關(guān)于金屬檢測中的機械性能指標(biāo)及相對應(yīng)的效應(yīng)現(xiàn)象

金屬檢測項目有很多，其中所涉及的檢測指標(biāo)，檢測時遇到的各種反應(yīng)現(xiàn)象也是舉不勝數(shù)。今天我們就金屬檢測中的一些機械性能指標(biāo)及相對應(yīng)的效應(yīng)現(xiàn)象為大家詳細分析一下。希望通過這十二大金屬檢測中遇到的常見難題的分析，能夠幫助大家在金屬材料的研究領(lǐng)域有所收獲。1、金屬機械性能檢測指標(biāo)是怎么分類的？金屬機械性能檢測指標(biāo)大致分為兩類：強度和塑性。（1）金屬強度檢測指標(biāo)：抗拉強度、下屈服強度、硬度等。其中硬度是強度的另一種表現(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度成正比。（2）金屬強塑性檢測指標(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、周圍介質(zhì)等）等都對塑性有影響。（3）金屬強強度和塑性共同檢測指標(biāo)：韌性。2、為什么屈服強度屬于金屬檢測的重點指標(biāo)？金屬檢測的屈服強度指標(biāo)是指金屬抵抗塑性變形的抗力，定量來說是指金屬發(fā)生塑性變形時的臨界應(yīng)力。金屬的實際屈服強度由開動位錯源所需的應(yīng)力和位錯在運動過程中遇到的各種阻力。實際晶體的切屈服強度=開動位錯源所必須克服的阻力+點陣阻力+位錯應(yīng)力場對運動位錯的阻力+位錯切割穿過其滑移面的位錯林所引起的阻力+割階運動所引起的阻力。正是屈服強度代表金屬材料如此多的阻力性能，讓它成為在金屬檢測項目的常見指標(biāo)。3、如何評價金屬檢測中的屈服效應(yīng)現(xiàn)象？金屬檢測在拉伸曲線上出現(xiàn)上屈服點、下屈服點和屈服延伸區(qū)的現(xiàn)象稱為金屬的屈服效應(yīng)。這種效應(yīng)在變形金屬表面上會產(chǎn)生呂德斯帶缺陷，因為在外應(yīng)力作用下，某些地方位錯釘扎不牢，它們首先擺脫溶質(zhì)原子的氣團開始運動，位錯源開動。位錯向前運動時，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)力就會使相鄰的晶粒內(nèi)的位錯源開動，位錯得以繼續(xù)傳播下去，這一過程進行的很快，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，因而消除屈服效應(yīng)現(xiàn)象；或在鋼板沖壓前進行小量的預(yù)變形，使被溶質(zhì)原子釘扎的位錯大部分基本擺脫氣團包圍，然后加工則不會出現(xiàn)呂德斯帶了。4、冷變形對金屬力學(xué)性能檢測、物理化學(xué)性能檢測有什么意義？金屬材料冷變形后，組織結(jié)構(gòu)上的變化：晶粒被拉長，形成了纖維組織，夾雜和第二相質(zhì)點成帶狀或點鏈狀分布，也可能產(chǎn)生形變織構(gòu)，產(chǎn)生各種裂紋，位錯密度增加，點缺陷、核層錯等晶體缺陷增多，自由能增大。冷變形對金屬力學(xué)性能的變化體現(xiàn)在：金屬檢測樣品在冷加工后，其強度指標(biāo)（比例極限，彈性極限，屈服極限，強度極限，硬度）會增加，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度，通過加工硬化來強化金屬材料。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、金屬檢測中亞結(jié)構(gòu)的形成對冷變形意味著什么？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，這種組織稱為亞結(jié)構(gòu)。每個小晶塊稱為亞晶粒，又稱嵌瑯快（形變之前晶體中已存在尺寸較大的亞晶粒，形變使其細化），在亞晶界上積聚大量的位錯，存在著央中的晶格畸變（也稱點陣畸變），而在亞晶粒內(nèi)部則相對地比較完整（亞晶粒的晶格仍存在著彈性變形）已經(jīng)知道，滑移變形是通過位錯在滑移面上的移動來實現(xiàn)的。金屬檢測的位錯理論還假設(shè)：在晶體的滑移面上存在著位錯源，在臨界切應(yīng)力的作用下，從位錯源可以不斷產(chǎn)生通過滑移面移動的新位錯，從而不斷地造成滑移。同時，金屬晶體中存在著各種阻礙位錯移動的障礙物，如晶界（包括亞晶界）、第二相顆粒、因位錯互相交截而產(chǎn)生的不容易移動的位錯結(jié)點以及其他晶體缺陷等等。移動的位錯可能在障礙物前被阻，并且使隨后的移動來的位錯在障礙物前積累起來，造成位錯的集聚。這樣使得晶體內(nèi)的位錯密度不斷增加。亞晶界也就是位錯集中的地帶，積聚著大量的位錯，這對于位錯的進一步移動造成極大的障礙，因而是滑移變形難以繼續(xù)進行，即造成金屬加工會硬化。6、金屬材料檢測時，出現(xiàn)的“形變時效現(xiàn)象”是什么？