程丽华 朱福生
天津新伟祥工业有限公司 天津 301700
摘要：金属材料的力学性能即机械性能，是在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的能力，是其设计、选型时的主要依据，其中常用的机械性能有强度、塑性、硬度以及冲击韧性等。一般，金属材料力学性能包括拉伸、弯曲及冲击试验等，其检测试样是在检测对象中切取足够量的试料，再经机加工或未经机加工且具有合格尺寸且满足试验要求状态的样坯，通常是从金属材料的产品、压制坯中切取样坯经机加工制成试样。
关键词：金属材料；检测试样；取样；制备
引言
金属材料应用广泛，要确定其用途，首先要确定其力学性能，而拉伸试验是确定材料屈服强度、抗拉强度等性能常用的检测手段。在拉伸试验的过程中，常常会受到多种因素的影响和干扰，造成检测结果的偏差，影响对材料性能的评价。鉴于此，本文对可能影响金属材料拉伸试验检测结果的因素进行了识别和分析，希望以此为相关试验提供一定的参考和帮助。
1金属材料检测概念及意义
1.1金属材料检测概述
金属是一种在自然界常见的材料，不同的金属材料有着不同的性能。因而不同的金属材料在检测过程中会遇到不同程度的检测难度与压力。使用不同的方式进行金属材料的性能的检测，能够发现金属材料潜在的不同问题[1]。金属材料类别丰富，其性能检测方法具有差异性，但较为普遍的是直接检测材料的机械性能，例如拉伸试验、冲击试验、弯曲试验、剪切试验等，根据所得的数据对材料的特性作出判断。检测的方式具有操作便捷的特点，仪器可较为精准地读取数据，避免人为读取而出现误差过大的情况，但也存在局限之处，即难以确定造成性能差异的具体成因。而金相分析可以确定性能差异的原因，金属材料具有特定的金相组织，随着金相组织的变化，材料的性能存在差异。组成元素及热处理方式是影响金相组织重要因素，在产品选材等相关工作中应充分考虑到此类因素，以确保材料性能可满足使用要求。
1.2金属材料样品制备质量控制的重要性
金属材料是工程材料中的主体，其性能如何直接关系社会经济的发展和人民群众的生命财产安全。金属材料的各种性能试验所得到的结果必须真实地描述由其化学成分、生产工艺和热处理制度等一切冶金因素所决定的根本材质特性，而不应该受试验因素制约。样品制备是样坯采集和样品检测之间连接的纽带[1]，金属材料的试样加工制备质量是影响试验结果的主要因素之一，如果试样加工不能满足相关性能测试方法标准的要求，即使其他条件再好，测试所得到的结果仍是失真的，不能准确反映材料的本身特性。检测数据是否真实可靠主要取决于所制备样品的代表性和可靠性，因此，抽取具有代表性的样坯并制备严格符合标准要求的试样，使之保持原始样品的特性，是保证检测数据准确性和真实性的先决条件和前置要求。CNAS-CL01(ISO/IEC17025:2005)《检测和校准实验室能力认可准则》和CNAS-CL19《实验室认可准则在金属材料检测实验室的应用说明》均对实验室样品管理和样品制备进行了明确和详细的规定。可见试样加工技术与标准符合性不仅是保证检测准确性科学性的关键环节，也是实验室认可中十分关注和强调的问题。
2影响金属材料检测结果准确性的主要因素
2.1检测环境
环境的变化将导致金属材料的性能存在差异化，因此在试验时需加强对环境的控制，创建标准环境，以便快速完成试验，否则需注明环境条件。根据金属材料的特性，普遍具有温度提高则强度下降的变化特性，而在改变温度后其疲劳性能也随之变化。高温环境下，材料将存在蠕变现象，且环境温度的提高将使得蠕变变形速率加快，破坏所需时间缩短；反之，若温度降低，则材料的脆性将明显加强。此外，温度的变化还将导致金属材料形位公差发生改变，根据热胀冷缩的基本原理，在试验前必须控制好温度关系，即环境、设备及试样各自的温度应具有一致性，无特殊要求时，以标准温度为宜。
2.2测量仪器与试验设备的影响
在材料拉伸试验过程中，测量仪器与试验设备的高精度、高准确性无疑是保证检测结果准确可靠的重要因素。测量仪器一般包括游标卡尺、千分尺、钢直尺等，用来测量试样的尺寸、标记平行长度等数据。试验设备主要包括材料试验机和引伸计，用来记录试验时的力值、位移和应变等数据。通过上述参数及其数据，就可计算得出屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等一系列材料性能指标。要保证检测结果的准确，首先要确保测量仪器和试验设备的分辨率、测量精度，以及控制检测软件的采样频率、频带宽度等指标满足相关检测标准和计量规范的要求。在这个前提下，仪器设备要定期通过计量校准的方式进行溯源，并在日常使用中，通过期间核查的方式定期检查仪器设备状态，确保其置信度。另外，应制定方法和措施，定期对试验设备进行维护保养，确保设备电机、丝杠、控制器、夹具等硬件状态良好，机械装置有效润滑。
2.3试样状态
金属材料在经过热处理等相关工序后，所具有的性能将与原始状态存在明显差异。以6063铝合金材料为例，T6状态下其布氏硬度可达到75HBW左右，若未经过强化处理，该指标则为25HBW左右。在检测试样前需做全面的了解和分析评判，明确该试样在此之前是否接受过处理，对其初始状态作出判断，以免最终的检测结果与实际情况产生偏差。
3金属材料力学性能检测试样的取样与制备优化策略
3.1样品接收和标识
样品接收环节是样品管理的第1个步骤，至关重要。样品管理人员需要和委托方沟通核对样品的各项基本情况，再详细登记。对邮寄方式送达的样品，样品管理人员需与样品寄送方确认并仔细检查包装是否完整、是否保持样品原始状态，并对样品、配件及所带资料进行核对，初步观察样品能否满足检测基本要求。如不满足要求，可先询问委托方，以得到进一步说明或商讨处理办法，并记录询问结果。经核对符合要求后，双方需在检测委托书（协议）上签字和盖章确认。
3.2试样制备注意事项
要确保试样在取、制样及储存过程中，表面层及其内部性能不被损坏，并应符合以下规定：（1）取、制样时，要注意热影响及加工硬化对金属材料力学性能的影响，所采用的任何加工方法不能影响试样的有关性能。（2）加工试样过程中伴随的热影响和加工硬化区应去除。（3）应去除由于取样造成的变形。（4）应确保制备好的试样在转移、运输及储存过程中的完好、完整，避免出现影响检测结果的损坏，如表面划伤、磕碰、磨损、弯折、缺损、缺失等。
3.3样品内部流转
样品在内部流转时，原始编号是样品管理的“唯一标识”，不可进行勾画、篡改等，同时检测人员应与样品管理人员一一清点接收的样品、附件和技术资料，对样品状态进行仔细确认。发现问题及时向样品管理人员反映，由样品管理人员与委托方沟通，以便及时合理采取处理措施。检测完成后，检测人员应将剩余样品返回样品管理人员，样品管理人员应在样品的状态标识上标注“留存”标识，并进行核对登记。
结束语
金属材料的力学性能（即机械性能）检测是工程类检测实验室的常规试验项目，试验员应熟练掌握其试样的取样与制备要求。文中介绍了金属材料拉伸、冲击等试验试样的取样方法、制备方法的各项影响因素，并对其取制样进行了梳理与归纳。还梳理了力学性能试样的制备、取样的影响因素及在试样管理过程中的注意事项，为金属材料力学性能检测试样的取制样起到规范和指导作用。
参考文献
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