1、金屬材料常用力學(xué)性能的規(guī)范表達(dá)來源:鎮(zhèn)江船艇學(xué)院作者:黃曉艷金屬材料的常用力學(xué)性能指標(biāo)主要有強度、塑性、硬度和韌性等，其表達(dá)方法國家標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定。而最近出版的很多教材、發(fā)表的諸多論文中，常用力學(xué)性能的表達(dá)仍沿用舊標(biāo)準(zhǔn)。為此，本文根據(jù)最新的國家標(biāo)準(zhǔn)對常用力學(xué)性能的規(guī)范表達(dá)進行了介紹，并與舊標(biāo)準(zhǔn)進行分析比較，以便相關(guān)人員能更好地宣傳和貫徹新標(biāo)準(zhǔn)。金屬材料的力學(xué)性能是指材料在力作用下顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或包含應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能。常用的力學(xué)性能指標(biāo)主要有強度、塑性、硬度和韌性等，這些力學(xué)性能指標(biāo)可通過國家標(biāo)準(zhǔn)試驗來測定，其表達(dá)方法國家標(biāo)準(zhǔn)也有明確規(guī)定。然而，最近出版的很多教材、發(fā)表的諸多論

2、文中，常用力學(xué)性能的表達(dá)仍沿用舊標(biāo)準(zhǔn)，甚至是20多年前的舊標(biāo)準(zhǔn)。為此，本文根據(jù)最新的國家標(biāo)準(zhǔn)對常用力學(xué)性能的規(guī)范表達(dá)進行介紹，并與舊標(biāo)準(zhǔn)進行分析比較，以便相關(guān)人員能更好地宣傳和貫徹新標(biāo)準(zhǔn)。1、強度與塑性強度和塑性通過金屬材料室溫拉伸性能試驗來測定。現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是2011年12月1日實施的GB/T228.1-2010金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法。該版標(biāo)準(zhǔn)修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6892-1：2009金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法。該標(biāo)準(zhǔn)第1版本于1963年發(fā)布，經(jīng)歷了1976、1987、2002和2010年4次修訂。1.1、常見不規(guī)范表達(dá)金屬材料常用的強度指標(biāo)是屈服強度和抗拉強

3、度，常用的塑性指標(biāo)是斷后伸長率和斷面收縮率。教材、論文及技術(shù)文件中常見的不規(guī)范表達(dá)有：屈服強度符號：s、0.2、sU或sL；名稱：屈服極限、屈服點，條件屈服強度等?？估瓘姸确枺篵；名稱：強度極限等。斷后伸長率符號：、5、10；名稱：延伸率，伸長率，斷后延伸率等。斷面收縮率符號：；名稱：收縮率。對于這些不規(guī)范的表達(dá)，主要是作者沒有實時關(guān)注相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化及其實施應(yīng)用情況，沒有及時將最新的國家標(biāo)準(zhǔn)納入教學(xué)、科研中。一般來說，新標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施，即意味著舊標(biāo)準(zhǔn)的廢止。這些名稱、符號大部分是20多年前的標(biāo)準(zhǔn)(即GB/T228-1987)。1.2、規(guī)范化表達(dá)表1為常用力學(xué)性能名稱和符號新舊標(biāo)準(zhǔn)的對照。由表

4、1可見，常用力學(xué)性能的名稱和符號最新的GB/T228.1-2010與2002年的標(biāo)準(zhǔn)相比，只是“規(guī)定非比例延伸強度”的名稱變?yōu)椤耙?guī)定塑性延伸強度”，其他基本沒有變化。但與1987年版的標(biāo)準(zhǔn)相比有較大差異。為與國標(biāo)接軌，2002版開始，力學(xué)性能的名稱及符號均按照國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。如將屈服點名稱改為屈服強度，取消屈服強度的測定，只測定上屈服強度和下屈服強度。強度指標(biāo)的符號發(fā)生了較大的變化，由原來的加下角標(biāo)改為R加下角標(biāo)。斷后伸長率、斷面收縮率名稱不變而符號完全不同。表1常用力學(xué)性能名稱和符號新舊標(biāo)準(zhǔn)對照從2002版標(biāo)準(zhǔn)開始，屈服強度是指當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的

