金屬材料剪切力學性能及測試方法探討

袁亦凱（杭州華安無損檢測技術有限公司，浙江杭州310023）

0 引言

通常情況下，在對金屬材料性能進行明確時，一般都是采用力學測試或者是力學評價等方式，通過對計算機技術的合理應用，可以對被測試金屬材料進行模擬，同時根據實際情況成立相應的數據庫。但是，在實際的測試以及評價過程，因為受到多方面因素的影響，所以經常會面臨技術或者是各種實驗問題的產生，這些問題的存在對金屬材料性能測試工作開展形成了非常嚴重的阻礙。針對這種現象，需要進一步加強對金屬材料力學性能測試研究工作，從而制定出合理的力學性能測試方法，從而才能保證最終測試結果的準確性。

1 金屬材料的概念分析

金屬材料主要是將各種金屬元素進行了有效結合，在整體上具有一定的金屬特性，通常情況下主要涉及到了純金屬、合金、金屬材料金屬化合物以及特種金屬材料等多種形式。金屬材料種類不斷增多，在整個社會發展中起到了非常重要的基礎作用。人們在對金屬材料性能進行判斷時，剪切力學性能測試屬于一種非常重要的方式，需要相關人員進一步加強對測試方法的研究工作。

2 金屬材料剪切力學性能指標

2.1 強度與強度指標

結合目前的實際情況來看，在機械加工領域中，金屬材料已經實現了非常廣泛的應用，可以起到一定的靜荷載作用，其中強度指的是對塑性變形以及斷裂的抵抗能力。金屬材料在實際的應用過程中，其荷載主要指的是所承受的外界壓力，一般可以劃分為靜荷載、沖擊荷載以及交變荷載等多種形式。其中，靜荷載是剪切力的大小以及作用發生都是固定不變的，沖擊荷載一般就是面臨的沖擊力非常大，當在零件上產生作用時，一般作用時間比較短，并且速度非常快。與靜荷載相比，交變荷載則具有相反的特點，隨著周期性的變化，其作用力大小以及方向也會隨之發生相應的轉變。在具體的研究過程中，其強度指標是在靜荷載作用下進行研究的。

通常情況下，在對金屬材料強度指標進行表示時，都是通過屈服強度來進行，當金屬材料受到一定程度的壓力之后，就會產生屈服現象。當發生塑性變形現象時，其變形能力不會隨著力的增加而發生改變，在這時所對應的應力為屈服強度。在機械加工過程中，一般所使用的材料不可以存在塑性變形現象，因此，在零部件設計以及材料選擇過程中，屈服強度屬于一項非常重要的參考標準。

2.2 剪切塑性與塑性指標

在機械加工過程中，當金屬材料受到一定的荷載作用時就會發生變形現象，同時，當荷載達到一定標準之后，金屬材料也會出現不同程度的斷裂現象，在斷裂之前所承受的最大塑性變形能力，指的就是材料塑性。通常情況下，工作人員在對金屬材料強度以及塑性指標進行判定時，都是采用拉伸試驗的方法來進行。首先，將需要進行測驗的材料加工成標準試樣，然后將試樣安置到拉伸試驗機中通過緩慢的方式不斷增加拉伸壓力，最終所獲得到的拉伸荷載以及試樣伸長量關系，指的就是拉伸曲線。

2.3 剪切硬度與硬度試驗

在面對局部塑性變形以及破壞等現象時，金屬材料所產生的抵抗能力指的就是硬度，屬于金屬材料力學性能中非常重要的指標。與拉伸試驗進行對比，在實際的操作過程中，硬度試驗過程具有非常明顯的易操作性，通常可以直接在零部件的表面開展試驗工作，能以直觀的方式將試驗結果展現出來，所以實現了非常廣泛的應用。結合實際情況來看，目前所涉及到的硬度試驗方式非常多，在種類上具有非常明顯的多樣性，而最常用的性能測試方法主要體現在了以下幾個方面。

