金属材料的力学性能

2024年1月10日发(作者：侯朝朴)

金属材料的力学性能

任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。

钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。在钢管标准中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、低温性能等。

金属材料的机械性能

1、弹性和塑性：

弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。力和变形同时存在、同时消失。 如弹簧：弹簧靠弹性工作。

塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。

塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。

2、强度：是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，单位为MPa。

工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。

拉伸图：金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。

材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。

对于韧性材料，有弹性和塑性两个阶段。弹性阶段的力学性能有：

比例极限：应力与应变保持成正比关系的应力最高限。当应力小于或等于比例极限时，应力与应变满足胡克定律，即应力与应变成正比。

弹性极限：弹性阶段的应力最高限。在弹性阶段内，载荷除去后，变形全部消失。这一阶段内的变形称为弹性变形。绝大多数工程材料的比例极限与弹性极限极为接近，因而可近似认为在全部弹性阶段内应力和应变均满足胡克定律。

塑性阶段的力学性能有：

屈服强度：材料发生屈服时的应力值。又称屈服极限。屈服时应力不增加但应变会继续增加。

屈服点：具有屈服现象的金属材料，试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力，称屈服点。若力发生下降时，则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2（MPa）。

上屈服点（ReH）：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力；

下屈服点（ReL）：当不计初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力。

条件屈服强度：某些无明显屈服阶段的材料，规定产生一定塑性应变量（例如％）时的应力值，作为条件屈服强度。应力超过屈服强度后再卸载，弹性变形将全部消

失，但仍残留部分不可消失的变形，称为永久变形或塑性变形。

规定非比例延伸强度（Rp）：非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，例如表示规定非比例延伸率为%时的应力。

规定总延伸强度（Rt）：总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。例如表示规定总延伸率为%时的应力。

强化与强度极限：应力超过屈服强度后，材料由于塑性变形而产生应变强化，即增加应变需继续增加应力。这一阶段称为应变强化阶段。强化阶段的应力最高限，即为强度极限（抗拉强度）。应力达到强度极限后，试样会产生局部收缩变形，称为颈缩。

抗拉强度（Rm）

试样在拉伸过程中，在拉断时所承受的最大力（Fm），除以试样原横截面积（So）所得的应力（Rm），称为抗拉强度，单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：Rm= Fm/ So

式中：Fm--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；

So--试样原始横截面积，mm2。

工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。

拉伸试验：

拉伸试件的加工须按GB/T228-2002的有关要求进行，分为长比例、短比例两种。如标准圆截面试件有：

长试件： Lo=10do

短试件： Lo=5do

式中Lo为圆形截面试件的标距长度；do为试样在标距内的初始直径，通常为3～25mm，多数情况下取

do =10mm。

试件一般有四种形式：双肩头部试件、单肩头部试件、螺纹头部试件和光面圆柱形头部试件。下图为光面圆柱形断后伸长率（A）

在拉伸试验中，试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比，称为伸长率。以A表示，单位为%。一般A＞5%为塑性材料，A＜5%为脆性材料。

断面收缩率（Z）

在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。以Z表示，单位为%

伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。

对于脆性材料（A≤5％），没有明显的屈服与塑性变形阶段，试样在变形很小时即被拉断，这时的应力值称为强度极限。某些脆性材料的应力-应变曲线上也无明显的直线阶段，这时，胡克定律是近似的。弹性模量由应力-应变曲线的割线的斜率确定。

压缩时，大多数工程韧性材料具有与拉伸时相同的屈服强度与弹性模量，但不存在强度极限。大多数脆性材料，压缩时的力学性能与拉伸时有较大差异。例如铸铁压缩时会表现出明显的韧性，试样破坏时有明显的塑性变形，断口沿约45°斜面剪断，而不是沿横截面断裂；强度极限比拉伸时高4～5倍。头部试件的简图及加工要求。为测定低碳钢的断后伸长率A，须用刻线机（或小钢冲）在试样标距范围内刻划圆周线（或打小冲点），将标距Lo分为等长的10格。

(a)

(b) 图1-1拉伸试件

试验原理

拉伸试验是测定材料力学性能最基本的实验之一。材料的力学性能如屈服点、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率等均是由拉伸试验测定的。

