理化检验工程师读本(4)

1、钢铁分析工程师简明读本第四章 物理测试 目录4.1合金元素在钢中的作用 （1）4.2 合金元素对钢热处理的影响 （1）4.3 机械与工艺性能试验 （5）4.3.1 .机械与工艺性能试验名词 （5）4.3.2 淬透性试验4.3.2.1 定量末端淬火（或Jominy）法 （10）4.3.2.2 计算法 （15）4.3.2.2.1 非硼钢DI值（the chemical ideal diameter） （15）4.3.2.2.2钢成分淬透性曲线的计算 （21）4.3.2.3 特殊试样端淬试验 （25）4.3.3拉伸试验 （26）4.1 合金元素在钢中的作用 准确检测钢中金属元素的含量是冶金化学分析的

2、一个重要任务。加入钢中一定量的合金元素的目的：是使钢得到某种特殊的力学性能或物理化学性质。因此了解合金元素在钢中的作用，尤其是多个合金元素的综合效应，应是冶金分析工作者掌握的知识。 4.4.3.2.1 合金元素分类（原子晶体类型）第一类，原子晶体晶格与Fe相同的元素。体心立方，有铬、钨、铌和硅。第二类，原子晶格与铁相同的元素，面心立方。有镍、铝与锰。第三类，六方晶体。有钴、钛、铍和稀有元素。 原子半径与铁接近的元素。在铁中的溶解度较大。符合相似相溶的规律。4.1.2扩大区元素 在铁碳相图中，扩大区，A4点升高，A3点降低。这组元素有：碳、氮、铜、镍、锰和钴。当这种合金元素高于一定浓度时，临界点

3、A3将降到不发生同素异构体转变而在室温呈状态（如淬火后轴承钢中的残余奥氏体）。3.5.2 缩小区元素 A4点降低，A3点升高。缩小区。这类元素有：硅、铬、钨、钼、钒和钛。4.1.3 合金元素对钢热处理的影响4.1.3.1 加热转变 合金化的程度愈高，合金钢热处理时的加热速度就赢愈小，合金元素含量增高将降低钢的导热性。 合金元素不但有较低的扩散速度，而且还降低碳的扩散速度。因而减慢珠光体向奥氏体的转变速度；合金钢的冷却速度应比普通碳素钢的冷却慢得多。因为几乎所有的合金元素都会使奥氏体转变速度减缓，易生成不均匀组织。4.1.3.2 合金元素对奥氏体晶粒长大的影响 除锰之外，合金元素均有减低奥氏体晶

4、粒长大的作用。其特点是：不形成碳化物元素影响较小，形成碳化物元素的影响较大；形成的碳化物的稳定性愈强，阻止晶粒长大的作用就愈大；碳化物分布在晶界，起机械的阻碍钉扎作用；碳化物溶入奥氏体中的温度愈高，钢愈不易产生过热现象；钛、钒、和铝的氧、氮化物也有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。4.1.3.3合金元素对奥氏体等温分解的影响 一切溶于奥氏体的合金元素(钴除外)，都使奥氏体的稳定性增高。其特点为：不形成碳化物元素（钴除外），以及与碳结合力较弱的锰都使等温分解曲线右移，阻碍过冷奥氏体的转变。等温分解曲线的右移与合金元素的含量及性质相关。其元素的影响程度：镍>锰>硅>铜>铝形成碳化物

5、元素溶于奥氏体后，不仅使等温曲线右移，而且也改变了等温分解曲线的性质。在等温分解曲线上形成两个温度区域。在这两个区域之间，奥氏体的稳定性最大。而这一温度范围恰是不形成碳化物元素的合金奥氏体稳定性最小的区域。当钢中同时加入形成碳化物元素和不形成碳化物元素时，就可使奥氏体获得很高的稳定性。如18CrNiW钢。奥氏体等温分解曲线愈向右移，过冷奥氏体稳定性就愈大，则为获得马氏体所需的临界冷却速度就愈小，钢的可硬性就愈大。合金元素溶入奥氏体中，可使钢的可硬性提高；如果奥氏体中的合金元素与碳形成难溶的碳化物，可硬性不但不能提高，反而会降低；碳化物的形成不仅减少奥氏体中合金含量，使奥氏体稳定性降低，并且碳化

6、物能起晶核作用，促使向珠光体转变，因而为获得马氏体则需要较大的冷却速度。钢中加入少量的硼，可代替贵重合金元素，能显著提高钢的可硬性。4.1.3.4 合金元素对马氏体转变的影响 大多数合金元素都使马氏体转变温度降低，是残留奥氏体数量增加；而少数合金元素却可提高马氏体转变温度，并减少残余奥氏体数量，如铝、钴。而硅对着两方面没有什么影响。3.5.2.5 合金元素对回火转变的影响 钢的回火过程是马氏体与残余奥氏体分解、碳化物的析出与聚集的扩散过程。其特点是：不形成碳化物（硅除外），对回火影响较弱；形成碳化物元素的影响较强；合金元素对马氏体的低温分解，即细小碳化物粒子的析出速度影响不大，而只是影响马氏体

