淺述金屬材料常用力學性能的規范

金屬材料的力學性能是指材料在力作用下顯示的與彈性和非彈性反應-應變關系的性能。

根據GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》規定，緊固件常用的力學性能指標主要有強度、塑性、硬度和韌性等。為此，本文根據的國家標準對力學性能的規范表述進行介紹，以便相關人員能更好地貫徹新標準。

1. 強度與塑性

金屬材料常用的強度指標是屈服強度和抗拉強度，常用的塑性指標是斷后伸長率和斷面收縮率。試驗機

常見不規范表達有：①屈服強度符號：σs、σ0.2、σsu或σsL屈服強度；名稱：屈服極限、屈服點、條件屈服強度等。②抗拉強度符號：σb；名稱：強度極限等。③斷后伸長率符號：δ、δ5、δ10；名稱：延伸率、伸長率、斷后延伸率等。④斷面收縮率符號：ψ；名稱：收縮率。

根據GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分室溫拉伸試驗》，整理表1為常用力學性能名稱與符號。

　　表1 常用力學性能名稱與符號

GB/T228.1-2010與GB/T3098.1-2010相比，只有“規定非比例延伸強度”的名稱改為“規定塑性延伸強度”。電子試驗機

上屈服強度ReH是指試樣發生屈服而下降前的zui大應力。下屈服強度ReL是指在屈服期間，不計初始瞬時效應時的zui小應力。當金屬材料在拉伸試驗過程中沒有明顯屈服現象發生時，應測定規定塑性延伸強度Rp或規定殘余延伸強度Rr。應采用Rp0.2或Rr0.2。Rp0.2表示規定塑性延伸率為0.2%時的應力；Rr0.2表示規定殘余延伸率為0.2%時的應力。其中的0.2表示試樣施加并卸除應力后引伸計標距的延伸等于引伸計標距的0.2%。液壓試驗機

抗拉強度Rm是指相應zui大力對應的應力。

斷后伸長率A是斷后標距的殘余伸長（Lu-Lo）與原始標距Lo之比的百分率。

斷面收縮率Z是指斷裂后試樣橫截面積的zui大縮減量（So-Su）與原始橫截面積So之比的百分率。

1. 硬度

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標，是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕、劃痕的能力。

硬度雖然不是金屬獨立的基本性能，但是硬度試驗設備簡單，操作迅速方便，又可直接在零部件上或工具上進行試驗而不破壞工件，更為重要的是通過硬度測量可以估計出金屬材料的其他力學性能指標，如近似抗拉強度和耐磨性。由于硬度試驗僅在金屬材料表面局部體積內產生很小的壓痕，所以用硬度試驗還可以檢查金屬材料表面層質量，如脫碳與增碳。在實際生產中作為緊固件產品質量檢查、制訂合理加工工藝的zui常用的重要試驗方法。在產品設計圖樣的技術條件中，硬度也是一項主要技術指標。硬度計

常見不規范表達有：HRC32、HV385。

目前，常用的硬度試驗方法有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、表面洛氏和顯微硬度等。根據被測緊固件的直徑、規格、材料種類和標準規范，把維氏硬度試驗作為緊固件機械和物理性能中的仲裁檢驗項目，在緊固件行業中使用很廣泛。測定螺栓表面硬度，在頭部平面、緊固件末端或無螺紋桿部，測定時用zui小載荷為98N，即HV10；測定螺栓表面硬度與心部硬度之間誤差，用zui小載荷為29.4N，即HV0.3；測定螺母表面硬度用zui小載荷為294N，即HV30。

但是，由于維氏硬度對試樣表面要求高，壓痕對角線長度d的測定較麻煩，工作效率不如洛氏硬度高，不適于大批量測試。為此，洛氏硬度則使用較廣泛，它的優點是測量迅速、簡便，壓痕較小，可用于測量緊固件成品。同時由于壓痕較小，測量的硬度值不夠準確，數據重復性差，對試驗結果應進行正確處理并認真分析影響硬度試驗結果的主要因素，才能大大提高硬度測試的準確性，保證檢測數據的真實性和有效性。

2．1洛氏硬度

目前，金屬洛氏硬度試驗方法執行GB/T230.1-2009《金屬洛氏硬度試驗 第1部分:試驗方法》，洛氏硬度用符號HR表示，符號HR前面為硬度值，符號后面為使用的標尺。zui常用的是A、B、C三種標尺，分別記作HRA、HRB、HRC。如50HRC表示用C標尺測得的洛氏硬度值為50。

洛氏硬度不標單位，是一個無量綱的力學性能指標，洛氏硬度各標尺間沒有對應關系。

根據GB/T230.1-2009規定，“試驗結果，洛氏硬度值應至少至0.5HR”。在每個緊固件上的測量點數根據規格、直徑選擇，也可不少于3點，（GB/T230.1-2009對此并未明確規定，作了新的修訂）。

2．2維氏硬度

GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度 試驗第1部分：試驗方法》經修訂于2009年6月25日發布，2010年4月1日起正式實行。顯微維氏硬度試驗說明:①當壓痕對角線小于0.020mm時,必需考慮不確定度的增加。②通常試驗力越小，測試結果的分散性越大，對于小力值硬度和顯微維氏硬度尤為明顯。該分散性主要是由壓痕對角線長度的測量而引起的。對于顯微維氏硬度來說，對角線的測量不太可能優于±0.001mm。

請注意的是:試樣表面應平坦光滑，試驗面上應無氧化皮及外來污物，尤其是不應有油脂，試樣表面的質量應保證壓痕對角線長度的測量精度，建議進行表面拋光處理。由于顯微維氏硬度壓痕很淺，加工試樣時建議根據材料特性采用拋光/電解拋光工藝，一改原標準規定表面粗糙度維氏硬度試樣0.4μm；小力值維氏硬度試樣；0.2μm顯微維氏硬度試樣0.1μm。

1. 韌性

韌性是指金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。夏比沖擊試驗是一種常用的評定金屬材料韌性指標的動態試驗方法。通常是依據標準要求，將坯樣加工成具有規定的缺口形式和幾何尺寸的試樣，測試缺口試樣在沖擊載荷下的沖擊吸收能量，以及斷口的剪切面積百分率和側膨脹值等。現行的國家標準是GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》（該標準等效采用ISO148-1：2006）。

常見不規范表達有：符號：ak、akv、aku、Ak、Akv或Aku；名稱：沖擊韌性、沖擊吸收功。沖擊試驗機

GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法適應于室溫、高溫以及低溫下金屬材料的V型和U型缺口沖擊試驗。沖擊能量K或沖擊韌度值越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料。

根據GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法，V型缺口試樣和U型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KV和KU，并用下標數字2和8表示擺錘刀刃半徑，如KV2，其單位為J（焦耳）。沖擊吸收能量的大小直接由試驗機的刻度盤上讀出。

標準規定沖擊試樣的尺寸為55mm×10mm×10mm，在試樣中間有V型或U型缺口，并使其對稱面垂直于試樣縱向軸線，保證根部處沒有影響吸收能量的加工痕跡。如試樣料不夠制備標準尺寸試樣時，可使用寬度7.5mm、5mm或2.5mm的小試樣。