低碳钢

（l）荷载-伸长曲线的绘制。通过试验机绘图装置可自动绘成以轴向力FP为纵坐标、试件伸长量l为横坐标的荷载-伸长曲线（FPl图），如图1-2(a)所示。低碳钢的荷载-伸长曲线是一种典型的形式，整个拉伸变形分四个阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段。

（2）屈服点的测定。

当载荷增加，变形也与载荷成正比增加，FPl图上为一直线，此即直线弹性阶段。过了直线弹性阶段，尚有一极小的非直线弹性阶段，因此，弹性阶段包括直线弹性阶段和非直线弹性阶段。

与其对应的应力称为下屈服强度。

ReL =FPS/So

式中，So为试件标距范围内的原始横截面面积，单位为mm，FPS为下屈服载荷，单位为N，ReL为下屈服应力，单位为MPa。

（3）抗拉强度的测定。过了屈服阶段，随着荷载的增加，试件恢复承载能力，FPl图的曲线上升，此即强化阶段。荷载增加到最大值处，测力主动指针回退，试件明显变细变长，FPl图的曲线下降，试件某一局部截面面积急速减小而出现“颈缩”现象，很快即被拉断，此即缩颈阶段。试件断裂面的两面各成凹凸状。由测力度盘上从动指针停留处读取最大荷载值，来计算抗拉强度。

试验出现下列情况之一时，试验结果无效：

1、 试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上，而且断后伸长率小于规定最小值时。

2、 试验期间设备发生故障，影响了试验结果。

冲击试验

冲击韧性

金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性，冲击韧性常用一次摆锤冲击弯曲试验测定。

冲击试验原理如图所示。试验在摆锤式冲击试验机上进行，将标准试样水平放置于试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。2

图1-2 低碳钢及铸铁拉伸图

当载荷增加到一定程度，测力指针往回偏转，继而缓慢地来回摆动，相应地在FPl图上画出一段锯齿形曲线，此段即屈服阶段。经过抛光的试样，在屈服阶段可以观察到与轴线大约成45的滑移线纹。曲线在屈服阶段初1994。

次瞬时效应之后的最低点所对应的荷载作为下屈服载荷，o冲击时将具有一定质量G的摆锤举至具有一定高度H1的位置。使其获得一定位能GH1，释放摆锤冲断试样后摆锤的剩余能量为GH2，则摆锤冲断试样失去的位能为GH1－GH2，此即为试样变形和断裂所吸收的功。具体的试验与方法及操作规范可参考GB/T229－

摆锤式冲击试验机主要有机架、摆锤、试样支座、指示装置及摆锤释放、制动和提升机构等组成。目前常用的国产摆锤式冲击试验机型号很多，500J、300J冲击试验机比较常用。

冲击试验因试验温度不同而分为常温、低温和高温冲击试验三种；若按试样缺口形状又可分为"V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。

冲击试验：用一定尺寸和形状（10×10×55mm）的试样（长度方向的中间处有"U"型或"V"型缺口，缺口深度2mm）在规定试验机上受冲击负荷打击下自缺口处折断的试验。

冲击吸收功Akv(u)--具有一定尺寸和形状的金属试样，在冲击负荷作用下折断时所吸收的功。单位为焦耳（J）。

冲击韧性值akv(u)--冲击吸收功除以试样缺口处底部横截面积所得的商。单位为焦耳/厘米2（J/cm2）。

常温冲击试验温度为20±2℃；低温冲击试验温度范围为<10～-192℃；高温冲击试验温度范围为35～1000℃。

冲击试样一般均采用标准试样，即55×10×10mm，当试验材料的厚度在10mm以下而无法制备标准试样时，可采用宽度为7.5mm或5mm的小尺寸试样。

低温冲击试验所用冷却介质一般为无毒、安全、不腐蚀金属和在试验温度下不凝固的液体或气体。如无水乙醇（酒精）、固态二氧化碳（干冰）或液氮雾化气（液氮）等。

国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为夏比(Charpy)U型缺口试样和夏比V型缺口试样，两种试样的形状及尺寸如图所示 所测得的冲击吸收功分别记为AkU和A

kV。 另外。测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功时，常采用10 mm××10 mm×55 mm的无缺口冲击试样。

