论金属材料力学性能检测技术的发展

论金属材料力学性能检测技术的发展

黄兴华

柳州市质量检验检测研究中心

摘要：金属材料具有非常高的性价比以及使用性能，而且在未来一段时间内它的发展范围越来越广泛，市场前景也越来越广阔。特别是在现代工业化水平不断提升的背景之下，金属材料的使用量越来越高，要想提高金属材料的使用效果，那么就需根据产品的质量要求，对金属材料的性能进行严格检测，确保不同类型的金属材料都有其用武之地。使用金属材料测试的方法了解不同金属材料在不同领域的运用特点，仅仅开展传统的力学测试，已经无法获取全面的数据以及信息，此时针对金属材料力学性能的检测技术进行研究，具有很高的必要性。

关键词：金属材料；力学性能；检测技术；方向

一、金属材料的力学性能概述

任何一种类型的产品，在生产期间需要使用金属作为原材料就需重点分析金属的性能，确保其性能符合产品生产的需求才可以提高产品生产的效率以及质量。在进行原材料购买时，金属材料的性能是选取的最重要依据，性能的测试可以在不同的状态下进行。如果能够模拟真实的使用状况，对金属的性能进行预测和分析，则可以确保产品的生产更加科学合理。而且金属材料的使用性能将会直接决定它的使用范围，具体的使用性能，包括物理性能，化学性能和力学性能。本次课题在研究时主要针对它的力学性能进行深入探讨。力学性能包括它在不同的环境下，比如不同的温度下，不同的介质下需要承受的外加载荷，包括拉伸力，压缩力，弯曲力，扭转力，冲击力和交变应力等等。这些情况下表现出来的力学性能是金属材料的重要指标。力学性能的指标还包括弹性，刚度，强度硬度和疲劳强度等。深入了解金属材料的力学性能以及影响力学性能的因素可以通过力学性能试验的方法进行。

二、常规金属材料力学性能检测技术

（一）拉伸试验

在金属材料力学性能的试验工作当中，拉伸试验是非常重要的一项试验，人们对金属材料的拉伸性能指标关注度也比较高。技术人员开展金属材料拉伸试验时，使用的设备类型相对较多，常使用万能材料试验机。需要将金属材料进行拉伸直到材料断裂，并且对其断裂前后的数据和指标进行记录。这种按照试验标准要求开展应力控制以及应力数据分析的方法，可以更好地了解金属材料受应力状态的指标和性能。这种检验的方法成本较低，也可以获得较为准确的检测结果。

（二）扭转试验

在扭转力的作用下，对金属材料进行检验，使检验的样品出现扭转变形之后，记录扭转前后的数据以及信息这些数据和信息可以反映出材料，在受切应力的作用下剪切强度的极限。进入到试验状态之后，现场工作人员需严格的控制试验的场景，并且确保所有试样的质量让其在相同的作用力下发生扭转变形。确保金属材料在纯剪切率的情况下发生变形，确保所有的数据以及信息更加准确。

（三）冲击韧性试验

常使用的冲击韧性试验方法，主要有落球冲击，悬臂梁冲击，简支梁冲击。冲击韧性试验是对金属材料在动载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，这种破坏性的试验对金属材料会产生较大的影响，因为金属材料自身的状态本身就比较敏感，使用冲击韧性试验对金属材料的性能以及指标进行了解，可以更加灵敏的了解到材料的宏观缺陷以及微小的变化。上文分析的三种试验方法，可以让工作人员快速的对金属材料的质量进行检验。需要注意的是影响冲击韧性试验的因素比较多，例如材料的厚度，材料的材质以及结构等等。因此在试验阶段现场工作人员必须严格的按照操作的标准，对所有的材料进行严格把控，并开展有效的测量工作，使冲击韧性试验检测的准确度得到整体提高。

（四）硬度试验

金属材料的表面局部变形会对金属材料的使用范围产生决定性的影响，硬度是反映金属材料抵抗表面局部变形的能力的主要指标之一。可以使用压入法或者刻画法的金属硬度的试验了解。在实际生产以及测验工作当中最经济有效而且可快速获得测验结果的方法，需要根据硬度材料的具体范围进行选择，如果属于低硬度的材料，则需要优先选择布氏硬度测量的方法，一般情况下主要是针对铸铁或者有色金属进行测量，对高硬度的金属材料进行测量时，则可以优先选择维氏试验方法。

