金屬材料力學性能試驗方法

金屬材料的力學性能是其在實際應用中表現的關鍵指標，主要通過標準化的力學試驗方法來測定。以下是主要的力學試驗方法及對應的性能指標： 

1. 拉伸試驗 (Tensile Test)

目的：測定材料在單向拉伸載荷下的強度與塑性。

關鍵步驟：

制備標準試樣（如啞鈴形）。

在萬能試驗機上勻速拉伸至斷裂。

輸出曲線：應力-應變曲線（σ-ε曲線）。

核心性能指標：

彈性模量 (E)：應力-應變曲線直線段的斜率，表征材料剛度。

屈服強度 (σ_y)：材料開始發生明顯塑性變形的應力（通常取0.2%殘余應變對應的應力）。

抗拉強度 (σ_u)：材料能承受的最大應力（曲線最高點）。

斷后伸長率 (δ)：`(L_f - L_0)/L_0 × 100%`，表征塑性變形能力。

斷面收縮率 (ψ)：`(A_0 - A_f)/A_0 × 100%`，反映材料局部塑性。

2. 硬度試驗 (Hardness Test)

目的：快速評估材料表面抵抗局部塑性變形（壓入）的能力。

常用方法：

布氏硬度 (HB)：用硬質球壓頭，適合較軟材料（如退火鋼、鋁）。

洛氏硬度 (HRC/HRB)：金剛石圓錐或鋼球壓頭，分標尺（如HRC用于淬火鋼）。

維氏硬度 (HV)：金剛石正四棱錐壓頭，適用于薄層或微小區域。

特點：無損、快速，硬度值與強度存在近似換算關系（如σ_b ≈ 3.5×HB）。

3. 沖擊試驗 (Impact Test)

目的：評估材料在高速沖擊載荷下的韌性（抗脆斷能力）。

常用方法：

夏比沖擊試驗 (Charpy V-notch)：標準帶缺口試樣，擺錘沖擊斷裂。

關鍵指標：沖擊吸收功 (KV? 或 KU?，單位J)，反映材料在低溫或應力集中下的韌性。

應用：低溫設備、船舶、橋梁等需防脆斷的結構。

4. 疲勞試驗 (Fatigue Test)

目的：測定材料在循環應力作用下的耐久極限。

方法：對試樣施加交變應力（如旋轉彎曲疲勞），記錄斷裂周期數。

輸出曲線：S-N曲線（應力幅-壽命曲線）。

關鍵指標：疲勞極限（σ_D）——材料承受無限次循環（通常10?次）而不破壞的最大應力。

5. 蠕變試驗 (Creep Test)

目的：評估材料在高溫和恒定應力下的長期變形行為。

方法：高溫環境下施加恒定載荷，記錄應變隨時間變化。

關鍵指標：

蠕變極限：特定溫度下，規定時間內產生一定蠕變量的最大應力。

持久強度：特定溫度下，達到規定斷裂時間所需的應力。