冲击试样缺口的作用：在缺口附近造成应力集中，使塑性变形局限在缺口附近不大的体积范围内，并保证在缺

口处发生断裂，以便正确测定材料承受冲击负荷的能力。

试样应在规定的温度下保持足够的时间，，使用液体介质时，保温时间不少于5分钟，使用气体介质时，保温时间不少于20分钟。

冲击吸收功的表示方法：

V型缺口试样的冲击吸收功，表示为Akv

深度为2mm的U型缺口试样的冲击吸收功，表示为Aku2

冲击试验中几种情况的处理：

1、由于试验机打击能量不足使试样未完全折断时，应在试验数据之前加大于“＞”符号，其他情况则应注明“未折断”。

2、试验后试样断口有肉眼可见的裂纹或缺陷时，应在试验报告中注明，

3、试验中如出现误操作，或试样打断时有卡锤现象，，义的，所以这指标目前已不大使用。

目前常用的韧性指标是冲击功Akv，由于它对材料成分、内部组织变化十分敏感，而且一次冲击弯曲试验方法简便易行，所以被广泛采用。

一次冲击弯曲试验主要有以下几方面用途：

(1) 它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过测量AKv值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料中的气孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金缺陷；还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。

(2) 测定材料的韧脆性转变温度。根据系列冲击试验(低温冲击试验)可获得Akv与温度的关系曲线，据此确定材料的韧脆转变温度，以供选材参考或抗脆断设计。

(3) 对屈服强度大致相同的材料，根据Akv值可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。

系列冲击实验

此时得到的结果已不准确，因此试验结果无效，应重新补做试验。

冲击韧性及其工程意义

αkV（αku）是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和塑性有关，单位为J／cm2。 长期以来，人们一直将αkV（αku）视为材料抵抗冲击载荷作用的力学性能指标，用来评定材料的韧脆程度，作为保证机件安全设计的指标。但αkV（αku）表示单位面积的平均冲击功值，是一个数学平均量。实际上冲击试样承受弯曲载荷，缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，故取平均值是毫无物理意 系列冲击实验在材料研究与生产实际中应用较广，因为它比其他实验方法更能灵敏地反映出材料力学性能随内因和外因变化的差异。对某些材料，当冲击实验分别在低温、室温和高温下进行时可以得到一系列冲击值Akv，将这些冲击值与所对应的实验温度在直角坐标系中标出，然后用光滑曲线将这些实验数据连接起来，可以得到这种材料冲击韧性与温度的关系曲线，即Akv－t这种不同温度下的冲击试验称为系 列冲击试验。据此可以评定材料的低温脆性、兰脆和重结晶脆性等，而这些脆性是材料使用中力图避免出现的，因此系列冲击试验有一定的实用意义。

系列冲击实验证明，在工程上广泛使用的中、低强度结构钢，在常温下有很好的冲击韧性，当试验温度低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。转变温度tk称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。

弯曲试验

金属弯曲试验是将一定形状和尺寸的试样放置与弯曲装置上，按规定尺寸的弯芯，将试样弯曲至规定的角度后，卸除试验力，检查试样承受变形的能力。

弯曲试验的特点及应用

(1) 弯曲加载时受拉的一侧应力状态基本上与静拉伸时相同，且不存在如拉伸时的所谓试样偏斜对试验结果的影响。因此弯曲试验常用于测定那些由于太硬难于加工成拉伸试样的脆性材料的断裂强度，并能显示出它们的塑性差别。

(2) 弯曲试验时，截面上的应力分布也是表面上应力最大，故可灵敏地反映材料的表面缺陷。因此，常用来比较和评定材料表面处理层的质量。

(3) 塑性材料的F－fmax曲线的最后部分可任意延长，表明弯曲试验不能使这些材料断裂。在这种情况下虽可测定规定非比例和弯曲应力，但实际上很少应用。对这些材料应采用拉伸试验。

弯曲试样的制备：

落锤撕裂试验

试验装置：常用落锤试验机主要由道轨、底座、砧座、锤

落锤试验原理：将锤头提升到一定高度，把试样放在砧座上，然后迅速释放锤头，使锤头自由落下，将试样快速冲断，检测试样断口剪切面积的百分数。

对落锤试验机的要求：

道轨应与底座垂直，两道轨应平行，以保证锤头能自由下落。

底座应有足够的刚性，有可靠的安全装置。

砧座的支承台应有足够的硬度，锤头应具有在一次冲击下将试样完全冲断的足够的能量。

试样加工时，应去除由于剪切或火焰切割等形成的热影响区，试样表面不得有划痕和损伤，方形、矩形和多边形横截面试样的棱边应倒圆，倒圆半径不超过试样厚度的1/10，棱边倒圆时不应形成影响试验结果的横向毛刺、伤痕或划痕。