7、的持续分解过程。钛、钨、钼、钒等元素阻止碳从铁中析出，使其过饱和固溶体和分散的碳化物保持在500-600，使硬度降低很慢；合金元素的存在使残余奥氏体分解较慢。锰、铬和硅使残余奥氏体稳定性提高。并使其回火温度提高到500-600，在此温度范围内回火，由于奥氏体中的碳和合金元素含量的降低，奥氏体转变为马氏体，将伴有硬度的提高而导致二次硬化（淬火）。钨、钼、钒对残余奥氏体稳定性影响不大，析出高度分散的碳化物产生的弥散强化，这种次生硬化现象只在高合金钢中出现。在低合金中没有此种现象。钢中的钒、钼、钨、锰和硅能阻碍碳化物从固溶体中析出，并降低碳化物的聚集程度。含锰、铬、铬锰和铬镍钢必须进行快冷、防止回火

8、脆。4.1.2 合金元素对物理性能的影响合金元素对钢力学性能的影响分三个方面：（1） 溶解于铁起固溶强化作用，（2）形成碳化物，起第二相强化、硬化作用（3）使结构钢中珠光体增加，起强化的作用: U- f合金元素是通过对钢工艺性能的控制来达到钢的性能要求，其工艺有：热处理焊接 轧、锻冷加工  4.3 机械与工艺性能试验4.3.1 .机械与工艺性能试验名词（1）机械性能材料在单层的力或能，或者力或能与其它试验条件（如温度、腐蚀、磨损）结合作用下的表现行为主要为刚度、强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。力或能以及温度、腐蚀、磨损等对机械零件的作用都是损害作用，因此机械性能也可认为是机

9、件抵抗上述各种损害作用的能力或损害失效抗力。机械性能时设计机件和评定材料的主要依据。（2） 机械性能试验测定机械性能的试验方法。常用的机械性能试验方法有：拉力试验，主要是测定比例极限、屈服强度或屈服点、抗拉强度、断面收缩率和伸长率；冲击试验，测定冲击韧性；硬度试验，常用的是布氏硬度试验和洛氏硬度试验；疲劳试验，常用的是弯曲疲劳试验，测定疲劳极限和疲劳强度；蠕变试验，测定蠕变极限；持久试验，测定持久极限；高温短时拉伸试验，主要是测定高温时的抗拉或屈服强度。（3）强度（）：金属材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力。通常以单位面积上所承受的负荷表示，单位为公斤/毫米2。强度包括：比例极限、弹性极限

10、、屈服强度、抗拉强度等。（4） 条件应力：试样拉伸时长度伸长而横断面缩小。将负荷除以瞬间时横截面积称为真实应力；若除以原横截面积称为条件应力。金属的强度性能都按条件应力计算。（5 ）比例极限（p）：对金属施加拉力，存在着变形与拉力成比例的阶段，这个阶段的最大极限载荷（Pp）除以试样的原横截面积（F0），称为比例极限。由于真实的比例极限难以测定，因此实际测定的比例极限都是按规定的方法测得的近似值。这个近似值允许的偏差量，在试验方法标准中加以规定（我国现规定为不大于试验按比例延伸阶段的单位应力平均伸长力量的50%），因此又叫规定比例极限或条件比例极限。（5）弹性极限（e）：金属材料受外力作用发生的

11、变形，如外力去掉后能完全恢复原来形状，则称为弹性变形。金属能保持弹性的最大应力称为弹性极限。真实的弹性极限很难测定，因此实际是规定用产生某一微量塑性（如p=0.005%）来测定。（7）屈服点（物理屈服强度s）试样在拉伸过程中，负荷不增加或开始有所降低，而试样仍然继续变形的恒定负荷（Ps），除以原横截面积（F0）所得的应力。（8）屈服强度（条件屈服强度，0.2）试样在拉伸过程中，标距（平行段）部分残余伸长达到原标距（平行段）长度的0.2%时的负荷（P0.2），除以原横截面积（F0）所得的应力。（9）抗拉强度（强度极限，b）试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷（Pb）除以原横截面积（F0）所得的应

12、力。抗拉强度表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。塑性：金属材料受力破坏前可经受永久变形的性能，通常用伸长率和断面收缩率表示。伸长率（延伸率）：试样拉断后，其标距（平行段）部分所增加的长度与原标距（平行段）（L0）长度的百分比 长试样（L0=11.3F0），对圆试样简化为L0=10d0，（F0，d0分别为原试样面积和直径）的伸长率用10表示。短试样（L0=5.65F0，对圆试样简化为L0=5d0）的伸长率用5表示。（11）断面收缩率（）试样拉断后，断裂处横截面积缩减量（原横截面积F0减去断裂处横截面积F1）与原横截面积的百分比。（12）冲击韧性（冲击值，）用一定尺寸和形状的金属试样，在规

13、定类型的试验机上受冲击负荷折断时，在试样刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。冲击韧性表示金属材料对冲击负荷的抵抗能力。冲击韧性的单位为公斤·米/厘米2。低温冲击韧性：在0及其以下温度测得的冲击韧性。试样在冷却装置中进行冷却后的试验方法与常温冲击试验方法相同。试样冷却温度按产品标准要求，通常在0100之间，冷却剂根据需要选定。（13）高温冲击韧性在室温以上温度下测得的冲击韧性。试验方法与常温冲击试样方法相同，只是增加了一套使试样加热和保温的装置。蠕变：金属在一定温度下，长时间的承受低于其屈服强度的不变载荷，由此产生的缓慢进行的塑性变形。当试验温度超过金属材料的再结晶或重结晶温度时，蠕变

