金属的力学性质是金属科学研究的重要领域。掌握了力学行为的规律性,既有助于深人了解金属内部世界的奥秘,同时也促进金属材料生产的发展与技术的进步。进行合金设计、工程选材、改善材料冶金质量等工作时,都需要依据力学性质的墓本原理提供指导。
金属力学性质的研究方法包括力学分析与力学试验两个方面。力学分析的基础是宏观强度理论和微观强度理论。从金属学.金属物理、弹性和塑性力学等一系列学科知识中总结出力学性质的本质及其规律性。力学试验则依靠实践的手段掌握材料行为的动态,从中概括出具有普遍意义的规律,检验有关理论并重新指导实践。这两方面是互相促进的。
力学试验是在特定的加载条件下探讨材料的性态的,金属材料的力学试验大致分成两类:一类叫作力学性质试wi,专门测试材料的强度特性、变形特性和断裂特性,是力学试验的基础部分;另一类称为工艺性质试验,诸如冷弯试验、深冲试验、可锻性试验、切削性试验等,用来检查材料对某种变形工艺的适应能力。虽然这些试验也反映金属在某个方面的性质,但试验结果多数不具有明确的内涵,其应用的针对性较强。
力学试验的对象,可以是构件、零部件或材料。构件或零部件的试验,主要是考验它在类似服役条件下的行为,试验时的外载分布、温度变化、介质条件等都尽可能复现其实际使用的状态,以考核其结构强度、使用寿命、失效形式。一些大型构件不便于用实物直接试验时,也可以采用模型或模拟的试验方法。这些沐u多半是在复杂的加载条件下进行的,不能以材料的基本力学性质试验来代替,甚至零、部件的试验也不能代替整机的试验。
材料的力学试验则是在从金属材料中加工出的试样上进行的,是力学试验的基础工作,试验的目的有:
(1)确定材料在各种受载条件下的行为,为工程设计提供依据。
(2)材质的比较与检验。如具有特定用途的材料的筛选,企业中原材料、半成品或产品的质量控制等。
(3)通过力学行为与金属内部状态研究的配合,掌握力学性质变化的基本原理,各种因素影响的本质,为高性能合金的研制提供指导。
(4)以力学试验作为手段研究金属内部的变化过程。如应变时效现象,钢的过冷奥氏体的分解等。
可见,金属的力学试验服务于两个相关的领域:一个是工业性的,即材料的检验、选择和质量控制;另一个是科学性的,那就是把试验作为探素性质变化规律和本质的手段。这些年来,随着科学的前进和技术的发展,金属的力学试验技术无论在深度_L和广度上都有长足的进步。服从于工业应用目的的力学试验很多已经建立起国家或部一级的标淮试验方法了。这为控制统一的试验条件,促进数据的互换和流通提供了很大的方便。标准方法有一定的*性、普遍性和严密性。以这些方法为基础得到的试验结果是可以在国内甚至上得到认可并能互相对照和引用的。凡是生产检验、材料鉴定、数据等一般都应严格按照标准规定的程序开展试验。即令是一般的试验研究,遵循标准的试脸方法也是有很大好处的,它可以获得重现性好和可比的效果,可以在报告时省去冗长的对试验条件的说明。本书中引用的常规试验技术,也基本上是参照我国和上流行的标准进行讨论的。“绪表”列出了我国标准的力学性质试验方法。但是一个标准试验方法的建立,要求有广泛的适应性和普及而。比如对于.*的和较为陈旧的试验设备,对于技术熟练和不够熟练的操作人员,按照标准方法作试验都应当取得大致相同的结果。因此,即使可以把标淮方法视为严格限定试验状态的法定程序,但却不能将其看成是*和高度的方法。若需进行更为的试验,有必要设计和安排更合适的试验条件。
金属的力学性质既由材料内在状态所决定,亦随试验的外界条件而变化。外界因素可以直接影响材料的性质,也可能通过改变其内部组织而影响它的力学行为。于是相互间构成了如下的关系网。因此,在力学性质的研究中,仅仅依靠力学试验的结果是不够的的冶金质是、组织状态、点阵类型、缺陷分布等关系发掘出来,。为了把金属的性质与它就必需配合进行各种组织检验、结构分析、断口研究、应力分析、物理性质测试等多种试验工作,这些试验与力学试验相配合,可以有效地揭示材料行为的内在本质,是力学冶金学科发展的实验基础。