试验弯曲装置：

支辊式弯曲装置、V形模具式弯曲装置、虎钳式弯曲装置、翻板式弯曲装置

钢板或焊缝金属导向弯曲通常是将试样弯曲到180°时，进行结果评定。

试验结果的评定：

弯曲试验结果应按照相关产品标准或技术协议的要求进行评定，如产品标准或技术协议无具体规定时，一般在试验后检查试样弯曲部分外表面，如无肉眼可见裂纹则评定为合格。

头及提升机构等部分组成。

提升机构应能把锤头提升到不同高度，并能安全迅速地释放锤头。

试验标准：现在使用的落锤试验国家标准为：GB/T8363-87；美国标准为：API RP 5L3-96 。落锤试样缺口形式：试样通常分为V型缺口和人字型缺口

对韧性较低的管线钢，优先选用压制V型缺口；对韧性较高的管线钢，优先选用人字型缺口，易于冲断。人字型缺口应采用机加工方法垂直试样边缘加工。

试验：在低温试验时，试样应完全浸泡在装有适宜液

体的浴槽中，浴槽中液体的温度与所要求的试验温度的偏差不应超过1℃，试样的浸泡时间应符合标准的要求。

试样之间以及试样与浴槽边缘、浴槽底部应相互隔开，且至少应有25mm或一个试样厚度的间距，取数据较大者。应采取措施使浴槽内的液体流动以保证浴槽内的温度均匀。

试样的评定：

有效试样：是指整个断裂面呈现延性断裂的试样，或缺口根部呈现解理断裂的试样。若试样缺口下的断裂为延性断裂接着转化为解理断裂，则试样无效。

试样断口评定时，应通过测定断口表面的剪切面积百分数进行评定。

在美标中，对厚度不大于19mm的试样，评定时，不包括从缺口跟部起一个试样厚度的断裂面以及另一侧一个试样厚度的断裂面。

对厚度大于19mm的试样，略去不计的长度应为19mm。

剪切面积百分数的评定通过区分延性断裂与解理断裂来评定，延性断裂是暗灰色、纤维状的；而解理断裂是有金属光泽、结晶状的，要评定的断口形貌为垂直于断裂试样表面观察到的观察面。

在规定的试验温度下，应对材料做至少2个试样的落锤试验。

硬度试验法

硬度指标

金属材料抵抗硬的物体压入其表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。

1、布氏硬度（HB）

用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（d）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HB表示，单位为N/mm2(MPa)。

布氏硬度指标有HBS和HBW，前者所用压头为淬火钢球，故对于较硬的钢不适用，它适用于布氏硬度值低于450的金属材料，如退火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有色金属等，因压痕较大，故不宜测试成品件或薄片金属的硬度；后者压头为硬质合金球，适用于布氏硬度值为450~650的金属材料，如淬火钢等。

测定布氏硬度较准确可靠，布氏硬度用途较广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。

举例：120HBS10/1000/30：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。

2、洛氏硬度（HR）

洛氏硬度试验法是用一锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.558mm（1/16英寸）的淬火钢球为压头，以一不定的载荷压入被测试金属材料表面，根据压痕深度可直接在洛氏硬度计的指示盘上读出硬度值。常用的洛氏硬度指标有HRA、HRB和HRC三种。

洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即在初始试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢石圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。

硬度值用下式计算：

当用A和C标尺试验时，HR=100-e

当用B标尺试验时，HR=130-e

式中e--残余压痕深度增量，以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。

上述三个标尺适用范围如下：

采用120金刚石圆锥体为压头，施加压为600N时，用HRA表示。其测量范围为20～85，适于测量合金、表面硬化钢及较薄零件。

采用1.588mm淬火钢球为压头，施加压力为1000N时，用HRB表示，其测量硬度值范围为25～100，适于测量有色金属、退火和正火钢及锻铁等。

采用120金刚石圆锥体为压头，施加压力为1500N时，用HRC表示，其测量硬度值范围为20～67，适于测量淬火钢、调质钢等。

洛氏硬度测试，操作迅速、简便，且压痕小不损伤工件表面，故适于成品检验。

硬度是材料的重要力学性能指标。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的强度越高，塑性变形抗力越大，硬度值也越高。

洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不足，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。

3、维氏硬度（HV）

维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（F）压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。

维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，其计算公式为：HV=0.1891F/d2

式中：HV--维氏硬度符号，N/mm2(MPa)；

F--试验力，N；

d--压痕两对角线的算术平均值，mm。

维氏硬度采用的试验力F为5（）、10（）、20（）、30（）、50（）、100（）Kgf(N)等六级，可测硬度值范围为5～1000HV。

表示方法举例：640HV30/20表示用30kgf（）试验力保持20S（秒）测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。

维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点，而克服了它们的基本缺点，但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中较常用。

实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。

钢中非金属夹杂物的检验

金相试样的选取：

1、纵向试样：是指沿着钢材的锻轧方向取样，主要检验非金属夹杂物的变形程度、带状组织、变形后的各种组织形貌、热处理情况等。

2、横向试样：是指垂直于钢材的锻轧方向取样，主要检验金属材料从表层到中心的显微组织、晶粒度级别、碳化物网、氧化层深度、脱碳层深度等。

夹杂物试样应选取纵向试样，试样可用手锯、砂轮机切割、火焰切割等，但加工时必须去除变形区或热影响区。

试样的磨制：

1、粗磨：一般在落地砂轮机上进行，磨料粒度的粗细，对试样表面粗糙度和磨削效率有一定影响，粗磨时，还应注意沾蘸水冷却，防止组织变化。

2、细磨：试样经粗磨后虽已平整，但还存在较深的磨痕及表面加工变形层，需要从粗到细的不同金相纱纸的磨制。细磨可以用手工磨光、机械磨光和化学磨光三种方法，手工磨光是用不同粗细粒度的金相砂纸由粗到细逐次

磨平。金相砂纸的粗细粒度与编号方法有关，编号若用数字表示的，如280、320、400、600、800等等，则编号越大，则砂粒标准粒度直径越小。磨光时，将砂纸铺在金属或玻璃板上，左手压住砂纸，右手将试样的磨面放在砂纸上，磨光时用力要均匀，沿着一个方向磨光，不要往返磨制，以免试样表面呈圆弧形，当试样表面的磨痕完全与磨制方向一致时，再更换细粒度的砂纸，每次更换砂纸时，应将试样和手清理干净，玻璃板也要擦净，以免粗号砂纸上的砂粒掉在细号砂纸上，为了容易观察磨痕消除情况，磨试样的方向总是和前一号砂纸上所留下来的磨痕的方向垂直，直到磨痕磨掉为止。

3、抛光：常用抛光的方法有二种：(1)机械抛光；

(2)电解抛光。

对于机械抛光，试样磨光后，要仔细地用水将它洗净，以除去砂粒，然后将试样的磨面放在覆盖有呢绒、帆布、绸布等的转动盘上抛光，进行抛光时，要洒上适量的抛光粉的悬浮水溶液，使之均匀地分布在抛光绒布上，然后打开电门，启动转动盘，用手拿稳试样，使试样的磨面与抛光绒布全面接触且用力要均匀。注意不要使试样飞出，以免造成工伤和损坏抛光绒布。在抛光的过程中，不断地倾注抛光微粉的悬浮液，要保持抛光绒布一定的湿度。直到磨痕全面消除，试样具有镜面一样的光亮表面为止。

试样抛光时应避免夹杂物的剥落、变形或抛光表面被污染，以便检验面尽可能干净和夹杂物的形态不受影响。

通常使用的抛光粉是三氧化铬(Cr2O3)和三氧化二铝(Al2O3)，这些氧化物粒度要细，约为5～10微米左右，而且这些氧化物粒子很硬，因此在抛光时对于金属的作用，就好像磨料一样，发生磨切作用。由于这些粒子很细，所以能磨去试样表面上微细不平处，而使试样能磨得很光亮，直到没有磨痕，试样经抛光后用水冲洗，然后吹干（不能擦干）以待观察。

钢中非金属夹杂物检验国家标准是GB/T10561-2005/ISO4967：1998（E）

根据夹杂物的形态和分布，标准图谱分为五类：A、B、C、D、DS

A类为硫化物类、B类为氧化铝类、C类为硅酸盐类、D类为球状氧化物类、DS为单颗粒球状类。

每类夹杂物又根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成2个系列：细系和粗系。每个系列由表示夹杂物含量递增的六级图片组成。