14、现象特别显著。蠕变极限（蠕变强度）：在规定温度和恒定拉力负荷下，金属材料在规定时间范围内的蠕变形量或蠕变速度，不超过某一规定值的最大应力。以伸长率测定蠕变极限时，符号带有三个指数，如7000.2/100即表示在试验温度为700时，经100小时试验后，允许伸长率为0.2%时的蠕变极限。此时还应注明蠕变极限是按总伸长率或残余伸长率测得的。若以给定的蠕变速度测定蠕变极限时，符号带有两个指数，如6004.3.2.10-5即表示在试验温度为600时，蠕变速度为4.3.2.10-5%时的蠕变极限。此时必须注明测得规定蠕变速度的时间。蠕变极限的单位为公斤/厘米2。（14）持久极限（持久强度）金属材料在给定温

15、度下，经过一定时间破坏时所能承受的恒定应力，单位为公斤/厘米2，用带有一个或两个指数的b表示。如b/1000表示持久时间为1000小时的应力，700b/100表示试验温度为700时，持久时间为100小时的应力。（15）疲劳金属材料在承受重复或交变应力长期作用时，即使所受应力远小于其抗拉强度，甚至小于其弹性极限，也会在无显著外观变形的情况下发生断裂，这种现象称为疲劳。疲劳发生的过程是首先发生微裂（由晶粒的局部变形或表面缺陷引起），此种微裂随应力循环次数的增加而逐渐扩展，指导最后剩下较小的未裂截面，因不能承受所加的负荷而突然断裂。（16）弯曲疲劳试验金属在回转弯曲负荷作用下的疲劳试验方法，也是疲劳

16、试验最常用的一种方法。弯曲疲劳试验有单臂和双臂两种方法。试验时，在圆柱形试样上施加负荷，使它略行弯曲并绕其纵轴中心线旋转。这样试样没旋转一周，便受到一次交变（拉力、压力）循环应力的作用。圆形试验的疲劳极限为：-1 = 32P.Ld3 (公斤/毫米2)P施加于试样上的负荷（双臂试样P=1/2负荷）L力臂长度（单臂试样为力到危险截面的距离，双臂试样为力点与支点间的距离）d试样危险截面直径。（17）疲劳极限（-1）试样在重复或交变应力作用下，经受规定周次N的应力循环，仍不发生断裂所能承受的最大应力，单位为公斤/毫米2。测定钢的疲劳极限时，长规定N=（0.5至1）×107。缺口疲劳极限（-1

17、）：带有一定几何形状的缺口刻槽的试样，在重复或交变应力作用下，经受规定周次N的应力循环，仍不发生断裂时所能承受的最大应力，单位为公斤/毫米2。光滑试样的疲劳极限与缺口疲劳极限之比（-1/-1）称为疲劳缺口应力集中系数，简称应力集中系数，以符号K表示。K值越大，即疲劳极限对缺口的敏感性越大。（18）疲劳强度（N）试样在重复或交变应力作用下，循环一定周次N后断裂时所能承受的最大应力，单位为公斤/毫米2。此时的N称为疲劳寿命。（19）硬度金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力。按试验方法和应用范围不同可分为：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度以及显微硬度、高温硬度等。布氏硬度：用一定直径D的淬硬钢球

18、，以规定负荷P压入试验金属的编码并保持一定的时间，然后去除负荷，测量压得的圆形压痕直径d。以负荷P除以压痕球面F所得之商，即为布氏硬度值，以HB表示，单位为kg/mm2。布氏硬度的计算公式为：HB = 2PD·（D-D2-d2）由于压痕直径d是布氏硬度的计算依据，生产中可以直接测出，因此常用来表示布氏硬度，符号为dHB，单位是mm。（20）洛氏硬度洛氏硬度的试验方法是，先后两次施加标准负荷（初负荷P0及总负荷P）、将标准压头（金刚石圆锥或钢球）压入试验金属表面。压痕形成后，卸除主负荷P1（即PP0），在保持初负荷的情况下计量残余的压痕深度即由主负荷P1引起的压痕深度。e表示洛氏硬度值

19、的洛氏硬度试验机上指标刻痕，就是这个e值以0.002毫米为基本单位的表现，当压头轴向位移0.002毫米时，洛氏硬度刻度便变化一个单位。洛氏硬度值以符合HR表示，并应注明所用标尺A、B或C，即为HRA、HRB、HRC，其中HRC最常用。（21）工艺性能试验材料对其加工制造工艺（包括铸造、冷热压力与机械加工、焊接、热处理等）要求的适应能力叫做工艺性能。检验工艺性能的方法叫工艺性能试验。常用工艺性能试验有：冷热顶锻、冷热弯曲、淬透性与末端淬透性等。（22）顶锻试验检验金属材料在冷或热状态下，承受规定程度的顶锻变形能力的方法。常温下试验者称冷顶锻试验，加热到一定温度（通常为热加工温度）后试验者称热顶锻

20、试验。顶锻的压缩比在产品标准中规定，一般为顶锻至原高度的1/2（冷顶锻试验）或1/3（热顶锻试验）。试验后试样侧面无开裂现象即为合格。顶锻用钢均要求做顶锻试验。（23）冷弯曲试验检验金属材料在冷或热状态下，承受弯曲变形能力的方法。试验时的弯曲程度，在产品标准中规定。冷弯试验在常温下进行，是常用的一种工艺试验方法。试样按规定弯曲后，弯曲处外面和侧面如无裂缝，起层或断裂即为合格。（23）末端淬透性试验通常用来检验结构钢的淬透性能。方法时将试样加热到该钢种淬火温度后，用水喷向试样的一个端面，及淬火，然后测定其淬透性能。末端淬透性试验的淬透性能值以J HRCd表示。D表示距淬火末端的距离（毫米），由产

