關(guān)于金屬檢測(cè)中的機(jī)械性能指標(biāo)及相對(duì)應(yīng)的效應(yīng)現(xiàn)象

金屬檢測(cè)項(xiàng)目有很多，其中所涉及的檢測(cè)指標(biāo)，檢測(cè)時(shí)遇到的各種反應(yīng)現(xiàn)象也是舉不勝數(shù)。今天我們就金屬檢測(cè)中的一些機(jī)械性能指標(biāo)及相對(duì)應(yīng)的效應(yīng)現(xiàn)象為大家詳細(xì)分析一下。希望通過(guò)這十二大金屬檢測(cè)中遇到的常見(jiàn)難題的分析，能夠幫助大家在金屬材料的研究領(lǐng)域有所收獲。1、金屬機(jī)械性能檢測(cè)指標(biāo)是怎么分類(lèi)的？金屬機(jī)械性能檢測(cè)指標(biāo)大致分為兩類(lèi)：強(qiáng)度和塑性。（1）金屬?gòu)?qiáng)度檢測(cè)指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、硬度等。其中硬度是強(qiáng)度的另一種表現(xiàn)形式，材料的硬度大小與材料抵抗塑性變形的抗力即抗拉強(qiáng)度成正比。（2）金屬?gòu)?qiáng)塑性檢測(cè)指標(biāo)：延伸率、斷面收縮率，另外金屬自然性質(zhì)（組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分），變形溫度，應(yīng)變速率，應(yīng)力狀態(tài)，不均勻變形其它因素（變形狀態(tài)、尺寸、周?chē)橘|(zhì)等）等都對(duì)塑性有影響。（3）金屬?gòu)?qiáng)強(qiáng)度和塑性共同檢測(cè)指標(biāo)：韌性。2、為什么屈服強(qiáng)度屬于金屬檢測(cè)的重點(diǎn)指標(biāo)？金屬檢測(cè)的屈服強(qiáng)度指標(biāo)是指金屬抵抗塑性變形的抗力，定量來(lái)說(shuō)是指金屬發(fā)生塑性變形時(shí)的臨界應(yīng)力。金屬的實(shí)際屈服強(qiáng)度由開(kāi)動(dòng)位錯(cuò)源所需的應(yīng)力和位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到的各種阻力。實(shí)際晶體的切屈服強(qiáng)度=開(kāi)動(dòng)位錯(cuò)源所必須克服的阻力+點(diǎn)陣阻力+位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的阻力+位錯(cuò)切割穿過(guò)其滑移面的位錯(cuò)林所引起的阻力+割階運(yùn)動(dòng)所引起的阻力。正是屈服強(qiáng)度代表金屬材料如此多的阻力性能，讓它成為在金屬檢測(cè)項(xiàng)目的常見(jiàn)指標(biāo)。3、如何評(píng)價(jià)金屬檢測(cè)中的屈服效應(yīng)現(xiàn)象？金屬檢測(cè)在拉伸曲線(xiàn)上出現(xiàn)上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)和屈服延伸區(qū)的現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的屈服效應(yīng)。這種效應(yīng)在變形金屬表面上會(huì)產(chǎn)生呂德斯帶缺陷，因?yàn)樵谕鈶?yīng)力作用下，某些地方位錯(cuò)釘扎不牢，它們首先擺脫溶質(zhì)原子的氣團(tuán)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)。位錯(cuò)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，在晶界前受阻堆積，產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，再迭加上外應(yīng)力就會(huì)使相鄰的晶粒內(nèi)的位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)，位錯(cuò)得以繼續(xù)傳播下去，這一過(guò)程進(jìn)行的很快，所以就形成了不均勻的變形區(qū)，在金屬外觀上反映是一種帶狀的表面粗糙的缺陷。在鋼中加入少量的Al，Ti等強(qiáng)氮、碳化物形成元素，它們同C、N結(jié)合成化合物把C、N固定住了，使之不能有效的釘扎住位錯(cuò)，因而消除屈服效應(yīng)現(xiàn)象；或在鋼板沖壓前進(jìn)行小量的預(yù)變形，使被溶質(zhì)原子釘扎的位錯(cuò)大部分基本擺脫氣團(tuán)包圍，然后加工則不會(huì)出現(xiàn)呂德斯帶了。4、冷變形對(duì)金屬力學(xué)性能檢測(cè)、物理化學(xué)性能檢測(cè)有什么意義？金屬材料冷變形后，組織結(jié)構(gòu)上的變化：晶粒被拉長(zhǎng)，形成了纖維組織，夾雜和第二相質(zhì)點(diǎn)成帶狀或點(diǎn)鏈狀分布，也可能產(chǎn)生形變織構(gòu)，產(chǎn)生各種裂紋，位錯(cuò)密度增加，點(diǎn)缺陷、核層錯(cuò)等晶體缺陷增多，自由能增大。