鋼材性能綜合測(cè)試分析

    有超過(guò) 3,500 種鋼材可供選擇，工程師依靠準(zhǔn)確的材料測(cè)試來(lái)確定每個(gè)特定項(xiàng)目所需的材料。鋼材的化學(xué)成分可以說(shuō)明材料的很多趨勢(shì)，但測(cè)試最終證明了最終材料的強(qiáng)度、硬度和質(zhì)量。

鋼材檢測(cè)的要點(diǎn)

    在探索常見(jiàn)的材料測(cè)試之前，了解一些關(guān)鍵詞和短語(yǔ)很重要：

試樣制作

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

    常見(jiàn)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(diǎn)和拉伸點(diǎn)，因?yàn)?LCVN 試樣與鋼晶粒一致。結(jié)構(gòu)工程師在選擇材料時(shí)通常會(huì)同時(shí)查看 LCVN 和 TCVN 試樣測(cè)試結(jié)果。

層壓

    層壓是鋼（或其他金屬合金）材料中可能損害結(jié)構(gòu)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(guò)程中出現(xiàn)褶皺、分層、異物和夾帶的氣體。

    在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)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(huì)隨著材料的軋制而擴(kuò)散。

    一些鋼材有層壓的驗(yàn)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(jī)測(cè)試報(bào)告

    工廠測(cè)試報(bào)告 (MTR) 是一份顯示材料來(lái)源和成分以及材料測(cè)試結(jié)果的文件。 MTR 是一份質(zhì)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(gòu)鋼材時(shí)通常都會(huì)提供 MTR。如果最初未提供，則始終可以請(qǐng)求 MTR。

    MTR 需要顯示材料化學(xué)和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，但如果運(yùn)行這些測(cè)試，還將顯示質(zhì)量、韌性和硬度的結(jié)果。

材料強(qiáng)度測(cè)試：屈服、拉伸和伸長(zhǎng)率

    對(duì)鋼材進(jìn)行的最常見(jiàn)和最重要的測(cè)試之一是機(jī)械性能測(cè)試，它評(píng)估材料的屈服點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。測(cè)試最終表明材料在失效前可以承受的最大載荷。

    屈服點(diǎn)是力的應(yīng)力永久改變材料形狀的點(diǎn)。以書架為例。屈服點(diǎn)出現(xiàn)在書籍的重量導(dǎo)致書架永久彎曲時(shí)，即使在書籍被移走之后也是如此。

    拉伸強(qiáng)度是導(dǎo)致材料斷裂或失效所需的力。考慮我們的書架示例，書架的抗拉強(qiáng)度將等于將書架折成兩半所需的書力（書本質(zhì)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(zhǎng)率只是材料相對(duì)于其原始長(zhǎng)度可以彎曲或拉伸的程度。伸長(zhǎng)率計(jì)算為屈服點(diǎn)（請(qǐng)記住，這是材料不會(huì)恢復(fù)其原始形狀的點(diǎn)）和拉伸強(qiáng)度（或材料斷裂的點(diǎn)）之間的百分比差異。

    伸長(zhǎng)率也常用于表示延展性。伸長(zhǎng)率越大，材料的延展性就越大。

     以下是兩種常見(jiàn)鋼種的屈服、拉伸和伸長(zhǎng)率測(cè)量值：A36 低碳鋼和 A572-50 高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼。數(shù)據(jù)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(cè)

    如上所述，在鋼的制造過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生層壓。 超聲波檢測(cè) (UT) 使用高頻聲波來(lái)檢測(cè)鋼材主體中的疊片。 UT 是對(duì)鋼材本身（不是試樣）進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè)。

     在 UT 中，探頭將聲波發(fā)送到材料中。 當(dāng)聲音碰到障礙物（如空氣）時(shí)，它會(huì)反彈回探頭。 探頭的超聲波應(yīng)答器將這些聲波轉(zhuǎn)換為電能，可以在測(cè)試機(jī)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(cè)試為工程師提供有關(guān)其材料的重要信息，確保未來(lái)安全和正確使用。

夏比 V 型缺口韌性測(cè)試

    夏比 V 型缺口測(cè)試——或夏比沖擊測(cè)試——測(cè)量材料在給定溫度范圍內(nèi)吸收能量或沖擊的能力。 該測(cè)試的名字來(lái)自 Georges Charpy，他首先標(biāo)準(zhǔn)化了沖擊測(cè)試。

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

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

該測(cè)試可以在不同溫度下進(jìn)行和認(rèn)證，這將反映在工廠測(cè)試報(bào)告中。

布氏硬度測(cè)試

    強(qiáng)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(duì)容易破碎（低韌性）。

    布氏硬度測(cè)試 - 以標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)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(chǎn)生凹痕。凹痕的大小用于計(jì)算布氏硬度值（BHN），這是硬度的標(biāo)準(zhǔn)單位。

輕度 A36 鋼的 BHN 為 133，而耐磨等級(jí)的鋼的 BHN 大于 330。

相關(guān)：了解耐磨鋼板

     對(duì)于需要耐磨性而不是強(qiáng)度或韌性的應(yīng)用，硬度很重要。示例包括輸送機(jī)、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(cè)試。了解測(cè)試選項(xiàng)及其測(cè)量?jī)?nèi)容的差異將有助于工程師為其項(xiàng)目做出明智的材料決策。