21、品标准加以规定；HRC为该处量得的洛氏硬度值。碳素工具钢淬透性试样：用于测定碳素工具钢的横截面淬透层深度，测量方法是由表面量至马氏体占50%（其余50%为珠光体）的地方。淬透层深度可用毫米或根据深度不同划分的级别表示。4.3.2 淬透性试验钢的淬透性试验方法有两个。定量末端淬火（或Jominy）法硬度计算法（M.A. Grossman）仅当化学成分满足表时，方可采用计算方法。见表4-1. 表4-1 符合ASTMA255淬透性试验的化学成分 元素 C Mn Si Cr Ni Mo含量（w%） 0.10-0.70 0.50-1.65 0.15-0.60 1.35 1.50 0.554.3.2.1

22、定量末端淬火（或Jominy）法4.3.2.1.1试样支架 见图4-1.4.3.2.1.2 水淬装置通过12.7mm孔径水，水柱高度63.5mm,水箱水温5-30.利用水泵（及阀门）控制水柱高度。4.3.2.1.3 试样4.3.2.1.3.1 锻件试样正火之前进行加工试样。若供需双方约定，可不经正火处理。试样表面无脱碳。其规格见图4-2. 图4-2 推荐试样规格图4-3 可选择试样4.3.2.1.3.2 铸件试样 非硼钢可采用铸件试样。可选用直径为31.8mm的石墨或金属模具，浇注一支超长的直径为25.4mm的试样坯料。铸态试样无需正火处理。4.3.2.1.4试验过程4.3.2.1.4.1 试

23、料正火 锻、轧产品需要正火处理以确保其硬度便于加工。试样需按表1所列的温度进行正火1小时，空冷。 表4-2 正火与奥氏体化温度钢牌号 碳含量（%） 正火（） 奥氏体化（）1000，1300， 1500， 0.25 925 9253100，4000， 4100 4300，4400， 4500 0.260.36 900 8704600，4700，50005100，6100，81004.3.2.1.4.2 加热 试样置于热处理炉中在特定的奥氏体化温度下（表1）保温30分钟。若无影响保温时间可达35分钟。最重要的是热处理过程不能产生氧化翘皮及保证较少脱碳。试样可以垂直放置在一个易于移动带盖子的容器里。

24、容器内的底部放置铸铁屑。试样置于铁屑之上。此外，也可将试样置于一个带孔的石墨块内，试样置于孔内，或者将试样垂直置于管内。管子底座放置石墨或碳，或者增碳剂如木炭。防止试样产生氧化翘皮。 在试样的顶端沿着试样轴心钻孔，将热电偶插入孔内，测定其奥氏体化温度，周期化检测试样温度，如每月一次。4.3.2.1.4.3 淬火 无试样时，由水嘴（12.7mm）上升水柱高度为63.5mm.，实验前，试样架应该是干燥的。放加热试样之后，水嘴至试样淬火端面的距离为11.7mm。快速打开水门。试样离开热处理炉至淬火试验开始的时间间隔要小于5秒。水流温度5至30之间，温度保持时间不少于10分钟。此实验条件保持至试样完全

25、冷却。假如从试样架上取下的试样未充分冷却，需立即将试样置于水中淬火。4.3.2.1.4.4 硬度测量 试棒通长磨出深度大于0.38mm,互为180，平行的两个平面。沿着两个面的长度方向检测其洛氏硬度。浅的研磨深度影响检测结果的重复性。试样检测硬度的平面必须小心加工。水冷条件下非常轻的切削，粗磨、精磨砂轮加工要防止试样的过热。为探测试样加工是否产生回火，可采用下列两种化学腐蚀液对检测面进行腐蚀显示。腐蚀液1 5%硝酸水溶液腐蚀液250%盐酸（工业盐酸）+50%水溶液腐蚀的过程为：用热水冲洗试样，然后将试样置于1号腐蚀液中，试样腐蚀发黑；取出发黑试样，用热水冲洗，浸入2号腐蚀液中2至3秒，取出，热

26、水冲洗，吹干。经腐蚀后，检测平面出现深浅不一的腐蚀面后，便表明磨床加工导致试样的组织与硬度发生了变化，则需加工新的检验平面。硬度试验时，试样的一个检测面需紧密置于硬度试验机的实验台上，不允许试样产生垂直方向的位移。试验台承载试样位移间隔1.5mm，不允许使用V型试验块承载试样。洛氏硬度计需周期性用标准试块进行检查。可参阅ASTME18标准。采用低倍数显微镜，适合于测定试样硬度压痕间的距离，这对于低淬透性钢的检测尤为重要。记录单位为1/16英寸.,坐标有：16,18,20,22,24.28和32.硬度低于20HRC的数值不记录。两个互为180°的硬度检测面，相同距离的硬度值，二者绝对差

