本站小編為你精心準備了金屬材料剪切力學性能及測試方法參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：金屬材料可應用于多個領域，其中包括力學領域、化學領域、物理領域。在對金屬材料進行生產加工時，主要對金屬材料的力學方面的性質進行研究。通過對不同金屬材料的性質的研究，不僅對原材料的加工有所幫助，而且對進行生產活動時材料的選擇具有指導意義。

關鍵詞：金屬材料；力學性能；方法探究

0引言

本文綜述了疲勞強度與其它力學性能，特別是金屬材料抗拉強度之間的關系。在分析大量疲勞數據的基礎上，建立了疲勞強度與硬度、強度(抗拉強度和屈服強度)和韌性(靜態(tài)韌性和沖擊韌性)之間的定性或定量關系。在這些關系中，疲勞強度與抗拉強度之間的一般關系可以很好地提高抗拉強度在很寬的范圍內對許多材料如常規(guī)金屬材料的疲勞強度預測。根據大量材料的試驗結果，提出了疲勞損傷機理，特別是高強度鋼的疲勞損傷機理。通過對1種材料參數p和c的適當調整，提出了一般疲勞公式，為疲勞強度的預測和材料的設計提供了新的線索[1]。

1金屬材料的分類

金屬材料主要分為黑色金屬和有色金屬這兩大類。鐵、鉻、錳這三類屬于黑色金屬;除了鐵、鉻、錳這三種黑色金屬以外的全部的金屬都屬于有色金屬這一類。有色金屬隨著被人們不斷的探索和發(fā)現，迄今為止被分成了五大類，這五種類別的劃分是根據它們的價值、質量及密度、在地殼中儲存的多少、對于人們生活的使用價值等等一系列因素來劃分的。第一種為輕有色金屬，這種有色金屬的密度小于4.5。其中包括了鈣、鍶、鋇、鋁、鎂、鉀、鈉。第二種為重有色金屬，這種有色金屬的密度大于4.5。其中包括了錫、鎘、鋅、銻、鈷、鉛、銅、汞、鎳、鉍等等。第三種為貴金屬，這種有色金屬一般是指在地殼之中的儲藏量極為稀少，進行提取與發(fā)掘時面對的困難與阻力非常大，開采較困難，用氧等其他試劑的反應程度也相對穩(wěn)定的金屬，因為開采難度大，儲量稀少，因此導致它們的價格相對于其他一般金屬就顯得格外昂貴。其中包括了鋨、銥、金、銀、鉑、鈀、釕、銠。第四種為半金屬，這種有色金屬具有固定的元素，通常是指砷、硅、硒、碲和硼五種元素。為什么稱之為半金屬，是因為它們本身的性質決定的，它們的物理和化學性質都是介于非金屬與金屬之間。就以砷為例子，它雖然是非金屬元素，但是它也具有導電和傳熱的功能[2]。第五種為稀有金屬，這種有色金屬與貴金屬既有相同又有不同，不同的是稀有的意思并不是指儲量少，而是指它的分布并不均勻。而相同的地方指的是它們的開采難度都非常大，而且提取加工的過程也非常困難。這種金屬應用于工業(yè)領域的時間較晚，綜合這些原因，因此稱之為稀有金屬。其中包括了鋯、鉿、釩、鈮、鋰、鈹、銣、銫、錸、鎵、銦、鍺、鈦、鉭、鎢、鉬、鉈等。黑色金屬與有色金屬這兩類金屬材料組合形成了現代的金屬材料體系，是我國經濟建設和國防科技在方方面面都離不開的金屬材料。輕工業(yè)、重工業(yè)、農業(yè)、科學技術領域；火箭的研制、導彈的發(fā)射、衛(wèi)星的定位、航母的運行、飛機的航行；電視的更新換代、電腦的不斷升級、手機的不斷優(yōu)化、通訊設備的不斷增多、計算機技術的突飛猛進。這些技術的組成大多數都是由有色金屬中的稀有金屬和輕金屬制成的。合成鋼的制作也離不開有色金屬材料。在電力方面有色金屬的用途也非常廣泛。

2金屬材料的力學性能

金屬材料的力學性能主要有三點：1)強度：強度指的是金屬材料受到其他物體對它的擠壓等作用而表現出的防御作用和承受能力。最常用的表示強度的指標是屈服強度，屈服強度指的是金屬材料受到外界的作用力開始出現變形的力度。2)塑性：塑性指的是金屬材料受到外界的作用力發(fā)生了變形但是不會產生斷裂現象的能力。金屬材料進行加工制作時必須要有良好的塑性才能保證加工制作過程的安全。3)硬度：金屬材料的硬度指的是金屬材料受到堅硬的物體擠壓時的抵抗能力。金屬材料的硬度越高，它的抗打壓能力越大。

