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)-應(yīng)變關(guān)系的性能。
根據(jù)GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》規(guī)定，緊固件常用的力學(xué)性能指標(biāo)主要有強度、塑性、硬度和韌性等。為此，本文根據(jù)最新的國家標(biāo)準(zhǔn)對力學(xué)性能的規(guī)范表述進行介紹，以便相關(guān)人員能更好地貫徹新標(biāo)準(zhǔn)。

1、強度與塑性

　　金屬材料常用的強度指標(biāo)是屈服強度和抗拉強度，常用的塑性指標(biāo)是斷后伸長率和斷面收縮率。
常見不規(guī)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(jù)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(xué)性能名稱與符號。

　　表1 常用力學(xué)性能名稱與符號

GB/T228.1-2010
性能名稱	符號
上屈服強度	ReH
下屈服強度	ReL
規(guī)定殘余延伸強度	Rr
規(guī)定塑性延伸強度	Rp
抗拉強度	Rm
斷后伸長率	A,A11.3,Axmm
斷面收縮率	Z

　　GB/T228.1-2010與GB/T3098.1-2010相比，只有“規(guī)定非比例延伸強度”的名稱改為“規(guī)定塑性延伸強度”。

　　上屈服強度ReH是指試樣發(fā)生屈服而首次下降前的最大應(yīng)力。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。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。應(yīng)采用Rp0.2或Rr0.2。Rp0.2表示規(guī)定塑性延伸率為0.2%時的應(yīng)力；Rr0.2表示規(guī)定殘余延伸率為0.2%時的應(yīng)力。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%。

　　抗拉強度Rm是指相應(yīng)最大力對應(yīng)的應(yīng)力。

　　斷后伸長率A是斷后標(biāo)距的殘余伸長（Lu-Lo）與原始標(biāo)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最大縮減量（So-Su）與原始橫截面積So之比的百分率。

2、硬度

　　硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)，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(shè)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(xué)性能指標(biāo)，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(nèi)產(chǎn)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(zhì)量，如脫碳與增碳。在實際生產(chǎn)中作為緊固件產(chǎn)品質(zhì)量檢查、制訂合理加工工藝的最常用的重要試驗方法。在產(chǎn)品設(shè)計圖樣的技術(shù)條件中，硬度也是一項主要技術(shù)指標(biāo)。

　　常見不規(guī)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(jù)被測緊固件的直徑、規(guī)格、材料種類和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(yè)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，測定時用最小載荷為98N，即HV10；測定螺栓表面硬度與心部硬度之間誤差，用最小載荷為29.4N，即HV0.3；測定螺母表面硬度用最小載荷為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(yōu)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(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性差，對試驗結(jié)果應(yīng)進行正確處理并認(rèn)真分析影響硬度試驗結(jié)果的主要因素，才能大大提高硬度測試的準(zhǔn)確性，保證檢測數(shù)據(jù)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(zhí)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(biāo)尺。最常用的是A、B、C三種標(biāo)尺，分別記作HRA、HRB、HRC。如50HRC表示用C標(biāo)尺測得的洛氏硬度值為50。

　　洛氏硬度不標(biāo)單位，是一個無量綱的力學(xué)性能指標(biāo)，洛氏硬度各標(biāo)尺間沒有對應(yīng)關(guān)系。
根據(jù)GB/T230.1-2009規(guī)定，“試驗結(jié)果，洛氏硬度值應(yīng)至少精確至0.5HR”。在每個緊固件上的測量點數(shù)根據(jù)規(guī)格、直徑選擇，也可不少于3點，（GB/T230.1-2009對此并未明確規(guī)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(jīng)修訂于2009年6月25日發(fā)布，2010年4月1日起正式實行。顯微維氏硬度試驗說明:①當(dāng)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(jié)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(yōu)于±0.001mm。

　　請注意的是:試樣表面應(yīng)平坦光滑，試驗面上應(yīng)無氧化皮及外來污物，尤其是不應(yīng)有油脂，試樣表面的質(zhì)量應(yīng)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(jù)材料特性采用拋光/電解拋光工藝，一改原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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。

3、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(biāo)的動態(tài)試驗方法。通常是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，將坯樣加工成具有規(guī)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(cè)膨脹值等?，F(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)等效采用ISO148-1：2006）。

　　常見不規(guī)范表達有：符號：ak、akv、aku、Ak、Akv或Aku；名稱：沖擊韌性、沖擊吸收功。、

　　GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法適應(yīng)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(jù)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(biāo)數(shù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣時，可使用寬度7.5mm、5mm或2.5mm的小試樣。

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