[发明专利]一种测量金属材料力学性能的方法

说明书

本发明属于材料力学性能检测领域，提供了一种金属材料力学性能检测的方法，目的在于解决快速、无损评价产品力学性能困难的问题，尤其适用于材料加工行业在生产车间进行退火效果表征和退火制度优选的工作。具体为将一个直径为的钢球连续的压入进金属材料的表面，记录每一次的载荷值和钢球的压入深度，并将载荷值和钢球的压入深度换算成应力值和应变值，得到应力和应变的关系。通过检测压力值和压头的位移能快速判定材料的力学性能，由于不论是压力还是位移都能够被精确的测量，所以本发明的方法具用非常高的准确性。

技术领域

本发明属于材料力学性能检测领域，特别提供一种测量金属材料力学性能的方法。

背景技术

在材料变形加工行业，从坯料到最终的制成品，要经过多道次的变形加工，两道次变形加工中间要进行退火处理，采用合适的退火制度和退火处理达到预期效果是顺利进行下一道次冷变形的关键。材料力学性能的大小是表征退火效果的重要评价指标，因此需要一种快速、方便、非破坏、准确性高并能够在生产现场使用的材料力学性能测量方法。

最常采用的测量材料退火后力学性能的方法是单向拉伸试验和布氏硬度试验。

在单向拉伸试验过程中，首先要制备试样，然后在试样两端加载单向拉伸力，直至试样被拉断，计算加载过程中试样所受的应力和应变，绘制成曲线，并通过特征值来表征材料的力学性能。单向拉伸试验准确性高，但要破坏工件、专门制备试样，试验周期长，不适合在生产现场使用。

布氏硬度试验是用一个固定载荷将一个钢球压入工件表面，通过测量压痕在垂直于载荷方向平面上的投影面积，计算出布氏硬度值，以此来表征材料的力学性能。布氏硬度试验虽然不用破坏工件、试验周期短和能够在生产现场使用，但影响因素多，测量压痕的投影面积存在较大的误差，测量的准确度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量金属材料力学性能的方法，能够在生产现场快速精确评价材料的力学性能。

本发明技术方案如下：

本发明提供了一种测量金属材料力学性能的方法，具体为将一个直径为的钢球连续的压入进金属材料的表面，记录每一次的载荷值和钢球的压入深度，并将载荷值和钢球的压入深度换算成应力值和应变值，得到应力和应变的关系。

载荷和压入深度的关系决定于试验条件和材料的力学性能，当试验条件固定时，这一关系唯一取决于材料的力学性能，因此可以通过该方法比较不同材料或同种材料不同状态的力学性能。

本发明通过施加一系列递进的载荷，将一个钢球连续压入进材料表面，材料将针对这一侵入行为产生一定的反应，不同力学性能的材料其反应强弱不一样，检测出这一反应的大小，并计算出应力应变的关系，就能够表征出材料的力学性能。

进一步地，首先施加接触载荷P₀，P₀的范围为1N～20N。

进一步地，每一次载荷增量ΔP的范围为5N～50N。

进一步地，钢球的压入深度最大值为钢球半径的1/3。

进一步地，应力值σ的计算方法为式(Ⅰ)所示：

式中，σ_i——第i次加载时的应力值，MPa；

P_i——第i次加载时施加的载荷，N；

S_i'——第i次加载时压痕在垂直于应力方向平面上的投影面积，mm²；

i——施加载荷的顺序数；

ΔP——每一次施加的载荷增量，N；

R——钢球的半径，mm；