夹杂物的形态在很大程度上取决于钢材压缩变形程度，因此只有在经过相似程度变形的试样坯制备的截面上才能进行测量结果的比较。

试样抛光面积应约为200mm2，位于钢材外表面到中心的中间位置。

实际检验方法分为两种：A法B法

A法：应检验整个抛光面。对于每一类夹杂物，按细系和粗系记下与所检验面上最恶劣视场相符合的标准图片的级别数。

B法；应检验整个抛光面。试样每一视场同标准图片相对比，每类夹杂物按细系和粗系记下与所检验视场最符合的标准图片的级别数。

结果表示：

用每个试样的级别以及在此基础上所得的每炉钢每类和每个宽度系列夹杂物的级别算术平均值来表示结果。

对于A法：表示与每类夹杂物和每个宽度系列夹杂物最恶劣视场相符合的级别，在每类夹杂物代号后面再加上最恶劣视场的级别，用字母e表示出现粗系的夹杂物，s表示出现超尺寸夹杂物。例如：A2、B1e、C3、D1

非金属夹杂物对钢的性能的影响：

由于非金属夹杂物以机械混合物的形式存在于钢中，而其性能又与钢有很大的差异，因此它破坏了钢基体的均匀性、连续性，还会在该处造成应力集中，而成为疲劳源。在外力作用下，通常沿着夹杂物与其周围金属基体的界面开裂，形成疲劳裂纹。在某些外界条件下，夹杂物还会加速裂纹的扩展，易造成质量事故。

原材料检验

金属材料属于冶金产品，从事金属材料生产、订货、

运输、使用、保管和检验必须依据统一的技术标准--冶金产品标准。对从事金属材料的工作人员必须掌握标准的有关内容。

我国冶金产品使用的标准为国家标准（代号为"国标"GB""）、部标（冶金工业部标准"YB"等、）企业标准三级。

（一）包装检验

根据金属材料的种类、形状、尺寸、精度、防腐而定。

1．散装：即无包装、揩锭、块（不怕腐蚀、不贵重）、大型钢材（大型钢、厚钢板、钢轨）、生铁等。

2．成捆：指尺寸较小、腐蚀对使用影响不大，如中小型钢、管钢、线材、薄板等。

3．成箱（桶）：指防腐蚀、小、薄产品，如马口铁、硅钢片、镁锭等。

4．成轴：指线、钢丝绳、钢绞线等。

对捆箱、轴包装产品应首先检查包装是否完整。

（二）标志检验

标志是区别材料的材质、规格的标志，主要说明供方名称、牌号、检验批号、规格、尺寸、级别、净重等。标志有；

1．涂色：在金属材料的端面，端部涂上各种颜色的油漆，主要用于钢材、生铁、有色原料等。

2．打印：在金属材料规定的部位（端面、端部）打钢印或喷漆的方法，说明材料的牌号、规格、标准号等。主要用于中厚板、型材、有色材等。

3．挂牌：成捆、成箱、成轴等金属材料在外面挂牌说明其牌号、尺寸、重量、标准号、供方等。

金属材料的标志检验时要认真辨认，在运输、保管等过程中要妥善保护。

（三）规格尺寸的检验

规格尺寸指金属材料主要部位（长、宽、厚、直径等）的公称尺寸。

1．公称尺寸（名义尺寸）：是人们在生产中想得到的理想尺寸，但它与实际尺寸有一定差距。

2．尺寸偏差：实际尺寸与公称尺寸之差值叫尺寸偏差。大于公称尺寸叫正偏差，小于公称尺寸叫负偏差。在标准规定范围之内叫允许偏差，超过范围叫尺寸超差，超差属于不合格品。

