)拉伸力不斷增加，超過Fe時，試樣將產(chǎn)生塑性變形,去除拉伸力后，變形不能完全恢復(fù)，塑性伸長將被保留下來。當(dāng)拉伸力繼續(xù)增加到 Fs時，力-伸長曲線在S點后出現(xiàn)一個平臺，即在拉伸力不再增加的情況下，試樣也會明顯伸長，這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。拉伸力 Fs稱為屈服拉伸力。

當(dāng)拉伸力超過屈服拉伸力后，試樣抵抗變形的能力將會增加，此現(xiàn)象為冷變形強(qiáng)化，即抗力增加現(xiàn)象。在力-伸長曲線上表現(xiàn)為一段上升曲線，即隨著塑性的增大，試樣變形抗力也逐漸增大。

當(dāng)拉伸力達(dá)到Fb時，試樣的局部截面開始收縮，產(chǎn)生了縮頸現(xiàn)象。由于縮頸使試樣局部截面迅速縮小，最終導(dǎo)致試樣被拉斷?？s頸現(xiàn)象在力-伸長曲線上表現(xiàn)為一段下降的曲線。 Fb是試樣拉斷前能承受的最大拉伸力，稱為極限拉伸力。

從完整的拉伸試驗和力-伸長曲線可以看出，試樣從開始拉伸到斷裂要經(jīng)過彈性變形、屈服階段、變形強(qiáng)化階段、縮頸與斷裂四個階段。

(三) 強(qiáng)度指標(biāo)

金屬材料抵抗拉伸力的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服點、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度等

1.屈服點和規(guī)定殘余伸長向力

屈服點是指試樣在拉伸試驗過程中，力不增加(保持恒定)，但試樣仍然能繼續(xù)伸長(變形)時的應(yīng)力。

工業(yè)上使用的部分金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在進(jìn)行拉伸試驗時，沒有明顯的屈服現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，這就需要規(guī)定一個相當(dāng)于屈服點的強(qiáng)度指標(biāo)，即規(guī)定殘余伸長應(yīng)力。

2.抗拉強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱拉應(yīng)力。

金屬材料由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是表征材料在靜拉伸條件下的最大承載能力。對于塑性金屬材料來說，拉伸試樣在承受最大拉應(yīng)力之前，變形是均勻一致的。但超過最大拉應(yīng)力后，金屬材料開始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。

屈強(qiáng)比，是一個重要的指標(biāo)。比值越大，越能發(fā)揮材料的潛力，減少工程結(jié)構(gòu)自重。但為了使用安全，也不宜過大，一般合理的比值在0.65-0.75 之間。

3.剛度

材料在受力時，抵抗彈性變形的能力稱為剛度，它表示材料彈性變形的難易程度。

式中，和r分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力，和y分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變。

在設(shè)計機(jī)械零件時，如果要求零件剛度大時，應(yīng)選用具有較高彈性模量的材料。一般來說，鋼鐵材料的彈性模量較大，所以對要求剛度大的零件，通常選用鋼鐵材料。例如，車床主軸應(yīng)有足夠的剛度，如果主軸剛度不足，車刀進(jìn)給量大時，車床主軸的彈性變形就會大，從而影響零件的加工精度。

對于在彈性范圍內(nèi)要求對能量有較大吸收能力的零件(如儀表彈簧等)，可以選擇軟彈簧材料，如鈹青銅、磷青銅等制造，使其具有較高的彈性極限和低的彈性模量。

(四)塑性指標(biāo)

金屬材料的塑性，可以用拉伸試樣斷裂時的最大相對變形量來表示，如拉伸后的斷后伸長率和斷面收縮率。它們是表征材料塑性好壞的主要力學(xué)性能指標(biāo)。

1.斷后伸長率

拉伸試樣在進(jìn)行拉伸試驗時，在力的作用下產(chǎn)生塑性變形，原始試樣中的標(biāo)距會不斷伸長，標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。

2.斷面收縮率

斷面收縮率是指，試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。

金屬材料的塑性的好壞，對零件的加工和使用具有重要的實際意義，期性好的材料不僅能順利地進(jìn)行鍛壓、軋制等成型工藝，而且在使用時如超載，由于塑性變形，能避免突然斷裂。所以大多數(shù)機(jī)械零件除要求具有較高的強(qiáng)度外，還須有一定的塑性。