探析金属材料力学性能检测技术发展的新思路

2020-12-20王方

中国金属通报 2020年16期

王方

（航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司，陕西汉中 723200）

研究人员对材料科学的研究工作高度重视，结合不同种类的力学性能检测技术，能够对材料的物理性能进行有效把握，为制造业提供较为准确的数据，适应不同建设需求。金属材料的应用较为广泛，在基础项目建设与军工制造行业中使用场景较多。为了提高金属材料力学性能的检测技术，需要研究人员重视新技术的应用，逐步提高测验结果的准确性。

1 金属材料的力学性能概述

现阶段研究人员对于金属材料的基本性能检测，主要从三个方面具体展开，分别是化学成分检测、金相失效分析与力学性能检测。其中金属材料的力学性能检测在日常工作中的应用较为普遍，直接决定了现阶段金属材料的应用场景。对金属材料的力学性能进行分析，主要包括以下四点内容。第一点，金属材料的强度。在基础项目应用中，金属材料的强度大小直接决定了该材料是否符合工程建设的需求。在实际检测操作过程中，主要有拉伸、压缩与弯曲等内容。第二点是金属材料的塑性。塑性表明材料在外部载荷作用下发生永久性形变之后，其自身不会受到破坏，常用断后延伸率A和断面收缩率Z来衡量。第三点是金属材料的硬度。在工程建设阶段，对于金属材料的硬度有着严格的要求，高硬度金属材料具有较强的耐磨性同时也有较高的脆性，通常在基础项目建设中，设计人员会根据产品应用选择性价比较高且自身硬度较强的金属材料，从而提高基础项目自身质量。第四点是疲劳。在金属材料使用阶段，由于使用场景会出现循环载荷，在这种条件下工作的金属材料，会产生疲劳损伤，造成金属材料的性能发生变化。如果在金属材料使用阶段，工作人员长时期使金属材料处于疲劳损伤的工作模式下，微小裂纹扩展会造成金属材料永久性失效即产生断裂，将会造成不可挽回的损失。

2 常规金属材料力学性能检测技术

2.1 拉伸试验

拉伸试验是现阶段检测金属材料力学性能的重要试验，相关工作人员对于金属材料的拉伸性能指标的关注度较高，认为金属材料的拉伸性能是反映金属材料的力学性能的重要指标，金属材料拉伸过程直观地反映了材料的弹性、塑性、断裂三个阶段的基本特性。目前，技术人员在对金属材料展开拉伸试验时，需要使用相关设备对金属材料进行拉伸至材料断裂。这种破坏性试验的展开通常使用万能材料试验机，根据试验标准要求对标准试样采用应力控制速率或者应变控制速率进行拉伸，通过对试验结果进行记录，能够对金属材料的受应力状态进行分析，结合相关指标计算方法，明确金属材料的抗拉性能。这种操作并不困难，试验成本较低，能够对金属材料受力情况下发生的变化进行分析，有效划分为三个不同变形阶段，分别是弹性变形阶段、塑性变形阶段与断裂阶段。目前，研究人员重视对该方法的应用，结合我国研究人员制定的相关标准，能够提升拉伸试验结果的准确性[1]。

2.2 扭转试验

扭转试验主要是将金属材料置于扭转力作用下，使试样发生扭转变形，用以测量材料受切应力下的剪切强度极限。在试验阶段，操作人员需要对试验场景进行有效控制，例如试样装夹的同轴度等，确保该金属材料位于纯剪切力情况下，以提高整体试验的结果。技术人员在试验阶段，使用扭角仪等专业试验仪器测量等间距截面间相对扭转角增量，通过计算公式得到金属材料剪切弹性模量，从而对金属材料的扭转性能进行有效分析。

2.3 冲击韧性试验

冲击韧性试验是一种测量金属材料在动载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，这里所说的动载荷有别于拉伸试验中的静载荷，是指载荷与试样接触瞬间速度剧烈变化，即是具有加速度的载荷。这种破坏性试验受金属材料的自身影响较大，对材料自身状态很敏感，能够灵敏反映出材料的宏观缺陷和微小变化，可用于检测材料的冶金缺陷。目前，在冲击韧性试验中，技术人员需要根据测试的材料选择合适的测量设备及方法，能够提高测量结果的准确性。常用的试验技术有三种，分别是落球冲击、悬臂梁冲击与简支梁冲击，这三种试验技术的应用，能够对金属材料的抗冲击性能进行检测，便于工作人员快速进行质量检验。在冲击韧性试验中，对于金属材料影响较大的因素有材料的厚度、材质与结构等，在试验阶段，操作人员应该按照相应的标准，对该材料进行有效测量，从而提高冲击韧性试验检测的准去度。

3 新技术的应用推动力学性能检测技术发展方向

3.1 更为精确的测试精度

在金属材料测量阶段，为了准确反映金属材料的力学性能，试验人员需要对试验结果的准确性进行明确。随着新技术在力学性能试验中的应用，能够为试验结果提供更高的精度。尤其是现阶段工业建设中，金属材料的使用场景逐渐多样化，无论是传统的制造业还是新兴的通信工程建设都需要金属材料的参与。金属材料的使用已经成为了提高社会建设的重要资源，重视对基础材料的研究，能够改善现阶段机械设备的性能。在金属材料力学性能检测技术发展中，技术人员需要发挥自身重要作用，对影响较大的测量项目展开详细测量工作。