3．精度等级：金属材料的尺寸允许偏差规定了几种范围，并按尺寸允许偏差大 小不同划为若干等级叫精度等级，精度等级分普通、较高、高级等。

4．交货长度（宽度）：是金属材料交货主要尺寸，指金属材料交货时应具有的长（宽）度规格。

5．通常长度（不定尺长度）：对长度不作一定的规定，但必须在一个规定的长度范围内（按品种不同，长度不一样，根据技术协议确定）。

6．短尺：长度小于规定的通常长度尺寸的下限，但不小于规定的最小允许长度。对一些金属材料，按规定可交一部分"短尺"。

7．定尺长度：所交金属材料长度必须具有需方在订货合同中指定的长度（一般正偏差）。

8． 倍尺长度：所交金属材料长度必须为需方在订货合同中指定长度的整数倍（加锯口、正偏差）。

规格尺寸的检验要注意测量材料部位和选用适当的测量工具。

（四）数量的检验

金属材料的数量，一般是指重量（除个别例垫板、鱼尾板以件数计）

数量检验方法有：

1．按实际重量计量：按实际重量计量的金属材料一般应全部过磅检验。对有牢固包装（如箱、合、桶等），在

包装上均注明毛重、净重和皮重。如薄钢板、硅钢片、铁合金可进行抽检数量不少于一批的5%，如抽检重量与标记重量出入很大，则须全部开箱称重。

2．按理论换算计量：以材料的公称尺寸（实际尺寸）和比重计算得到的重量，对那些定尺的型板等材都可按理论换算，但在换算时要注意换算公式和材料的实际比重。

（五）表面质量检验

表面质量检验主要是对材料、外观、形状、表面缺陷的检验，主要有：

椭圆度、弯曲度、扭转、镰刀弯、表面裂纹、结疤、划伤、氧化铁皮．折叠、麻点、皮下气泡等缺陷。

表面缺陷产生的原因主要是由于生产、运输、装卸、保管等操作不当。根据对使用的影响不同，有的缺陷不允许超过限度。各种表面缺陷是否允许存在，或者允许存在的程度，在有关标准中均应明确规定。

（六）内部质量检验的保证条件

金属材料内部质量的检验依据是根据材质适应不同的要求，保证条件亦不同，在出厂和验收时必须按保证条件进行检验，并符合要求，保证条件分；

1．基本保证条件：对材料质量最低要求，无论是否提出，都得保证，如化学成份，基本机械性能等。

2．附加保证条件：指根据需方在订货合同中注明要求，才进行检验，并保证检验结果符合规定的项目。

3．协议保证条件：供需双方协商并在订货合同中加以保证的项目。

4．参考条件：双方协商进行检验项目，但仅作参考条件，不作考核。

金属材料内部质量检验主要有机械性能、物理性能、化学性能、工艺性能、化学成分和内部组织检验。

化学成分检验 ：化学成分是决定金属材料性能和质量的主要因素。因此，标准中对绝大多数金属材料规定了必须保证的化学成分，有的甚至作为主要的质量、品种指标。化学成分可以通过化学的、物理的多种方法来分析鉴定，目前应用最广的是化学分析法和光谱分析法，此外，设备简单、鉴定速度快的火花鉴定法，也是对钢铁成分鉴定的一种实用的简易方法。

1．化学分析法：根据化学反应来确定金属的组成成分，这种方法统称为化学分析法。化学分析法分为定性分析和定量分析两种。

通过定性分析，可以鉴定出材料含有哪些元素，但不能确定它们的含量；

定量分析，是用来准确测定各种元素的含量。实际生产中主要采用定量分析。

定量分析的方法为重量分析法和容量分析法。

重量分析法：采用适当的分离手段，使金属中被测定元素与其它成分分离，然后用称重法来测元素含量。

容量分析法：用标准溶液（已知浓度的溶液）与金属中被测元素完全反应，然后根据所消耗标准溶液的体积计算出被测定元素的含量。

2．光谱分析法：各种元素在高温、高能量的激发下都能产生自己特有的光谱，根据元素被激发后所产生的特征光谱来确定金属的化学成分及大致含量的方法，称光谱分析法。通常借助于电弧，电火花，激光等外界能源激发试样，使被测元素发出特征光谱。经分光后与化学元素光谱表对照，做出分析。

3．火花鉴别法：主要用于钢铁，在砂轮磨削下由于摩擦，高温作用，各种元素、微粒氧化时产生的火花数量、形状、分叉、颜色等不同，来鉴别材料化学成分（组成元素）及大致含量的一种方法。

