金属材料剪切力学性能及测试方法探讨

袁亦凯（杭州华安无损检测技术有限公司，浙江杭州310023）

0 引言

通常情况下，在对金属材料性能进行明确时，一般都是采用力学测试或者是力学评价等方式，通过对计算机技术的合理应用，可以对被测试金属材料进行模拟，同时根据实际情况成立相应的数据库。但是，在实际的测试以及评价过程，因为受到多方面因素的影响，所以经常会面临技术或者是各种实验问题的产生，这些问题的存在对金属材料性能测试工作开展形成了非常严重的阻碍。针对这种现象，需要进一步加强对金属材料力学性能测试研究工作，从而制定出合理的力学性能测试方法，从而才能保证最终测试结果的准确性。

1 金属材料的概念分析

金属材料主要是将各种金属元素进行了有效结合，在整体上具有一定的金属特性，通常情况下主要涉及到了纯金属、合金、金属材料金属化合物以及特种金属材料等多种形式。金属材料种类不断增多，在整个社会发展中起到了非常重要的基础作用。人们在对金属材料性能进行判断时，剪切力学性能测试属于一种非常重要的方式，需要相关人员进一步加强对测试方法的研究工作。

2 金属材料剪切力学性能指标

2.1 强度与强度指标

结合目前的实际情况来看，在机械加工领域中，金属材料已经实现了非常广泛的应用，可以起到一定的静荷载作用，其中强度指的是对塑性变形以及断裂的抵抗能力。金属材料在实际的应用过程中，其荷载主要指的是所承受的外界压力，一般可以划分为静荷载、冲击荷载以及交变荷载等多种形式。其中，静荷载是剪切力的大小以及作用发生都是固定不变的，冲击荷载一般就是面临的冲击力非常大，当在零件上产生作用时，一般作用时间比较短，并且速度非常快。与静荷载相比，交变荷载则具有相反的特点，随着周期性的变化，其作用力大小以及方向也会随之发生相应的转变。在具体的研究过程中，其强度指标是在静荷载作用下进行研究的。

通常情况下，在对金属材料强度指标进行表示时，都是通过屈服强度来进行，当金属材料受到一定程度的压力之后，就会产生屈服现象。当发生塑性变形现象时，其变形能力不会随着力的增加而发生改变，在这时所对应的应力为屈服强度。在机械加工过程中，一般所使用的材料不可以存在塑性变形现象，因此，在零部件设计以及材料选择过程中，屈服强度属于一项非常重要的参考标准。

2.2 剪切塑性与塑性指标

在机械加工过程中，当金属材料受到一定的荷载作用时就会发生变形现象，同时，当荷载达到一定标准之后，金属材料也会出现不同程度的断裂现象，在断裂之前所承受的最大塑性变形能力，指的就是材料塑性。通常情况下，工作人员在对金属材料强度以及塑性指标进行判定时，都是采用拉伸试验的方法来进行。首先，将需要进行测验的材料加工成标准试样，然后将试样安置到拉伸试验机中通过缓慢的方式不断增加拉伸压力，最终所获得到的拉伸荷载以及试样伸长量关系，指的就是拉伸曲线。

2.3 剪切硬度与硬度试验

在面对局部塑性变形以及破坏等现象时，金属材料所产生的抵抗能力指的就是硬度，属于金属材料力学性能中非常重要的指标。与拉伸试验进行对比，在实际的操作过程中，硬度试验过程具有非常明显的易操作性，通常可以直接在零部件的表面开展试验工作，能以直观的方式将试验结果展现出来，所以实现了非常广泛的应用。结合实际情况来看，目前所涉及到的硬度试验方式非常多，在种类上具有非常明显的多样性，而最常用的性能测试方法主要体现在了以下几个方面。

