金属材料力学性能试验方法

金属材料的力学性能是其在实际应用中表现的关键指标，主要通过标准化的力学试验方法来测定。以下是主要的力学试验方法及对应的性能指标： 

1. 拉伸试验 (Tensile Test)

目的：测定材料在单向拉伸载荷下的强度与塑性。

关键步骤：

制备标准试样（如哑铃形）。

在万能试验机上匀速拉伸至断裂。

输出曲线：应力-应变曲线（σ-ε曲线）。

核心性能指标：

弹性模量 (E)：应力-应变曲线直线段的斜率，表征材料刚度。

屈服强度 (σ_y)：材料开始发生明显塑性变形的应力（通常取0.2%残余应变对应的应力）。

抗拉强度 (σ_u)：材料能承受的最大应力（曲线最高点）。

断后伸长率 (δ)：`(L_f - L_0)/L_0 × 100%`，表征塑性变形能力。

断面收缩率 (ψ)：`(A_0 - A_f)/A_0 × 100%`，反映材料局部塑性。

2. 硬度试验 (Hardness Test)

目的：快速评估材料表面抵抗局部塑性变形（压入）的能力。

常用方法：

布氏硬度 (HB)：用硬质球压头，适合较软材料（如退火钢、铝）。

洛氏硬度 (HRC/HRB)：金刚石圆锥或钢球压头，分标尺（如HRC用于淬火钢）。

维氏硬度 (HV)：金刚石正四棱锥压头，适用于薄层或微小区域。

特点：无损、快速，硬度值与强度存在近似换算关系（如σ_b ≈ 3.5×HB）。

3. 冲击试验 (Impact Test)

目的：评估材料在高速冲击载荷下的韧性（抗脆断能力）。

常用方法：

夏比冲击试验 (Charpy V-notch)：标准带缺口试样，摆锤冲击断裂。

关键指标：冲击吸收功 (KV₂ 或 KU₂，单位J)，反映材料在低温或应力集中下的韧性。

应用：低温设备、船舶、桥梁等需防脆断的结构。

4. 疲劳试验 (Fatigue Test)

目的：测定材料在循环应力作用下的耐久极限。

方法：对试样施加交变应力（如旋转弯曲疲劳），记录断裂周期数。

输出曲线：S-N曲线（应力幅-寿命曲线）。

关键指标：疲劳极限（σ_D）——材料承受无限次循环（通常10⁷次）而不破坏的最大应力。

5. 蠕变试验 (Creep Test)

目的：评估材料在高温和恒定应力下的长期变形行为。

方法：高温环境下施加恒定载荷，记录应变随时间变化。

关键指标：

蠕变极限：特定温度下，规定时间内产生一定蠕变量的最大应力。

持久强度：特定温度下，达到规定断裂时间所需的应力。