5、應(yīng)力點，應(yīng)區(qū)分上屈服強度(ReH)和下屈服強度(ReL)，分別取代1987年版中的上屈服點(sU)和下屈服點(sL)。上屈服強度ReH是指試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力，見圖1(a)。下屈服強度ReL是指在屈服期間，不計初始瞬時效應(yīng)時的最小應(yīng)力，見圖1(a)。當(dāng)金屬材料在拉伸試驗過程中沒有明顯屈服現(xiàn)象發(fā)生時，應(yīng)測定規(guī)定塑性延伸強度(Rp)或規(guī)定殘余延伸強度(Rr)。0.2在不規(guī)范表達(dá)中用來表示沒有明顯屈服現(xiàn)象金屬材料的屈服強度，下標(biāo)0.2表示試樣標(biāo)距部分殘余伸長率達(dá)到規(guī)定數(shù)值0.2%。這種表示方法沒有標(biāo)明殘留變形量的測量方法，應(yīng)廢除。而應(yīng)用Rp0.2或Rr0.2代替。Rp0.2表示規(guī)定塑

6、性延伸率為0.2%時的應(yīng)力，見圖1(b)。其中的0.2表示試驗中任一給定時刻引伸標(biāo)距的塑性延伸等于引伸計標(biāo)距的0.2%。Rr0.2表示規(guī)定殘余延伸率為0.2%時的應(yīng)力，如圖1(c)。其中的0.2表示試樣施加并卸除應(yīng)力后引伸計標(biāo)距的延伸等于引伸計標(biāo)距的0.2%。圖1應(yīng)力-延伸率曲線圖(a)及規(guī)定塑性延伸強度Rp0.2(b)和規(guī)定殘余延伸強度Rr0.2(c)的規(guī)定抗拉強度Rm是指相應(yīng)最大力對應(yīng)的應(yīng)力，如圖1(a)?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中最大力是指：對于顯示不連續(xù)屈服的材料，如果沒有加工硬化作用，標(biāo)準(zhǔn)就不定義。對于無明顯屈服(不連續(xù)屈服)的金屬材料，為試驗期間的最大力。對于有不連續(xù)屈服的金屬材料，在加工硬化開始

7、之后，試樣所承受的最大力。新舊標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強度的名稱不變，符號由b變?yōu)镽m。斷后伸長率A是斷后標(biāo)距的殘余伸長(Lu-L0)與原始標(biāo)距(L0)之比的百分率。對于比例試樣，即拉伸試樣的原始標(biāo)距與原始橫截面積的平方根的比值k為常數(shù)，k=5.65的試樣稱為短比例試樣，其斷后伸長率用符號A表示(對應(yīng)87版的符號5)；k=11.3的試樣稱為長比例試樣，其斷后伸長率為A11.3(對應(yīng)87版的符號10)；試驗時，一般優(yōu)先選用短比例試樣，但要保證原始標(biāo)距不小于15mm，否則，建議選用長比例試樣或其他類型試樣。對于非比例試樣，符號A應(yīng)附以下標(biāo)注說明所使用的原始標(biāo)距，以毫米(mm)表示，例如A50mm表示原始標(biāo)距為5

8、0mm的斷后伸長率。斷面收縮率Z是指，斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量(S0-Su)與原始橫截面積(S0)之比的百分率。2002版開始斷面收縮率符號由更改為Z。2、硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)，反映材料抵抗局部塑性變形的能力，是一個綜合的物理量。目前生產(chǎn)中，測定硬度最常用的方法是布氏硬度和洛氏硬度。常見的不規(guī)范表達(dá)如：HBW500、350HBS、HRC50、60HRB等。2.1、布氏硬度現(xiàn)行的布氏硬度試驗方法是2010年4月1日開始實施的GB/T231.1-2009金屬材料布氏硬度試驗第1部分：試驗方法，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6506-1：2005金屬材料布氏硬度試驗第1部分：試驗