内部质量检验

常见的内部组织缺陷有：

1．疏松：铸件在凝固过程中，由于诸晶枝之间的区域内的熔体最后凝固而收缩以及放出气体，导致产生许多细小孔隙和气体而造成的不致密性。

2．夹渣：被固态金属基体所包围着的杂质相或异物颗粒。

3．偏析：合金金属内各个区域化学成分的不均匀分布。

4．脱碳：钢及铁基合金的材料或制件的表层内的碳全部或部分失掉的现象。

另外，汽泡、裂纹、分层、白点等也是常见的内部组织缺陷，对内部组织（晶粒、组织）及内部组织缺陷的检验办法常用有：

宏观检验：利用肉眼或10倍以下的低倍放大镜观察金属材料内部组织及缺陷的检验。常用的方法有断口检验、低倍检验、塔形车削发纹检验及硫印试验等。 主要检验气泡、夹渣、分层、裂纹晶粒粗大、白点、偏析、疏松等。

显微检验：显微检验又叫作高倍检验，是将制备好的试样，按规定的放大倍数在金相显微镜下进行观察测定，以检验金属材料的组织及缺陷的检验方法。一般检验夹杂物、晶粒度、带状组织、脱碳层深度、晶间腐蚀等。

无损检验：磁粉探伤、萤光探伤和超声波探伤等。

原材料入厂检验：钢板或钢卷到厂后由采购部负责填写检验委托单，一式两份，并同质证书和发货码单一起传递给质量部门，质量部签收后返回采购部一份，留存一份，并进行几何尺寸、外观质量检查和理化取样。

钢板理化性能取样每批不少于10%炉，但最少不少于3炉；外观和几何尺寸抽查执行不低于3%张，最少不少于10张板。当出现不合格时，不合格项目应加倍复验，或让步接受，加倍复验再不合格时，则逐炉取样或退货处理，焊丝、焊剂和补焊用焊条理化性能进行逐炉批取样检验。

当检验还没进行或检验结果还未完全完成时，如因生产急需可由生产部门负责填写“紧急或例外放行审批表”，由技术质量、生产、采购部门评审，质量监督部门同意，并经主管领导批准后放行，但上料钢板应做好相应标记。

当原材料检验合格后，由质量部根据试验结果报告单，开具“原材料检验结果通知单”，交采购、监造、并留存。

钢板表面不允许存在的缺陷：

钢板表面上不允许有气泡、结疤、裂纹、拉裂、折叠、夹杂

表面清洁状态：钢板表面应清洁，应无油脂和腐蚀物等，钢板表面不得受Cu、Sn、Pb、Zn等低熔点金属污染。

钢板厚度的测量：

在距离边部不小于40mm及板中测量，测量8个点，并根据公式计算平均厚度。

钢板平度的测量：

将钢板自由地放在平台上，除钢板的本身重量外不施加任何压力，用米尺进行测量，测量钢板与米尺之间的最大距离。

钢板镰刀弯的测量：

用一根细丝绳，从钢板的两端拉紧，测量钢板弯曲处的最大弦高（mm），即为镰刀弯数值。

分层

钢板端头及纵侧边上不允许存在分层，有这种缺陷的钢板应切除，直到除去这种分层为止。

钢板缺欠的深度和影响面积：

缺欠深度：缺欠深度应从缺陷附近清除氧化铁皮后的产品表面进行测量。

缺欠影响面积：对于孤立的点状缺欠，以比缺欠的外接圆大50mm为半径，围绕缺欠画圆来确定影响面积，如果这种缺欠靠近板边，以画圆在板内的实际面积来确定影响面积。在缺欠以聚集或线状出现的情况下，用距聚集或线

状缺欠的外接矩形或方形50mm画矩形或方形来确定影响面积。

钢板缺陷的修磨：缺陷修整后，钢板的实际厚度应保证不小于钢板最小厚度，修磨面积不得大于钢板表面积的2%，修磨处应光滑地过渡到钢板表面，且宽深比不小于10:1。

理化性能试样取样位置：

拉伸试样、弯曲试样、冲击试样、落锤试样均在钢板宽度四分之一处取样。取样方向应与最终轧制方向垂直。硬度试样在钢板横向取样，硬度试验点至少为9点。

当试验结果不合格时，应如何复验

如果代表一批钢板的某项试验结果不合格时，可选择从同批钢板中另抽两张钢板，每张钢板分别进行不合格项目的复验。如果复验结果均合格，则除首次试验不合格的钢板外，该批钢板可以验收。如果复验中有任何一张钢板的试验结果不合格，则制造商可选择整批判废，或对该批未检验的钢板逐张检验。