鋼材性能綜合測試分析

    有超過 3,500 種鋼材可供選擇，工程師依靠準確的材料測試來確定每個特定項目所需的材料。鋼材的化學成分可以說明材料的很多趨勢，但測試最終證明了最終材料的強度、硬度和質量。

鋼材檢測的要點

    在探索常見的材料測試之前，了解一些關鍵詞和短語很重要：

試樣制作

    試樣是從母板上切下的測試樣品（或從相同的鍛造工藝制備）。試樣的切割或生產方式確保它代表主板并用于測試。

    常見的卡券有兩種：縱向卡券和橫向卡券?？v向試樣——通?？s寫為 LCVN——是沿鋼板軋制方向縱向截取的試樣。

橫向試樣（或 TCVN）取橫向于鋼板的軋制方向。

     LCVN 試樣將比 TCVN 試樣具有更高的屈服點和拉伸點，因為 LCVN 試樣與鋼晶粒一致。結構工程師在選擇材料時通常會同時查看 LCVN 和 TCVN 試樣測試結果。

層壓

    層壓是鋼（或其他金屬合金）材料中可能損害結構性能的缺陷或缺陷。層壓是由多種原因引起的，包括在軋鋼過程中出現褶皺、分層、異物和夾帶的氣體。

    在鋼鐵生產過程中，鋼被制成錠——或大塊——并軋制成所需的尺寸和厚度。鑄錠中存在的任何缺陷或異物都會隨著材料的軋制而擴散。

    一些鋼材有層壓的驗收閾值。這意味著一些疊片是可以接受的，直到材料失效的威脅變得太大。

軋機測試報告

    工廠測試報告 (MTR) 是一份顯示材料來源和成分以及材料測試結果的文件。 MTR 是一份質量保證文件，它告訴工程師材料的確切組成和性能。

    每次采購鋼材時通常都會提供 MTR。如果最初未提供，則始終可以請求 MTR。

    MTR 需要顯示材料化學和強度測試結果，但如果運行這些測試，還將顯示質量、韌性和硬度的結果。

材料強度測試：屈服、拉伸和伸長率

    對鋼材進行的最常見和最重要的測試之一是機械性能測試，它評估材料的屈服點、拉伸強度和伸長率。測試最終表明材料在失效前可以承受的最大載荷。

    屈服點是力的應力永久改變材料形狀的點。以書架為例。屈服點出現在書籍的重量導致書架永久彎曲時，即使在書籍被移走之后也是如此。

    拉伸強度是導致材料斷裂或失效所需的力?？紤]我們的書架示例，書架的抗拉強度將等于將書架折成兩半所需的書力（書本質量乘以重力加速度）。

    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。

伸長率只是材料相對于其原始長度可以彎曲或拉伸的程度。伸長率計算為屈服點（請記住，這是材料不會恢復其原始形狀的點）和拉伸強度（或材料斷裂的點）之間的百分比差異。

    伸長率也常用于表示延展性。伸長率越大，材料的延展性就越大。

     以下是兩種常見鋼種的屈服、拉伸和伸長率測量值：A36 低碳鋼和 A572-50 高強度低合金結構鋼。數據顯示A572-50比A36能承受更大的載荷，但A36的延展性更好。

超聲波缺陷檢測

    如上所述，在鋼的制造過程中可能會發生層壓。 超聲波檢測 (UT) 使用高頻聲波來檢測鋼材主體中的疊片。 UT 是對鋼材本身（不是試樣）進行的無損檢測。

     在 UT 中，探頭將聲波發送到材料中。 當聲音碰到障礙物（如空氣）時，它會反彈回探頭。 探頭的超聲波應答器將這些聲波轉換為電能，可以在測試機屏幕上讀取。

    UT 精度高，精度在 +/-0.025 毫米和 +/-0.001 毫米之間。 超聲波測試為工程師提供有關其材料的重要信息，確保未來安全和正確使用。

夏比 V 型缺口韌性測試

    夏比 V 型缺口測試——或夏比沖擊測試——測量材料在給定溫度范圍內吸收能量或沖擊的能力。 該測試的名字來自 Georges Charpy，他首先標準化了沖擊測試。

    脆性材料在壓裂前吸收的沖擊較小，而較冷的溫度會增加脆性。 對于需要暴露在低溫下的鋼材的項目，夏比測試可幫助工程師選擇正確的鋼材等級。

    夏比測試將一小塊測試材料放在沉重的擺錘上。 試件中間刻有一個V形凹口，由此得名。 擺錘擺動到試件中（經常彎曲，如果不折斷試件），并測量吸收的能量。

該測試可以在不同溫度下進行和認證，這將反映在工廠測試報告中。

布氏硬度測試

    強度是材料在變形或失效之前可以承受的力的大小，韌性是在力作用下抵抗斷裂的能力，而硬度是承受摩擦和磨損的能力。

    例如，鉆石很難被劃傷（高硬度）但相對容易破碎（低韌性）。

    布氏硬度測試 - 以標準化測試的工程師約翰·奧古斯特·布氏 (Johan August Brinell) 命名 - 使用小型鋼壓頭并施加力使材料產生凹痕。凹痕的大小用于計算布氏硬度值（BHN），這是硬度的標準單位。

輕度 A36 鋼的 BHN 為 133，而耐磨等級的鋼的 BHN 大于 330。

相關：了解耐磨鋼板

     對于需要耐磨性而不是強度或韌性的應用，硬度很重要。示例包括輸送機、鏟斗、防彈衣和格柵。

    并非每種材料需求都需要本文中討論的所有測試。了解測試選項及其測量內容的差異將有助于工程師為其項目做出明智的材料決策。