27、值应小于4HRC，否则应在新的两个检测面，距初始检测面90°，重新检验。若结果仍大于4HRC，则应重新取样，复检。为了报告简洁，硬度值读数应该取整数。如0.5HRC应进位。4.3.2.1.5 检测结果4.3.2.1.5.1 淬透性曲线 按标准ASTMA255的要求进行试验。可得到钢淬透性曲线。见图4-4. 4.3.2.1.5.2钢淬透性指数（Index of Hardenability）钢淬透性指数（Index of Hardenability）表述：J距离对应的HRC范围。例如，J,6.4mm=47HRC,J(14.3.2.1mm)=50HRC(max), J(7.9mm)=38-

28、49HRC.4.3.2.1.6 检测报告 报告须包括关于淬透性曲线的如下信息：试样的原始记录，先前的热处理，如正火、奥氏体化温度试样的化学成分试样的晶粒度，除非另有规定，一般采用ASTME112检测其晶粒度。如果使用非标准试样，则需在标准的淬透性曲线图上注明。4.3.2.2 计算法 Jominy 淬透性计算是基于M.A。Grossman提出的化学理想直径（DI）的概念而发展起来的。利用碳多重性因子与其碳与合金元素相关的硼因子（B.F）进行数理统计优化了计算的结果。分析了数千炉的非含硼钢1500，4100，5000；以及8600系列钢的试验结果。其DI范围详见表2-5.其钢的化学成分范围： 4.

29、3.2.2.1 非硼钢DI值（the chemical ideal diameter） 简单而言，钢中各元素的淬透性因子乘积即是计算的结果。磷与硫对于淬透性的作用恰好相反，所以可以忽略其作用。奥氏体晶粒度设定为7级。便可计算DI值。其多重性因子见表6.例如SAE4118钢。其成分如下：按照表六，可查的其元素对应的多重性因子，由此可计算DI值。4.3.2.2.2含硼钢DI计算，含硼钢。硼元素可显著增加钢的淬透性。是碳与合金元素影响钢淬透效应的相反（反函数）。硼钢中碳含量或合金元素含量愈高，则硼对淬透性的影响就愈低，即硼因子的数值就愈小。ASTMA255标准中定义“真实硼因子”, 即“BF”,（T

30、he actual boron factor）。其表达式如下： 硼钢中硼元素可显著增加钢的淬透性。硼因子（B.F）是碳与合金元素的反函数。例如，SAE15B30钢。测定其实际硼因子的结果如下， 根据表7，测定实际碳的含量钢端淬曲线半马氏体点的硬度。例如某炉钢含碳量0.29，其从端部内推至J距离为11.7mm位置硬度37HRC。表8中可查到11.7mm“J”距离为2.97in，即 BF=2.97/1.24=2.4.根据表6中数据，计算合金因子（不包含碳元素）： 根据表10数据，测定硼的多重因子。当碳含量为0.29，合金因子为8，可在表10中找到二个值：（碳0.29，合金因子7）2.43；（碳0.

31、29，合金因子9）2.29；采用内插值方法可求得其硼的多重因子为2.36.计算含硼钢的DI值： Dib=DI（无硼）×硼因子 =1.24×2.36 =2.93in4.3.2.2.2钢成分淬透性曲线的计算 已知预先测定的DI(Dib,含硼钢)，可以计算出末端淬透性硬度曲线（The end-quench hardenability curve）。 J=1/16in时，钢的试样初始硬度(IH)值是碳含量的函数。与表7相对应的淬透性无关。例如，非含硼钢SAE4118，碳含量0.22%，表7显示其初始硬度是45HRC.端淬试样初始位置之外的其它位置的硬度（简称距离硬度），,非硼钢的距

32、离硬度可以通过由表3中所列的相应因子除以初始硬度而得到。而对于含硼钢的距离硬度，则可由表5中相对应的因子除以初始硬度值而得到。对于非含硼钢，例如，其IH=45HRC，便可计算1.79英寸的DI值。在其末端距离的硬度值可以计算得到。即45被表2（英制）中相对应的因子相除的商值。可利用表2-表10中的数据，通过最小二乘法处理的多项式方程列于表11-18。4.3.2.3 特殊试样端淬试验特殊试样，非标准规格的试样，或低淬透性钢。当试验样的直径小于25.4mm,直径可能是19.0mm，12.7mm,或6.4mm;试样长度或许是76.2mm,或101.6mm。见图X1.1。 喷嘴的尺寸与试样的距离需符合

33、表X1.1的要求。4.3.2.3.1 非标样与标样的关系 由于非标样(25.4,如19.0mm）的空冷作用强于标样（25.4mm）的冷却效果。其二者的冷却速率也不同。因此非标样得到的淬透性曲线与标样的曲线无可比性。若需要得到标样的淬透性曲线，那么可按图X1.2插入试样，并按如下要求进行试验：标准试样规格的棒材（图X1.2），轴心钻孔,，成为非标试样套。套的底部放置约0.2克的Woods合金（铋，50%，铅25%，锡25%；熔点：93）。然后，将非标试样插入套内。加热试样套，温度高于Woods合金的熔点，待合金溶化后，上端拧入一个螺销，使试样紧密置于孔的底部。，然后，按照标样进行端淬试验，试样套