冷變形對(duì)金屬力學(xué)性能的變化體現(xiàn)在：金屬檢測(cè)樣品在冷加工后，其強(qiáng)度指標(biāo)（比例極限，彈性極限，屈服極限，強(qiáng)度極限，硬度）會(huì)增加，塑性指標(biāo)（面縮率，延伸率等）則降低，韌性也降低了，還可能隨著變形程度的增加二產(chǎn)生力學(xué)性能的方向性。所以生產(chǎn)上經(jīng)常利用冷加工能提高材料的強(qiáng)度，通過(guò)加工硬化來(lái)強(qiáng)化金屬材料。物理、化學(xué)性能也發(fā)生明顯變化：密度降低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電導(dǎo)磁性能降低，化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性降低，溶解性增加。5、金屬檢測(cè)中亞結(jié)構(gòu)的形成對(duì)冷變形意味著什么？在變形量不大的情況下，金屬晶粒內(nèi)先是出現(xiàn)明顯的滑移帶，隨著變形量的加大，滑移帶逐漸增多。此時(shí)的晶粒逐漸“碎化”成許多位向略有不同的小晶塊，就象是在原晶粒內(nèi)又出現(xiàn)許多小晶粒似的，這種組織稱(chēng)為亞結(jié)構(gòu)。每個(gè)小晶塊稱(chēng)為亞晶粒，又稱(chēng)嵌瑯快（形變之前晶體中已存在尺寸較大的亞晶粒，形變使其細(xì)化），在亞晶界上積聚大量的位錯(cuò)，存在著央中的晶格畸變（也稱(chēng)點(diǎn)陣畸變），而在亞晶粒內(nèi)部則相對(duì)地比較完整（亞晶粒的晶格仍存在著彈性變形）已經(jīng)知道，滑移變形是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。金屬檢測(cè)的位錯(cuò)理論還假設(shè)：在晶體的滑移面上存在著位錯(cuò)源，在臨界切應(yīng)力的作用下，從位錯(cuò)源可以不斷產(chǎn)生通過(guò)滑移面移動(dòng)的新位錯(cuò)，從而不斷地造成滑移。同時(shí)，金屬晶體中存在著各種阻礙位錯(cuò)移動(dòng)的障礙物，如晶界（包括亞晶界）、第二相顆粒、因位錯(cuò)互相交截而產(chǎn)生的不容易移動(dòng)的位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)以及其他晶體缺陷等等。移動(dòng)的位錯(cuò)可能在障礙物前被阻，并且使隨后的移動(dòng)來(lái)的位錯(cuò)在障礙物前積累起來(lái)，造成位錯(cuò)的集聚。這樣使得晶體內(nèi)的位錯(cuò)密度不斷增加。亞晶界也就是位錯(cuò)集中的地帶，積聚著大量的位錯(cuò)，這對(duì)于位錯(cuò)的進(jìn)一步移動(dòng)造成極大的障礙，因而是滑移變形難以繼續(xù)進(jìn)行，即造成金屬加工會(huì)硬化。6、金屬材料檢測(cè)時(shí)，出現(xiàn)的“形變時(shí)效現(xiàn)象”是什么？金屬檢測(cè)時(shí)，會(huì)把屈服效應(yīng)顯著的金屬材料拉伸到超過(guò)屈服延伸區(qū)的變形程度后，去掉載荷，又立即重新加載時(shí)，剛開(kāi)始塑性變形的應(yīng)力仍等于卸載前的應(yīng)力，若卸載后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的停留再重新加載時(shí)，則開(kāi)始塑性變形時(shí)的應(yīng)力要高于卸載時(shí)的應(yīng)力，并且重新出現(xiàn)了屈服效應(yīng)現(xiàn)象。這即是形變時(shí)效現(xiàn)象。7、金屬檢測(cè)中產(chǎn)生形變時(shí)效現(xiàn)象的原因有哪些？金屬檢測(cè)樣品在預(yù)先加載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生塑性變形使位錯(cuò)擺脫溶質(zhì)原子氣團(tuán)的釘扎，如果卸載時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶質(zhì)原子有時(shí)間通過(guò)擴(kuò)散重新包圍位錯(cuò)形成新的氣團(tuán)，釘扎住位錯(cuò)，所以再重新加載時(shí)又會(huì)出現(xiàn)屈服效應(yīng)。溫度足夠高時(shí)，在變形過(guò)程中就可能產(chǎn)生時(shí)效稱(chēng)動(dòng)態(tài)形變時(shí)效。8、應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)對(duì)金屬材料的外觀性能檢測(cè)結(jié)果有什么影響？由于溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)的釘扎，對(duì)于處在低溫變形或較高溫度變形后的體心立方金屬的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)將會(huì)有一定影響，從而導(dǎo)致金屬檢測(cè)變形材料的樣品外觀、性能將會(huì)產(chǎn)生變化。