金屬材料的理化試驗(yàn)包含了廣義上的所有力學(xué)檢測(cè)檢測(cè)項(xiàng)目。常見(jiàn)的機(jī)械性能，塑性、硬度以及沖擊與韌性和疲勞強(qiáng)度。都需要在專(zhuān)業(yè)的理化試驗(yàn)機(jī)之中完成。具體檢測(cè)項(xiàng)目以及檢測(cè)作用我們進(jìn)行一一解答。

　　金屬材料的變形和應(yīng)力

　　金屬材料受外力作用時(shí)引起的形狀改變稱(chēng)為變形。變形分為彈性變形(當(dāng)外力取消后，變形消失并恢復(fù)到原來(lái)形狀)和塑性變形(當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)到原來(lái)形狀，保留一部分殘余形變)。

　　當(dāng)金屬材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)部還將產(chǎn)生一個(gè)與外力相對(duì)抗的內(nèi)力，它的大小與外力相等，方向相反。單位截面上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力。在拉伸和壓縮時(shí)應(yīng)力用符號(hào)σ表示。

　　σ=P/F

　　式中：

　　σ — 應(yīng)力，MPa;

　　P — 拉伸外力，N;

　　F — 試樣的橫截面積，mm2。

　　2、強(qiáng)度

　　強(qiáng)度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強(qiáng)度可通過(guò)拉力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。將圖(a)所示標(biāo)準(zhǔn)樣安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)其施加一個(gè)平穩(wěn)而無(wú)沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產(chǎn)生形變?nèi)鐖D(B)直到斷裂如圖(C)。

　　以試樣的受拉力P為縱坐標(biāo)，伸長(zhǎng)值⊿L為橫坐標(biāo)，給制出拉伸曲線。

　　金屬材料由彈性變形過(guò)渡到塑性變形時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為彈性*限，用σe表示。

　　σe=Pe/Fo

　　式中：

　　σe— 彈性*限，MPa;

　　Pe — 材料開(kāi)始塑性變形時(shí)的負(fù)荷，N;

　　Fo — 試樣原橫截面積，mm2 。

　　OE段的負(fù)荷與伸長(zhǎng)成線性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)E點(diǎn)，試樣開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過(guò)程中，負(fù)荷不增加甚至有降低，試樣繼續(xù)塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服。

　　產(chǎn)生現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服點(diǎn)，用σs表示。

　　σs=Ps/Fo

　　式中：

　　σs — 屈服點(diǎn)，Mpa ;

　　Ps — 材料產(chǎn)生明顯形變時(shí)的負(fù)荷，N;

　　Fo — 試樣原橫截面積，mm2。

　　負(fù)荷超過(guò)S點(diǎn)后，形變量隨負(fù)荷增加而急劇增加，當(dāng)過(guò)B點(diǎn)，形變部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點(diǎn)發(fā)生斷裂。試樣拉斷前能承受的*大負(fù)荷 Pb所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。

　　σb= Pb/Fo

　　式中：

　　σb — 抗拉強(qiáng)度，Mpa ;

　　Pb — 試樣拉斷前的*大拉力，N;

　　Fo — 原橫截面積，mm2。

　　屈服強(qiáng)度(σs)，抗拉強(qiáng)度(σb)和屈強(qiáng)比(屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比σs/σb)是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的重要機(jī)械性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。

　　3、塑性

　　塑性是金屬材料受外力作用時(shí)斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用兩種方法來(lái)表示。

　　(1) 伸長(zhǎng)率：

　　試樣拉斷后標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，用δ表示。

　　δ=(L1-L0)/L0****

　　式中：

　　δ — 試樣的伸長(zhǎng)率，%;

　　L1 — 試樣拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度，㎜;

　　L0 — 試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度，㎜。

　　(2) 斷面收縮率：

　　試樣拉斷后縮頸處橫截面積的*大縮減量與原截面積的百分比，用φ表示。

　　φ=(F0-F1)/F0

　　式中：

　　φ — 試樣的斷面收縮率，%;

　　F0 — 試樣原橫截面積，mm2 ;

　　F1 — 試樣拉斷后縮頸處的*小橫截面積，mm2 。

　　δ、φ的數(shù)值越大，說(shuō)明金屬材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。

　　4、硬度

　　硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說(shuō)，硬度高的材料耐磨性較好，強(qiáng)度也比較高。硬度是評(píng)價(jià)金屬材料質(zhì)量的機(jī)械性能指標(biāo)，也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求的技術(shù)條件之一。

　　生產(chǎn)中有不同的測(cè)定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。

　　(1) 布氏硬度：

　　用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保荷時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕直徑。以壓痕球狀表面積所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，用符號(hào)HBS(HBW)表示。

　　HBS(HBW)— 布氏硬度值，kgf-mm2 ;

　　P — 加在淬火鋼球上的負(fù)荷，kgf;

　　D — 淬火鋼球直徑，㎜。

　　壓頭為鋼球時(shí)用HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)用HBW，適用于布氏硬度值在650以下的材料。

　　(2)洛氏硬度：

　　用壓頭壓入的壓痕深度表示材料的硬度值。壓痕越深表示材料越軟，硬度值越低。兩種硬度可以利用特制的表格進(jìn)行換算。

　　硬度表示金屬材料在局部范圍內(nèi)對(duì)塑性變形的抗力，所以硬度與強(qiáng)度間有一定的換算關(guān)系。

　　5、沖擊韌性

　　沖擊韌性是金屬材料抗擊沖擊負(fù)荷的能力?，F(xiàn)在普通采用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的沖擊韌性。

　　實(shí)驗(yàn)表明，材料受小能量多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于材料強(qiáng)度。強(qiáng)度越高，壽命越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)中可不必過(guò)分追求高沖擊值。

　　6、疲勞強(qiáng)度

　　實(shí)際中許多工件所承受負(fù)荷的方向和大小是周期變化的。這種周期變化的負(fù)荷稱(chēng)為交變負(fù)荷。金屬工件在交變負(fù)荷作用下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為金屬疲勞。

　　在交變負(fù)荷作用下金屬工件所受應(yīng)力大小和斷裂前應(yīng)力交變循環(huán)的次數(shù)有關(guān)。應(yīng)力越大，則斷裂前能隨承受的循環(huán)次數(shù)越低。當(dāng)鋼鐵材料的循環(huán)次數(shù)達(dá)到107，有色金屬的循環(huán)次數(shù)達(dá)到108時(shí)，若試樣仍不發(fā)生疲勞破壞，其*大應(yīng)力稱(chēng)為該材料的疲勞*限。當(dāng)應(yīng)力交變循環(huán)對(duì)稱(chēng)時(shí)，疲勞*限用σ-1表示。

　　生產(chǎn)中多數(shù)金屬工件是在交變負(fù)荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。因此疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是材料的重要強(qiáng)度計(jì)算之一。另外，改善零件結(jié)構(gòu)形狀避免應(yīng)力集中;降低表面粗糙度;采取表面強(qiáng)化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。