34、的材质可采用低碳碳素钢，淬火后，用沸腾开水熔化Woods合金，取出试样，按标样要求做淬透曲线。4.3.2.3.2 低淬透性钢 标准试样也可以用来测定低淬透性钢的淬透性曲线。不同于碳的工具钢，需要对硬度的测量进行修正。需要一个砧子用于淬火后的硬度的精确测量。淬火末端0.8mm间隔，从1.6mm至12.7mm；超出12.7mm范围，则测量15.9mm,19.1mm,22.2mm和25.4mm.对于12,7mm区间的测量，制作两条互为180度的检测面。测量单位为1.6mm,二条之一检测面起始1.6mm至12.7mm测量,另一检测面起始2.4mm,至11.9mm.如果两个检测面互为180°，

35、需要磨床制作。若有带机械齿轮固定装置辅助试样的硬度测量。其两个面的测量可以采用试样翻转。若无此装置，那么就需要磨制二对测量面，每对的面互为180°，临近的两个面分别进行硬度测量。实验结果的绘制按标准方法进行。4.3.3拉伸试验 拉伸试验可得到试样在单轴拉力作用下所显现的强韧性。这一数据可对材料的对比，材料的合金化研究，质量控制与特定环境的使用，均具有参考意义。4.3.3.1 仪器4.3.3.1.1 仪器的标定 测定试样抗拉强度、屈服强度的试验力需要验证，需符合ASTME4的要求。即需要通过标准的拉伸与压缩装置验证其试验力。通常需要如下三种方法之一：标准重量法等臂平衡与标准重量弹性标定

36、装置4.3.3.2 夹具 各种夹具装置均可作为传输试验机产生的测量力至试样的工具。标距（平行段）范围内轴向，试样的轴心拉伸应力向量应与试验机夹头的中心线相重合。否则将产生挠曲力，该值需要在计算过程剔除（负荷除以横截面积）。 例如：直径为12.5mm的试样，每偏心0.025mm便施加1.5%应力增量。这一误差可导致：8.9mm直径试样，偏心0.025mm，应力增量可达2.24%；而对于更小，6.40mm直径的试样，偏心同样的距离，0.025mm；则可产生的应力增量高达 3.17%。4.3.3.2.1楔形夹具 适用于夹持韧性较好长试样与平板试样（见图1）。需要注意的是：当检验夹持时的此对夹头彼此不

37、对称，即其中一个往前一点，则可产生弯曲力。为了降低其弯曲力的干扰，在楔形夹具非试样夹持面（背面），附加厚度相同，平板平行面的衬套。试验机头支撑整个夹具。这需要几个厚度的衬套以适应不同厚度规格试样的范围。带衬套楔式夹具与平板试样校直配合见图2.2.1.2.2 适用于螺纹与台肩试样，及脆性材料的夹具 试样端部带螺丝扣的夹具见图3.端部带台肩试样的夹具详见图4.2.1.2.3薄板材料的夹具 具有自调节功能的夹具见图5.这是专用于薄板试样的夹具。2.1.2.4 线材夹具 楔式或挽桩式（snubbing）夹具见图5与图6.2.1.2.5 引伸计 用于拉伸试验中，测定对应于屈服强度的应变，以及断裂时的延伸

38、率（需要时）的量具。适用于力学性能试验的引伸计必须符合ASTME83（Standard Practice for Verification and Classification of Extensometer System）的要求2.2 试样 试样应是材料实际尺寸，或机加尺寸。需按产品标准中材料试验的要求。2.2.1 取样部位 除非另有规定。试样的轴心应该位于母材的内部。具体而言：2.2.1.1厚度、直径、或面对面之间的距离小于38mm的母材，试样取之中心。2.2.1.2厚度、直径、或面对面之间的距离大于38mm的母材，试样取自中心与表面的二分之一处2.2.2 试样的加工 试样的加工不正确可导

39、致不正确试验的结果。试样加工过程中，不能采用击打式冷加工。过热，不能有沟槽。 对于长方形试样，其边缘，拐角等部位不能用砂轮磨去多余部分。对于脆性材料，在其标距（平行段）的末端需有大的过渡半径边缘。试样缩减部分的中心横截面积最小，以便拉伸断裂在试样的标距（平行段）之内。为此。ASTME8标准有特别的规定。2.3 板型试样2.3.1 薄板试样 标准的试样见图1。为避免薄片，高强度试样弯曲，需采用钉子末端（pin end）试样.见图7.2.4 圆形试样 冶金的铸造与锻轧常规拉伸试样。横截面直径为12.5mm.见图8. 图8中也列出小规格的试样，可适用于非图1中所要求的试样。并强调测量延伸率的标距（平

40、行段）长度应是试样直径的5倍。 试样标距（平行段）之外端部的形状，必须与试验机的夹具或其它专用夹具相符合，达到试验力力与轴线重合。图9显示出试样的不同端部形状。2.5 薄板、条材、扁钢丝和板材试样 厚度为0.13-5mm的材料，可按薄板试样制作；厚度为5-12.5mm的材料，即可制作薄板试样，也可作为板状试样。厚度为12.5-19mm的材料，既可作为薄板试样，也可作为板式试样。或者最大的材料作为圆形试样。对于厚度大于19mm的材料，则可制作成板状试样，或更大厚度的材料，则制作成圆棒试样。2.6 丝、条和棒材的试样2.61 对于圆形的试料，可使用其全横截面试样。丝线的直径小于4mm的钢丝线，其延