3 金屬材料剪切力學性能測試方法

3.1 布氏硬度試驗法

3.1.1 布氏硬度試驗法原理

在對布氏硬度試驗法進行應用時，主要采用硬質合金球做壓頭壓入到金屬表面中，對于給與一定的壓力，然后在一定的時間范圍內撤回試驗力，然后對壓痕表面產生的直徑進行準確側臉，在結合試驗壓力以及作用時間，將公式帶入到其中，通過計算可以對最終的硬度值進行明確。在具體的試驗過程中，所得出的結論為布氏硬度值與壓痕直徑之間呈成比例關系。

3.1.2 布氏硬度特點與適用范圍

結合布氏硬度試驗過程中的相關內容進行分析，其中所用到的試驗力以及壓頭直徑都比較大，因此最終產生的壓痕也比較大，所以在具體的測量工作中存在一定的難度，雖然可以將硬度值體現出來，但是也存在一定的缺陷。主要是因為產生的壓痕比較大，所以會使金屬表面受到一定的破損現象。當對零部件表面質量要求比較高時，則不適合采用布氏硬度試驗法。

3.2 洛氏硬度試驗法

3.2.1 洛氏硬度試驗原理

與布氏硬度試驗法進行對比，洛氏硬度試驗原理具有一定的差異，主要是因為洛氏硬度試驗法將硬質合金球壓頭變成了金剛石圓錐壓頭，同時在測量工作中，也不是對壓痕直徑進行測量，而是結合具體的壓痕深度，對最終的硬度值進行準確測量。針對于不同標尺下的硬度值而言，需要轉變為同一尺度才能開展比較工作。

3.2.2 洛氏硬度特點與適用范圍

在對洛氏硬度試驗法進行應用時，因為壓頭采用的是金剛石錐頭，所以產生的壓頭比較小，同時對零部件不會帶來特別大的損壞，一般適合應用于薄壁或者是對表面質量要求比較高的零部件中。但是，洛氏硬度試驗法在應用過程中也存在一定的局限性，主要是因為最終所測量的硬度值可能與實際存在一定的偏差。

3.3 維氏硬度試驗法

維氏硬度試驗法在具體的應用過程中，與布氏硬度試驗法以及洛氏硬度試驗法相比具有明顯的差異，主要是因為維氏硬度試驗法采用的金剛石四維棱椎體，并且維氏硬度試驗法在應用過程中不會產生特別明顯的壓痕，所以可以應用于薄壁零部件測量中。但是，在實際的試驗工作中，壓痕對角線的測量涉及到的內容比較多，具有非常明顯的復雜性，這就在一定程度上增加了試驗工作難度。

3.4 沖擊韌度測試

對金屬材料沖擊韌度進行測試，主要是看金屬材料在一定的沖擊力作用下，對沖擊吸收功以及沖擊韌度進行明確。在沖擊韌度測試過程中，不但可以對金屬材料本身特性進行明確，同時還能找出材料內部的缺陷，并在此基礎上對熱處理加工質量進行全面檢測，如今沖擊韌度測試方法已經在工業以及科學研究領域中實現了非常廣泛的應用。沖擊韌度測試方法在應用過程中不但操作比較簡單，同時還能有效減少測試過程中成本的投入。

3.5 壓縮測試

在金屬材料力學測試過程中，壓縮測試方法有著非常廣泛的應用，在具體的測試過程中重要是對受力之后發生的變化進行深入研究，從而對金屬材料的抗拉強度進行明確。通常情況下，在壓縮測試中會得到非常大的變形量，可以對試驗過程中存在的缺陷進行完善。但是，在對壓縮測試方法進行應用時也需要對一些注意事項引起重視，比如，當金屬材料的表面發生摩擦效應時，所以無法獲取到均勻的變形現象，在這時就必須要采取相應的潤滑方式，然后對金屬材料表面存在的摩擦現象進行解決，通過這種方式才能有效保證材料性能數據的準確性。

4 結語

綜上所述，如今，隨著我國工業領域規模的不斷擴展，對于金屬材料使用性能提出了更高的要求。在我國科學技術水平不斷提升的背景下，一些新技術的不斷產生，金屬材料剪切力學性能測試技術也開始面向智能化以及數字化的方向不斷發展。要保證金屬材料剪切力學性能測試數據的準確性，就必須對現有的測試方法進行創新，為測試準確度提供新的思路，同時構建出多元化的金屬材料檢測數據庫，在后期可以起到非常重要的指導作用，