（五）疲劳试验

之所以需开展疲劳试验，其主要原因是金属材料经过一段时间的使用之后，难免会出现一系列的质量问题，只有了解金属材料在何种环境以及何种状态下会出现性能改变的情况，才可以更好的预测产品的使用寿命以及产品生产时的力度把控。也就是说，疲劳试验的最终目的是确定金属材料的疲劳极限，一般情况下均使用旋转弯曲疲劳试验的方法了解该项指标的相关数据。大部分金属材料在大小和方向的相关指标方面会随着时间发生周期性的变化，而且零件的工作时间和工作时承受的应力都会随着环境和时间的变化发生变化，如果在超过某一临界点的力或者时间的影响下，出现金属材料破坏的情况，则称为金属疲劳。按照上文分析的方法进行疲劳试验，不能只进行一次试验，而是应该进行无限次的循环，从而了解他经过多少次循环之后出现破坏的情况。

三、材料性能检测的发展动向

使用新型的测量仪器，使用计算机模拟技术，提高测试的灵敏值，提高测试的精确度，针对进行测量仪器和测量方法进行研发，保证测量方法的科学化以及标准化是材料力学性能测试的主要发展动向。最近这几年，我国对于金属材料的研究工作在不断的深入金属材料的具体用途，也越来越清晰明了，那么在各个行业对金属材料的需求也存在较为明显的差异。比如钢铁产业对金属材料的要求比较高，不同类型的材料在内部元素含量方面都存在比较明显的差异，我们可以根据内部元素含量的不同分为碳素结构钢，碳素工具钢，金结构钢，低合金高强度钢等不同的材料。为了明确不同材料的具体用途以及内部元素的含量，就是安排专门的工作人员对这些内容进行检测。使用传统的机械式试验器材进行钢材的性能测试，已经无法满足人们的测试需求，也无法对不同型号的钢材力学性能进行分类。结合新兴的技术，使用新型的测量仪器和创新的方法进行力学性能的检验，可以确保检验结果以及检验的质量。从目前我国市场发展的情况来看，新型测量仪器的发展市场相对较大，而相关企业也应该重视设备和技术的研发，销售是金属测量的技术以及仪器得到大范围推广。

计算机模拟技术的使用可以推动该阶段金属材料力学性能检验的发展，它可以将信息技术和工业技术进行有效整合，并且更加科学的对不同类型材料的力学性能开展综合性分析。与此同时还可以使用仿真模拟技术，对材料在不同性能或不同环境下使用的效果进行反馈。比如在金属材料力学性能的检测工作当中，使用有限元模拟技术就可以很好的提高实验结果的准确性，现场技术人员可以根据测量的数据和模拟技术产生的信息进行耦合，模拟现实当中金属材料和结构的具体性能，在真实的情况下，快速的找到材料的优势和材料的缺点。

总结

在科学技术快速发展的背景之下，各种类型的产品生产原料越来越多，从金属行业发展的角度分析，金属材料的数量质量以及类别己逐渐满足人们在日常生活当中的各项需求。但是要想真正提高金属材料在产品生产当中产生的影响，就需要针对金属材料的力学性能进行深入检验，确保每一种类型的材料都有其用武之地，并且整体加快我国工业发展的步伐。材料的检测对金属的使用方向以及使用的效果可以产生较大的影响，因此我们需要重视新技术在金属力学性能检测当中产生的作用，并且结合工作人员的经验，不断提高金属力学检验的准确性。

参考文献

[1]高玉魁,陶雪菲. 高速冲击表面处理对金属材料力学性能和组织结构的影响[J].爆炸与冲击,2021（1）.

[2]余龙、陈李嵘、隋昊男、刘文斌、刘莹、段慧玲.金属材料力学性能的辐照氦效应研究进展[J].固体力学学报, 2020(6).

[3]李胜杰.金属材料力学性能测试不确定度评定研究[J].中国战略新兴产业，2020（24）.