3測量方法

儀器壓痕試驗已成為研究小體積材料和薄膜的硬度和模量的最成功的技術。將這種技術用于估計材料的塑料性能的前景已經成為人們關注的焦點。然而，一些早期的研究已經表明，壓力——應變曲線不能由一個尖尖的錐形內壓器產生的加載和卸載曲線來決定。然而，我們以前的方法依賴于已知的彈性模量，這顯然會限制它的應用。幸運的是，有幾種模型可以從球形的測試數據中提取彈性模量，如由奧利弗和法爾提出的模型。但問題仍然是，奧利弗-法爾模型是否能有效地結合我們之前的方法來確定兩者的彈性和塑性性質。此外，必須強調的是我們以前的方法是基于硬化模型推導出來的，它通常與實際的材料應力-應變曲線不同。這樣的差異會在預測的結果中引入錯誤，從而會影響我們的實際金屬方法的準確性的程度。因此，本研究提出了一種嚴格的實驗驗證方法，與典型金屬的拉伸試驗數據進行比較。

3.1單軸拉伸測試每一種材料都生產了三種帶有方形截面(5X5mm)的拉伸試樣。拉伸試驗是在室溫下進行的，使用CMT5105微機控制拉力試驗機和一個引伸計(測量長度為25mm)測試是用0.0025/S的應變速率進行的，彈性模量(E)、屈服強度(Rm0.2)和每個材料的標準偏差都被確定。一些材料表現出明顯的魯德爾的應變行為，不能很好地適應理想的冪律表達式。事實上，對于大多數普通金屬來說，與σ-ε曲線的不同范圍相匹配，會導致應變硬化指數的不同結果。我們還沒有給出應變硬化指數值的統(tǒng)計數據。然而,估計機械這種基于契約的方法的屬性(E、εy和n)可以用來預測每一種金屬的σ-ε曲線。因此，通過將預測的σ-ε曲線與拉伸試驗獲得的結果進行比較，可以對估計應變硬化指數的準確性進行評估。

3.2采用插裝式壓痕試驗來評估這種方法的有效性，采用納米輸入的方法對同幾種金屬進行了球形壓痕測試。還有一個鉆石球錐形的鑲嵌體。在目前的實驗中使用了10.6μm的標準半徑。考慮到半徑的重要性，通過對實驗結果的分析，采用共焦激光掃描顯微鏡對其表面形貌進行了分析，并對其進行了三維觀測，并采用共焦激光掃描顯微鏡對其進行了分析。根據模型顯示，壓痕響應主要與壓頭移位的材料體積有關，而壓頭的大小取決于材料表面下壓頭本身的體積。因此，在我們看來，針尖的體積應該是校準的一個重要因素。通過使用測量的數據來計算尖端的體積和高度，R(hi)可以根據公式計算出來，可以很容易地看出，等效半徑隨縮進深度增加，在一定范圍內的h(介于2.16和3.24μm之間)的恒定值為10.8μm，與當前模型的適用范圍相一致。這個10.8μm的值接近它的名義半徑10.6μm.

4結果與討論

對于一個給定的球面縮進試驗，hf、A和b的常量可以根據安裝卸載來確定。根據F=a(h-hf)b這個公式(我們過程中的相關系數不小于0.9995)，通過將hf、a和b的值提交到接觸剛度公式中可以推導出接觸剛度。然后，通過使用奧利弗-法爾法，彈性模量可以被估計出來。接下來，Wt和m可以通過處理平均加載負荷–深度曲線數據計算，其中m是F的梯度線性回歸的測試數據，內容固定在0.2≤H/R≤0.3的范圍內。通過將Wt和m帶入到公式梅耶爾指數與塑料性能的關系中去，每一種材料的σy和n都可以被解決，這里的從拉伸實驗中獲得的彈性模量(E)和屈服強度(Rm0.2)通常是被視為真正的價值。隨著新測試技術和方法的出現,將現代材料測試水平推到了全新的高度,從科學技術的微型化發(fā)展趨勢來看,現代材料的測試設備也向著小型化、模塊化和智能化發(fā)展。雖然利用計算機建立相關的數據庫可以直接得出金屬材料的性能待征,但是剪切力學性能測試是獲得可靠數據的唯一途徑,因此在未來的發(fā)展中,剪切力學性能測試技術依然有著重要的地位。

參考文獻:

[1]張笑塵,張萍,趙亞哥白等.金屬橡膠材料剪切力學性能的研究[J].山西建筑,2016,21(14):106-107.

[2]任麗萍,吳益文,陳慶東等.金屬材料壓痕微區(qū)力學性能試驗[J].理化檢驗-物理分冊,2018,16(2):108-110.

作者：蔣忠倫 單位：貴州航天精工制造有限公司