41、伸率的测量的标距（平行段）长度应参照产品标准。而对于直径大于4mm的钢丝，除非另有规定，否则应采用大于直径5倍的标距（平行段）进行测量。试样的长度至少等于标距（平行段）的长度加上夹具夹持试样所需的长度之和。2.62对于八边形、六边形或四边形等形状横截面的钢丝，对于在2.61中所要求不适用的条材或棒材，以及八边形、六边形或四方形等形状的横截面的钢条与钢棒，则需按如下要求制样：全横截面试样，允许用砂纸或砂布轻微减小横截面，或利用机加工处理试样，以保证试样断裂与标距（平行段）范围之内。对于直径或平行俩平面之间的距离小于5mm的试料，可将其横截面积减少10%之内，而不改变其截面的形状。而对于直径或平行

42、俩平面之间的距离大于5mm的试料，则可将其直径或两平面之间距离减少在0.25mm之内。 不改变其横截面形状。横截面为正方形，六边形，或八边形的钢丝线，或平面间距离不大于5mm的条材。，可减少其横截面积不小于其试料最大内接园面积的90%，且不改变其横截面的形状；对于平面间距离，或直径超过5mm的试料。可以减少其直径或两平面距离不大于0.25mm。且不改变其试样的横截面形状。四方、六方、或八方的丝材，或平面之间距离不超过5 mm的条材，可以车成横截面不小于其试料最大内接圆面积90%的试棒。 试样的缩减部分的内圆角的半径（R）优选取值10mm，不得小于3mm。四方、六方或八方钢条，其面之间距离大于5

43、mm时，其条材可加工成圆形截面，但园截面直径不能小于其原始形状面间距的0.25mm。对于大尺寸的条材与棒材，也可按2.4节圆形试样的要求，做整体试样。除非另有规定，试样应与轧制方向或延伸方向平行。2.7 矩形棒材试样2.7.1整体横截面试样， 允许用砂布或砂纸处理，使试样的横截面的宽度减少10%以内。或者通过适当的加工式试样的断裂在标距（平行段）标记内。缩减部分的中间段棱边至少20mm范围内应相互平行，并且0.05mm之内与轴线平行。缩减的端部，理想的圆角R等于10mm,不能小于3mm.2.7.2厚度小到可适合试验机夹持，但宽度太大的矩形棒材，可以通过切割减少试样的宽度，以利夹持。并经过机加、

44、或切割与平整以保证试样在规定的范围内断裂。缩减的宽度不能小于其试样的原厚度。也可采用2.2,2.3,与2.4节的要求制样。2.8 型材、结构件和其它 其它形状的试料，可按2.2，2.3与2.4的要求制样。2.9 管材与筒材 对于所有小的管材（Tube），尤其是规格小于25mm的管材，以及时常遇到的，非试验机限制无法试验的大型管材。可采用标准的整体管拉伸试样。采用金属塞子分别插入试管的两端，并保证插入的塞子的长度与试验机的卡具钳口相符合。但插入塞子的长度不能超过夹持端，影响其管子延伸率的试验。除非产品标准另有规定，测量延伸率的长度可超过管直径D的5倍。金属塞、试验管与试验机的配置见图11. 对于

45、大管径钢管，则不能采用整体拉伸。需按图12所示取样。 对于焊管试样，其切取距焊缝为90°的部位试料。如管壁厚度小于20mm，则按图13取样，或者按2.4节的要求，按照图8取标准试样。即12.5mm标准试样。图13列出具有一定曲率钢管的试样要求。当试验机的夹具无法使用与曲面试样时，可将试样两个端部常温压扁。，如管壁厚度等于或大于20mm时，则可按图8制成标准试样。 横向拉伸试样，按图14从钢管的端部取样。 当试料的壁厚小于20mm时，可按图8中的小规格试样标准加工，也可按图13中编号为2的试样规格加工。当采用后者试样时，试样的双面要进行加工，以确保厚度一定。但每个面加工除去的试样厚度不

46、能小于原厚度的15%。，当钢管的厚度为20mm或以上时，其横向拉伸试样应按图8标准试样要求加工。对于大型焊接管，其测定焊缝强度的试样，焊缝要垂直于试样的纵向，且位于试样的中间部位。2.10 锻件试样 通常采用圆形试样，见2.4节，如果圆形试样不适用，则可按2.5节选取其最大试样。其取样位置可以是横向、径向或纵向。见图1-2。2.11 铸件试样除非另有规定，否则铸件试样，可按图8要求制作试样，或者按图15的要求加工试样。 铸件的试块见图16与表1。 可锻铸铁的试样，除非另有规定，否则可按照图17的规定加工拉伸试样。压铸试样，除非另有规定，否则可按图18所示的试样制作。2.12 粉末冶金试样 除非

47、产品规范另有规定，否则粉末冶金试样要求见图19与图20. 由于试样的形状与其它因素的影响，平板的未加工拉力试验试样（图19）的最大强度是圆形试样（图20）对应最大强度实验值的50至85%。2.13 试样的时效处理拉力实验是最普通、最广泛的力学性能实验。其测得的数据比较准确可靠，可测得一项或几项力学性能，具有较全面的代表性。然而，往往人们加工完试样后立即进行其力学性能试验，通常忽略了常温时效效应。但对于某些钢种而言，一定时间的常温时效可改变其力学性能的。例如对于1Cr17Ni2钢而言，在同一热处理条件下，经24h室温时效后，其屈服强度从740-765Mpa提高到1020Mpa1。对于贝氏体抽油杆