9、方法。GB/T231.1經(jīng)歷了1962年首次發(fā)布，1984、2002、2009年3次修訂。表2為布氏硬度壓頭和符號新舊標(biāo)準(zhǔn)的對照。由表可見，2002年以前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，布氏硬度試驗可以采用鋼球壓頭或硬質(zhì)合金球壓頭兩種。壓頭為鋼球時，用符號HBS表示，適用于450HBS以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于650HBW以下的材料。從2002年版本起，布氏硬度試驗取消了鋼球壓頭，只允許使用硬質(zhì)合金球壓頭。GB/T231.1-2009引言中明確指出，本標(biāo)準(zhǔn)只允許使用硬質(zhì)合金球壓頭，其布氏硬度符號用HBW表示。因此，2002年標(biāo)準(zhǔn)實施后，硬度計應(yīng)全部采用硬質(zhì)合金球壓頭，技術(shù)文件應(yīng)一律標(biāo)

10、注符號HBW。表2布氏硬度壓頭和符號新舊標(biāo)準(zhǔn)對照2.2、洛氏硬度洛氏硬度試驗方法最新的國家標(biāo)準(zhǔn)是2010年4月1日開始實施的GB/T230.1-2009金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺)，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6508-1：2005金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺)。GB/T230.1于1983年首次發(fā)布，分別于1991、2004和2009年進行了三次修訂。表3為洛氏硬度部分內(nèi)容新舊標(biāo)準(zhǔn)的對照。由表3可見，從2004版標(biāo)準(zhǔn)起，增加了15N、30N、45N、15T、30T、45T等6

11、個表面洛氏硬度標(biāo)尺。2004年前壓頭為金剛石圓錐或鋼球兩種，而2004版規(guī)定，壓頭除了這兩種以外，還可以使用硬質(zhì)合金球壓頭。但在2009版中規(guī)定，一般只允許使用金剛石圓錐或硬質(zhì)合金球兩種壓頭，且在“范圍”中明確說明：硬質(zhì)合金球形壓頭為標(biāo)準(zhǔn)型洛氏硬度壓頭，如果在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議中有規(guī)定時，允許使用鋼球壓頭。因此，為了區(qū)別洛氏硬度試驗所使用的壓頭類型，從2004版標(biāo)準(zhǔn)起對于使用球形壓頭標(biāo)尺，在硬度符號后面要追加符號“S”或“W”，見表3中表達(dá)方法及其示例。如“60HRB”的表達(dá)方法，在2004年前是規(guī)范表達(dá)，但2004及2009版標(biāo)準(zhǔn)中就是不規(guī)范的表達(dá)，必須說明球壓頭代號。表3洛氏硬度新舊標(biāo)準(zhǔn)對照3

12、、韌性強度、塑性、硬度等力學(xué)性能指標(biāo)是在靜載荷作用下測定?？墒牵行┝慵诠ぷ髦惺軟_擊載荷作用，由于外力瞬時沖擊作用引起的變形和應(yīng)力要比靜載荷所引起的應(yīng)力大得多，因而選用制造這類零件的材料時，必須考慮材料抵抗沖擊載荷作用的能力，即沖擊韌性。韌性是指金屬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(biāo)的動態(tài)試驗方法，現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO148-1：2006金屬材料夏比擺錘沖擊試驗第1部分：試驗方法。GB/T229于1984年首次發(fā)布，經(jīng)歷了1994、2007年兩次修訂。常見的不規(guī)范表達(dá)如，名稱：

13、沖擊韌度、沖擊吸收功；符號：ak、akV、aku、AK、AKV、AKU等。在1994年前評定金屬材料沖擊韌性的指標(biāo)是沖擊韌性值(符號ak，單位為J/cm2)，即沖擊吸收功除以試樣缺口底部處橫截面面積所得的商。而在1994版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用沖擊吸收功(符號Ak，單位J)表示材料的沖擊韌性，V型、U型缺口試樣的沖擊吸收功分別用AKV和AKU表示。但在GB/T229-2007標(biāo)準(zhǔn)中用吸收能量(符號K，單位為J)取代沖擊吸收功AK，用字母V和U表示缺口幾何形狀，用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如：KU8-U型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量。而舊標(biāo)準(zhǔn)(GB/T229-1994)中的AKU2、AKU5，其下標(biāo)中的數(shù)字則表示缺口深度，如AKU5-深度5mm的U型缺口試樣的沖擊吸