现阶段工业快速发展，对基础建设的材料要求不断提升，尤其是工业生产中，对于金属零件的精度要求逐步提升。并且在工业金属零件生产中，产品的公差应控制在一定范围内，从而提高工程建设质量。在金属零件加工中，金属材料的力学性能将会对最终金属零件的产品产生一定的影响，设计人员在设计阶段，需要结合金属材料的性能，对折弯系数、展开系数等系数进行准确测量，从而提高设计工作质量[2]。

例如：XM企业主要从业于钣金施工，在日常工作中，对于金属材料的需求较大。设计部门工作人员为了提高设计精度，保证设计的产品能够顺利加工出来。在技术部门工作人员的参与下，使用先进设备对金属材料的力学性能进行实际测量，对于工业生产中常使用镀锌板、不锈钢板等金属材料的抗剪强度与抗弯强度进行测量，从而确定不同种类、不同厚度钢板的折弯系数。

随着我国工业建设的不断进步，对于金属材料的需求进一步扩大，尤其是在装配制造业高质量发展中，对于金属材料的检查结果的要求不断提升，金属材料检测工作将会朝着高精度方向发展，使金属材料力学性能检测得到更为准确的试验结果。

3.2 提升测量方法

目前，对金属材料力学性能的检验技术发展较为迅速，能够使用专用设备对于金属材料的力学性能进行有效测量，从而提高测量结果的准确性。结合当前金属材料力学检测现状，存在一定的人为因素失误对金属力学性能的检测结果造成影响。为此，研究人员需要适应当前工业发展的方向，逐步提升测量方法，适应现阶段检测工作的需要。

在试验阶段，技术人员总结过往经验，逐步探索检查金属材料力学性能的有效途径，发挥自身重要作用，从而降低试验结果误差，并将检测结果误差控制在一定范围内，提高金属材料检测结果的准确性。

尤其是市场化经济体制下，测量设备制造企业重视自身设备更新换代，不断提高检测结果的准确性。金属材料力学性能检测机构需要重视新技术的应用，做好试验室设备换新工作。针对现阶段金属材料力学性能检测中存在的各种问题，从提高测量方法入手控制测量误差，满足现阶段工业建设的需求。随着现阶段科学技术的应用，试验室工作人员应该重视创新意识的培养与运用，不断提高专业技能，创新试验测量方法，提高整体测量工作的科学性[3]。

3.3 使用新型测量仪器

随着我国基础材料的研究工作进一步提升，金属材料的用途逐渐明确，相应的金属材料种类不断丰富。尤其是钢铁产业，根据材料内部元素含量的不同，可以分为碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、低合金高强度钢等钢材。为了检测这些不同钢材的金属特性，试验人员通常会选择更为精密的测量仪器，对这些不同种类用途钢材的力学性能进行准确测试。

传统机械式试验器材在测试钢材性能时，由于测试条件达不到要求，不能够对不同型号的钢材的力学性能进行精细分类。因此，在接下来金属材料力学性能检测中，需要结合新兴技术领域的应用，使用新型测量仪器，创新方法，对各种不同的金属材料力学性能进行有效检测，从而提高试验结果质量。

随着我国重视基础材料的研究，将研究成果应用于一些高强度、高精度场合，从而提高产品设计与建设质量。重视对新型测量仪器的使用，能够为基础科学研究提供便利。

结合现阶段我国经济发展现状，新型测量仪器具有较大的市场前景，相关企业重视该设备的研发与销售，将新技术有效应用于日常生活中，能够提高产业管理工作质量[4]。

3.4 使用计算机模拟技术

随着科学技术的发展，信息技术与工业技术有效融合，逐渐诞生了计算机模拟技术。该技术的应用推动了现阶段金属材料力学性能检测技术的发展，在一定程度上通过对金属材料的系数设定，能够科学评判该材料的力学性能是否达到使用标准。因此，在实际测量阶段使用力学性能模拟技术，可以大幅度提高试验结果的准确性，同时还能够利用仿真模拟技术减少现实中材料的浪费，达到进一步提质增效。

尤其是新技术的应用，能够更好地测量力学材料的性能，在金属材料力学性能检测中，技术人员合理使用计算机模拟技术，一方面对试验过程进行指导，另一方面可以与试验结果相互比对，及时发现检测阶段存在的不足之处。

例如：在金属材料力学性能检测中，ANSYS 有限元模拟技术的应用，能够极大地提高试验结果的准确性。技术人员使用该技术，结合实际测量数据，将实测数据与ANSYS有效耦合，从而模拟参数，与关联数据库之间进行有效联系，模拟现实中金属材料及结构的力学性能。在试验阶段，通过计算机建立相关模型，并使用计算机软件关联数据库，对于金属材料的力学性能过程进行模拟，得到真实服役情况下的材料内部应力分布及变化情况，准确寻找材料缺陷和薄弱点。该技术的应用，操作简单，对于金属材料的影响较小，节约了人力物力，还能够广泛应用于不同金属构件试验中。