48、也有类似的报道2。此外，美国ASTM标准特对此做了规定：“除非额外规定，可允许室温时效24到48小时，或通过沸水，热油或保温炉中适宜的温度短时间时效”3。可见力学试验之前，对试样进行一定时间的室温时效，可以改善某些钢种的力学性能试验结果。这方面的参考文献可见：1夏书敏，刘超英，张贞明.淬火与回火间的时效对1Cr17Ni2钢组织及屈服强度的影响，金属热处理，2002，27（7）：22-24.2关玉佐，王晓华。贝氏体抽油杆钢性能的研究。钢铁，2003，38（6）：55-57.3ASTM：A370-03a：Standard Test Methods and Definitions for Mecha

49、nical Testing of Steel Products，2003-10-1.3检测过程3.1 试验机的开机预热， 开机预热至正常的试验温度。3.2 试样的尺寸测量为测量试样的横截面，需测量试样缩减中心区域横截面的尺寸。测量横截面等于或大于5mm时，精确到0.02mm.测量横截面小于5mm，但大于或等于2.5mm时，,精确到0.01；测量横截面小于2.5，但大于或等于0.5mm时，至少精确到1%。在所用情形下，至少精确到0.002mm 测量试样的准确度与精度是拉伸实验的最重要的环节之一。测量结果也依赖于试样的几何形状。 由于制造过程如热轧，金属喷涂等可能导致计算的面积不精确度大于测量尺寸

50、的不精确度。因此由于制造过程产生的粗糙表面的试样的横截面尺寸的测量与记录可以精确到0.02mm.3.3测定整体拉伸试样的横截面当其横截面非对称时，需测定其长度大于横截面最大尺寸20倍试样的重量。测量重量的精度0.15%。试样的横截面积等于试样的重量除以两个参数（试样的长度×试样材料密度）。3.4 当测量图13中管材试样时，其横截面的面积则需经简单的计算方可得到： 若 式中，A=精确的横截面积，W=试样缩减截面的宽度D=管外径测量尺寸T=试样的测量厚度若 则方程可以简化为 式中，A=横截面的近似值，W=缩减截面试样的宽度，T=试样的壁厚试样的标距 按照产品标准需测定试样的延伸率。采用轻

51、的冲点，分线规划线和墨水标识等。对于缺陷敏感的材料，需用划线墨水标距。当试样的延伸率小于3%时，其试样实验前的原始标距的精度应优于0.05mm.试验机校零 试验机加载试样后，需要校实验的初始零点。除非在实验前物理消除予加的载荷，否则需要显示出试验机夹具夹持试样的载荷大小。试样所受夹具传递的力可以是拉应力，也可是压应力，其产生的原因可能来自：夹具设计夹具设备的失灵夹具的附加力仪器控制的灵敏度试样的夹持夹持试样的缩减部位或或试样过渡圆角部位，将会影响实验的结果。试验速度 试验速度可定义为：（a）试样的应变速率；（b）试样的应力速率；（c）试验期间试验机两个头部分离的速率；（d）部分完成或全部完成试

52、验所需的时间；（e）空载十字头速度（试验机在无载荷条件下，十字头自由运行的速率）由于材料的速度试验敏感性，及温度和时间的综合效应，速度可以影响实验的结果。应根据材料的性质与实验结果选择试验速度。3.4 屈服强度3.4.1 偏置法仪器自动绘制应力-应变曲线图。见图21.。图横坐标取Om，规定为偏置值，做mn线平行于OA，且相交与曲线于r。当设定的偏置值为0.2%时。则有： 屈服强度（偏置值=0.2%）=360MPa 此方法应使用B2级或更高级别的引伸计（见ASTME83）.有两种类型的引伸计：平均型（averaging）和非平均型（non-averaging）.对大多数机加试样而言，两种引伸计的

53、测量结果差别很小；然而对某些锻件与管件而言，其屈服强度的测量却有显著的差别。在后者情形下，建议采用平均型引伸计测量其屈服强度。偏置法可作为仲裁方法。3.4.2负荷总伸长法 载荷总伸长（EUL）方法测定屈服强度有两种方式：（1）自动绘图或数字装置采集的应力-应变曲线。并且自动进行数据处理，得到规定伸长值的应力值。（2）采用指示装置，测定规定伸长值的应力。见图22.规定总伸长时的应力为： 屈服强度（EUL=0.5%）=360MPa 试验用引伸计需满足B2级别的要求。 若需要测定YBE时，则采用C级引伸计则是十分便利的。 规定总伸长。对于屈服强度小于550MPa的钢样，其量规的长度值为0.005mm

54、/mm(0.5%);对于高强钢，则需使用更高精度的引伸计或采用偏置法。 当没有其它合适的方法测定伸长时，可采用量规或相类似的装置测量量具标注点之间的距离。标距的长度可以是50mm.记录即时可探测伸长载荷下相对应的应力值即近似延伸载荷屈服点。3.4.3 自动绘图法 通过自动记录装置得到应力-应变曲线（载荷伸长）。记录上或下屈服点。记录不连续屈服最大力作为上屈服强度、见图23与图24. 材料的屈服点，当其应力-应变曲线无YPE时，很少产生试验的再现。偏置规定与EUL受应力影响非常大。3.4.3 力停顿法 适用于可生不连续屈服试样。以一定的变形速率增加于试样上力。当力发生速率变缓停顿时，记录相对应的力值，即为上屈服强度