應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)上出現(xiàn)上、下屈服點(diǎn)和屈服延伸區(qū)，出現(xiàn)屈服效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)溫度從室溫上升時(shí)，出現(xiàn)動(dòng)態(tài)形變時(shí)效，上下屈服點(diǎn)反復(fù)出現(xiàn)，金屬檢測(cè)樣品的外觀出現(xiàn)呂德斯帶缺陷，從而引起金屬軟化，這也是使金屬加工時(shí)，硬化減弱的主要原因。9、硬脆相的存在及其形狀對(duì)金屬合金的力學(xué)性能檢測(cè)有哪些影響？（1）滲碳體以片層狀分布于塑性較好的鐵素體中，鐵素體變形受阻，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)被限制在碳化物片層之間的很短距離內(nèi)，使連續(xù)變形甚為困難，碳鋼的強(qiáng)度隨滲碳體片層距離的減小而增高，片層間距越小，其強(qiáng)度越高，塑性不降低（2）球狀珠光體中，滲碳體呈球狀，對(duì)鐵素體變形的阻礙作用降低，故強(qiáng)度降低，塑性顯著提高，片狀滲碳體比球狀滲碳體強(qiáng)度高，塑性低。（3）如硬而脆的第二次滲碳體呈網(wǎng)狀碳化物分布在晶界上，影響晶粒間的結(jié)合，并使晶粒內(nèi)部的變形受阻礙導(dǎo)致應(yīng)力集中，造成過(guò)早的斷裂，反而強(qiáng)度下降，塑性也會(huì)明顯下降（4）滲碳體成細(xì)小彌散微粒分布在鐵素體中，流變應(yīng)力大大增加。10、細(xì)化晶粒對(duì)金屬材料的力學(xué)性能檢測(cè)有何影響？細(xì)化晶?？梢蕴岣呓饘夙g性檢測(cè)指標(biāo)，有助于防止脆性斷裂發(fā)生，可以降低脆性轉(zhuǎn)化溫度，提高材料使用范圍，在對(duì)低強(qiáng)度鋼檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)可以利用細(xì)化晶粒來(lái)提高金屬材料屈服強(qiáng)度有明顯效果。金屬材料細(xì)化途徑：（1）改變結(jié)晶過(guò)程中的凝固條件，盡量增加冷卻速度，另一方面調(diào)節(jié)合金成分以提高液體金屬過(guò)冷能力，使形核率增加，進(jìn)而獲得細(xì)化的初生晶粒。（2）進(jìn)行塑性變形時(shí)嚴(yán)格控制隨后的回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程以獲得細(xì)小的晶粒組織。（3）利用固溶體的過(guò)飽和分解或粉末燒結(jié)等方法，在合金中產(chǎn)生彌散分布的第二相以控制基體組織的晶粒長(zhǎng)大。（4）通過(guò)同素異形轉(zhuǎn)變的多次反復(fù)快速加熱冷卻的熱循環(huán)處理來(lái)細(xì)化晶粒。11、結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大對(duì)金屬材料檢測(cè)中的組織性能變化有什么意義？再結(jié)晶從形成無(wú)畸變的晶核開(kāi)始，逐漸長(zhǎng)大成位錯(cuò)密度很低的等軸晶粒，當(dāng)變形基體全部消耗完即進(jìn)入晶粒長(zhǎng)大階段。再結(jié)晶是消除加工硬化的重要軟化手段，再結(jié)晶還是控制晶粒大小、形態(tài)、均勻程度獲得或避免晶粒擇優(yōu)取向的重要手段。影響再結(jié)晶的主要檢測(cè)指標(biāo)：溫度、變形程度、微量溶質(zhì)原子、彌散相顆粒。影響再結(jié)晶后晶粒大小的主要檢測(cè)指標(biāo)：變形量、退火溫度。另外，金屬檢測(cè)中的雜質(zhì)及合金元素以及在變形前的原始晶粒度也會(huì)影響再結(jié)晶退火后的晶粒大小。12、晶界對(duì)金屬檢測(cè)的意義有哪些？晶界是有一定厚度、原子無(wú)規(guī)則排列的過(guò)渡帶。其厚度主要是受相鄰晶粒間的位向差的大小及金屬純度的高低的影響，在金屬晶體中，它們的厚度，常在幾個(gè)原子間距到幾百個(gè)原子間距的范圍內(nèi)變動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明：相鄰晶粒間的位向差越大或金屬的純度越低時(shí)，晶界就越厚，反之越薄。由于晶界的特殊構(gòu)造，而使它對(duì)金屬的許多性能及其相變的影響更大于晶內(nèi)的影響。晶界的特殊構(gòu)造及其高的晶界能是它具有與晶內(nèi)不同的特性的根源，這些特性主要有以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)金屬暴露在腐蝕環(huán)境里，晶界容易被腐蝕；（2）晶界處的熔點(diǎn)較晶粒內(nèi)部低；（3）當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，在晶界處是優(yōu)先成核的位置；（4）原子在晶界上擴(kuò)散比在晶粒內(nèi)部快；（5）由于晶界處對(duì)晶體的滑移（即位錯(cuò)移動(dòng)）起阻礙作用，使這里不易產(chǎn)生塑性變形，故晶界處硬度、強(qiáng)度均較晶內(nèi)為高；（6）晶界處的電阻率也較晶內(nèi)為大。來(lái)源： 焊接技術(shù)