3 金属材料剪切力学性能测试方法

3.1 布氏硬度试验法

3.1.1 布氏硬度试验法原理

在对布氏硬度试验法进行应用时，主要采用硬质合金球做压头压入到金属表面中，对于给与一定的压力，然后在一定的时间范围内撤回试验力，然后对压痕表面产生的直径进行准确侧脸，在结合试验压力以及作用时间，将公式带入到其中，通过计算可以对最终的硬度值进行明确。在具体的试验过程中，所得出的结论为布氏硬度值与压痕直径之间呈成比例关系。

3.1.2 布氏硬度特点与适用范围

结合布氏硬度试验过程中的相关内容进行分析，其中所用到的试验力以及压头直径都比较大，因此最终产生的压痕也比较大，所以在具体的测量工作中存在一定的难度，虽然可以将硬度值体现出来，但是也存在一定的缺陷。主要是因为产生的压痕比较大，所以会使金属表面受到一定的破损现象。当对零部件表面质量要求比较高时，则不适合采用布氏硬度试验法。

3.2 洛氏硬度试验法

3.2.1 洛氏硬度试验原理

与布氏硬度试验法进行对比，洛氏硬度试验原理具有一定的差异，主要是因为洛氏硬度试验法将硬质合金球压头变成了金刚石圆锥压头，同时在测量工作中，也不是对压痕直径进行测量，而是结合具体的压痕深度，对最终的硬度值进行准确测量。针对于不同标尺下的硬度值而言，需要转变为同一尺度才能开展比较工作。

3.2.2 洛氏硬度特点与适用范围

在对洛氏硬度试验法进行应用时，因为压头采用的是金刚石锥头，所以产生的压头比较小，同时对零部件不会带来特别大的损坏，一般适合应用于薄壁或者是对表面质量要求比较高的零部件中。但是，洛氏硬度试验法在应用过程中也存在一定的局限性，主要是因为最终所测量的硬度值可能与实际存在一定的偏差。

3.3 维氏硬度试验法

维氏硬度试验法在具体的应用过程中，与布氏硬度试验法以及洛氏硬度试验法相比具有明显的差异，主要是因为维氏硬度试验法采用的金刚石四维棱椎体，并且维氏硬度试验法在应用过程中不会产生特别明显的压痕，所以可以应用于薄壁零部件测量中。但是，在实际的试验工作中，压痕对角线的测量涉及到的内容比较多，具有非常明显的复杂性，这就在一定程度上增加了试验工作难度。

3.4 冲击韧度测试

对金属材料冲击韧度进行测试，主要是看金属材料在一定的冲击力作用下，对冲击吸收功以及冲击韧度进行明确。在冲击韧度测试过程中，不但可以对金属材料本身特性进行明确，同时还能找出材料内部的缺陷，并在此基础上对热处理加工质量进行全面检测，如今冲击韧度测试方法已经在工业以及科学研究领域中实现了非常广泛的应用。冲击韧度测试方法在应用过程中不但操作比较简单，同时还能有效减少测试过程中成本的投入。

3.5 压缩测试

在金属材料力学测试过程中，压缩测试方法有着非常广泛的应用，在具体的测试过程中重要是对受力之后发生的变化进行深入研究，从而对金属材料的抗拉强度进行明确。通常情况下，在压缩测试中会得到非常大的变形量，可以对试验过程中存在的缺陷进行完善。但是，在对压缩测试方法进行应用时也需要对一些注意事项引起重视，比如，当金属材料的表面发生摩擦效应时，所以无法获取到均匀的变形现象，在这时就必须要采取相应的润滑方式，然后对金属材料表面存在的摩擦现象进行解决，通过这种方式才能有效保证材料性能数据的准确性。

4 结语

综上所述，如今，随着我国工业领域规模的不断扩展，对于金属材料使用性能提出了更高的要求。在我国科学技术水平不断提升的背景下，一些新技术的不断产生，金属材料剪切力学性能测试技术也开始面向智能化以及数字化的方向不断发展。要保证金属材料剪切力学性能测试数据的准确性，就必须对现有的测试方法进行创新，为测试准确度提供新的思路，同时构建出多元化的金属材料检测数据库，在后期可以起到非常重要的指导作用，