钢材性能综合测试分析

    有超过 3,500 种钢材可供选择，工程师依靠准确的材料测试来确定每个特定项目所需的材料。钢材的化学成分可以说明材料的很多趋势，但测试最终证明了最终材料的强度、硬度和质量。

钢材检测的要点

    在探索常见的材料测试之前，了解一些关键词和短语很重要：

试样制作

    试样是从母板上切下的测试样品（或从相同的锻造工艺制备）。试样的切割或生产方式确保它代表主板并用于测试。

    常见的卡券有两种：纵向卡券和横向卡券。纵向试样——通常缩写为 LCVN——是沿钢板轧制方向纵向截取的试样。

横向试样（或 TCVN）取横向于钢板的轧制方向。

     LCVN 试样将比 TCVN 试样具有更高的屈服点和拉伸点，因为 LCVN 试样与钢晶粒一致。结构工程师在选择材料时通常会同时查看 LCVN 和 TCVN 试样测试结果。

层压

    层压是钢（或其他金属合金）材料中可能损害结构性能的缺陷或缺陷。层压是由多种原因引起的，包括在轧钢过程中出现褶皱、分层、异物和夹带的气体。

    在钢铁生产过程中，钢被制成锭——或大块——并轧制成所需的尺寸和厚度。铸锭中存在的任何缺陷或异物都会随着材料的轧制而扩散。

    一些钢材有层压的验收阈值。这意味着一些叠片是可以接受的，直到材料失效的威胁变得太大。

轧机测试报告

    工厂测试报告 (MTR) 是一份显示材料来源和成分以及材料测试结果的文件。 MTR 是一份质量保证文件，它告诉工程师材料的确切组成和性能。

    每次采购钢材时通常都会提供 MTR。如果最初未提供，则始终可以请求 MTR。

    MTR 需要显示材料化学和强度测试结果，但如果运行这些测试，还将显示质量、韧性和硬度的结果。

材料强度测试：屈服、拉伸和伸长率

    对钢材进行的最常见和最重要的测试之一是机械性能测试，它评估材料的屈服点、拉伸强度和伸长率。测试最终表明材料在失效前可以承受的最大载荷。

    屈服点是力的应力永久改变材料形状的点。以书架为例。屈服点出现在书籍的重量导致书架永久弯曲时，即使在书籍被移走之后也是如此。

    拉伸强度是导致材料断裂或失效所需的力。考虑我们的书架示例，书架的抗拉强度将等于将书架折成两半所需的书力（书本质量乘以重力加速度）。

    屈服和拉伸通常以磅每平方英寸 (psi) 或千磅每平方英寸 (ksi) 表示。

伸长率只是材料相对于其原始长度可以弯曲或拉伸的程度。伸长率计算为屈服点（请记住，这是材料不会恢复其原始形状的点）和拉伸强度（或材料断裂的点）之间的百分比差异。

    伸长率也常用于表示延展性。伸长率越大，材料的延展性就越大。

     以下是两种常见钢种的屈服、拉伸和伸长率测量值：A36 低碳钢和 A572-50 高强度低合金结构钢。数据显示A572-50比A36能承受更大的载荷，但A36的延展性更好。

超声波缺陷检测

    如上所述，在钢的制造过程中可能会发生层压。 超声波检测 (UT) 使用高频声波来检测钢材主体中的叠片。 UT 是对钢材本身（不是试样）进行的无损检测。

     在 UT 中，探头将声波发送到材料中。 当声音碰到障碍物（如空气）时，它会反弹回探头。 探头的超声波应答器将这些声波转换为电能，可以在测试机屏幕上读取。

    UT 精度高，精度在 +/-0.025 毫米和 +/-0.001 毫米之间。 超声波测试为工程师提供有关其材料的重要信息，确保未来安全和正确使用。

夏比 V 型缺口韧性测试

    夏比 V 型缺口测试——或夏比冲击测试——测量材料在给定温度范围内吸收能量或冲击的能力。 该测试的名字来自 Georges Charpy，他首先标准化了冲击测试。

    脆性材料在压裂前吸收的冲击较小，而较冷的温度会增加脆性。 对于需要暴露在低温下的钢材的项目，夏比测试可帮助工程师选择正确的钢材等级。

    夏比测试将一小块测试材料放在沉重的摆锤上。 试件中间刻有一个V形凹口，由此得名。 摆锤摆动到试件中（经常弯曲，如果不折断试件），并测量吸收的能量。

该测试可以在不同温度下进行和认证，这将反映在工厂测试报告中。

布氏硬度测试

    强度是材料在变形或失效之前可以承受的力的大小，韧性是在力作用下抵抗断裂的能力，而硬度是承受摩擦和磨损的能力。

    例如，钻石很难被划伤（高硬度）但相对容易破碎（低韧性）。

    布氏硬度测试 - 以标准化测试的工程师约翰·奥古斯特·布氏 (Johan August Brinell) 命名 - 使用小型钢压头并施加力使材料产生凹痕。凹痕的大小用于计算布氏硬度值（BHN），这是硬度的标准单位。

轻度 A36 钢的 BHN 为 133，而耐磨等级的钢的 BHN 大于 330。

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     对于需要耐磨性而不是强度或韧性的应用，硬度很重要。示例包括输送机、铲斗、防弹衣和格栅。

    并非每种材料需求都需要本文中讨论的所有测试。了解测试选项及其测量内容的差异将有助于工程师为其项目做出明智的材料决策。