金屬檢測時，會把屈服效應(yīng)顯著的金屬材料拉伸到超過屈服延伸區(qū)的變形程度后，去掉載荷，又立即重新加載時，剛開始塑性變形的應(yīng)力仍等于卸載前的應(yīng)力，若卸載后經(jīng)過長時間的停留再重新加載時，則開始塑性變形時的應(yīng)力要高于卸載時的應(yīng)力，并且重新出現(xiàn)了屈服效應(yīng)現(xiàn)象。這即是形變時效現(xiàn)象。7、金屬檢測中產(chǎn)生形變時效現(xiàn)象的原因有哪些？金屬檢測樣品在預(yù)先加載時，會產(chǎn)生塑性變形使位錯擺脫溶質(zhì)原子氣團的釘扎，如果卸載時間過長，溶質(zhì)原子有時間通過擴散重新包圍位錯形成新的氣團，釘扎住位錯，所以再重新加載時又會出現(xiàn)屈服效應(yīng)。溫度足夠高時，在變形過程中就可能產(chǎn)生時效稱動態(tài)形變時效。8、應(yīng)力—應(yīng)變曲線對金屬材料的外觀性能檢測結(jié)果有什么影響？由于溶質(zhì)原子對位錯的釘扎，對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)變曲線將會有一定影響，從而導(dǎo)致金屬檢測變形材料的樣品外觀、性能將會產(chǎn)生變化。應(yīng)力—應(yīng)變曲線上出現(xiàn)上、下屈服點和屈服延伸區(qū)，出現(xiàn)屈服效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)溫度從室溫上升時，出現(xiàn)動態(tài)形變時效，上下屈服點反復(fù)出現(xiàn)，金屬檢測樣品的外觀出現(xiàn)呂德斯帶缺陷，從而引起金屬軟化，這也是使金屬加工時，硬化減弱的主要原因。9、硬脆相的存在及其形狀對金屬合金的力學(xué)性能檢測有哪些影響？（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，位錯運動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，碳鋼的強度隨滲碳體片層距離的減小而增高，片層間距越小，其強度越高，塑性不降低（2）球狀珠光體中，滲碳體呈球狀，對鐵素體變形的阻礙作用降低，故強度降低，塑性顯著提高，片狀滲碳體比球狀滲碳體強度高，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，造成過早的斷裂，反而強度下降，塑性也會明顯下降（4）滲碳體成細小彌散微粒分布在鐵素體中，流變應(yīng)力大大增加。10、細化晶粒對金屬材料的力學(xué)性能檢測有何影響？細化晶?？梢蕴岣呓饘夙g性檢測指標(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，在對低強度鋼檢測后，發(fā)現(xiàn)可以利用細化晶粒來提高金屬材料屈服強度有明顯效果。金屬材料細化途徑：（1）改變結(jié)晶過程中的凝固條件，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冷能力，使形核率增加，進而獲得細化的初生晶粒。（2）進行塑性變形時嚴(yán)格控制隨后的回復(fù)和再結(jié)晶過程以獲得細小的晶粒組織。（3）利用固溶體的過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大。（4）通過同素異形轉(zhuǎn)變的多次反復(fù)快速加熱冷卻的熱循環(huán)處理來細化晶粒。11、結(jié)晶和晶粒長大對金屬材料檢測中的組織性能變化有什么意義？再結(jié)晶從形成無畸變的晶核開始，逐漸長大成位錯密度很低的等軸晶粒，當(dāng)變形基體全部消耗完即進入晶粒長大階段。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指標(biāo)：變形量、退火溫度。另外，金屬檢測中的雜質(zhì)及合金元素以及在變形前的原始晶粒度也會影響再結(jié)晶退火后的晶粒大小。12、晶界對金屬檢測的意義有哪些？晶界是有一定厚度、原子無規(guī)則排列的過渡帶。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，常在幾個原子間距到幾百個原子間距的范圍內(nèi)變動。實驗表明：相鄰晶粒間的位向差越大或金屬的純度越低時，晶界就越厚，反之越薄。由于晶界的特殊構(gòu)造，而使它對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：（1）當(dāng)金屬暴露在腐蝕環(huán)境里，晶界容易被腐蝕；（2）晶界處的熔點較晶粒內(nèi)部低；（3）當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時，在晶界處是優(yōu)先成核的位置；（4）原子在晶界上擴散比在晶粒內(nèi)部快；（5）由于晶界處對晶體的滑移（即位錯移動）起阻礙作用，使這里不易產(chǎn)生塑性變形，故晶界處硬度、強度均較晶內(nèi)為高；（6）晶界處的電阻率也較晶內(nèi)為大。來源： 焊接技術(shù)