摘 要：力學測試是鋼鐵質量檢驗的最后一道把關，如何提高力學測試及研究水平關系到減少質量異議和提升企業信譽度，因此，有必要從專業的角度借鑒其它先進經驗和學習先進檢測手段。本章綜合力學測試的相關進展，結合筆者工作的相關數據，針對如何提高力學測試及研究水平進行了探討。
關鍵詞：力學測試；屈服強度；抗拉強度
冶金工業的發展使鋼材產品質量提高和產量增加，這就要求力學性能測試準確度提高，速度加快，并獲得更多的信息。如隨著全面質量管理工作的開展，要求所測試的數據不僅僅是用來確定產品合格與否，還要求對鋼材生產過程中質量的控制提供重要的信息。因此，如何提高力學測試及研究水平是一個非常重的問題。
1 試驗機改造綜述
我國冶金工業系統，用來進行力學性能檢測的設備，大多是油壓式材料試驗機。要適應生產發展的需要、加快檢測速度、提高測試準確度，對試驗機改造而言，微機的應用是一個非常重要的方面。昆鋼鋼研所對“微機在拉力試驗中的應用”做了系統而深入的研究，他們在一臺300kN的液壓試驗機上安裝了傳感器、油門驅動機構和測量控制電路，配上一臺微機，幾乎控制了試驗的全過程，直到打印出試驗報告。用另一臺微機與控制試驗機的微機相聯，建立了力學性能數據庫，管理并分析本企業的力學性能數據。從而可根據需要以不同方式進行統計計算，得到統計規律，從而發現本企業產品質量的主要問題，提出改善產品質量的方向。鋼鐵研究總院匯集力學試驗方法標準、力學性能試驗技術、力與應變的自動化測試和計量、電子計算機應用等技術研制成功的LZC拉伸自動測試系統，滿足GB228-2002對拉伸試驗的全部技術要求，自動化程度高，且具有簡便易學、測試可靠的優點，是一套成功的拉伸試驗自動測試系統。上海交通大學也開發成功相類似設備。
眾所周知，在進行拉伸試驗的同時，必須保證拉伸過程中試樣夾持的牢靠性，一定要防止“打滑”現象的發生，這也是整個自動化改造內容的重要組成部分。合肥鋼鐵公司研制的HGJ型液壓夾具，經長期生產檢驗證明功能可靠、效果明顯、經濟耐用。
上鋼三廠鋼研所力學室為適應大生產需要，對沖擊試驗機進行了“金屬材料夏比沖擊試驗沖擊功及沖擊韌性數字示值系統”的研究工作，實現了沖擊功Ak和沖擊韌性ak值的數值運算及顯示，且成本低、速度快及使用方便，特別適用于大生產中連續快節奏的檢驗工作。
北京科技大學開展了“位移顯示儀的研制和在材料試驗機上的應用”、“材料試驗機應力和應變速率指示儀”等課題研究。重慶特鋼公司研究所研制成功了多用途電子引伸計及三佳材料試驗機自動測控系統，對試驗機改造和測試自動化實驗研究做出了貢獻。
2 力學性能與材料綜合性能關系的研究現狀
為了提高鋼材質量，還開展了力學性能參數與材料綜合性能間關系及機理方面的研究工作。如合肥鋼鐵公司鋼研所理化室用該公司十余年來積累的系統數據及資料，對帶肋鋼筋拉伸無屈服現象與材料強化、脆化、組織異常和某些化學成分偏高之間的關系進行了系統的研究，寫出了“熱軋帶肋鋼筋拉伸無屈服現象的歷史回顧與認識”一文。這篇論文對上述具有普遍現象的重要問題進行了全面系統的分析和研究，指出了帶肋鋼筋拉伸無屈服現象的本質所在，并提出了若干加強鋼筋生產中全面質量管理的措施及在力學試驗上提出了如何處理帶肋鋼筋屈服不明的建議，對確保鋼筋產品質量具有重要的現實意義。
用力學方法研究冶金現象是當今流行的方法之一。北京科技大學用應力松弛方法研究了低碳貝氏體鋼的析出過程，通過試驗得出了應力2時間曲線，發現當有析出物出現時，應力松弛曲線上出現了由兩個拐點形成的平臺，第一個拐點表明析出過程開始，第二個拐點表明析出過程結束。根據不同溫度下的析出開始時間和析出結束時間，即可繪出PTT曲線。實驗表明，此方法靈敏度高、效率高、節約時間，是研究析出過程的一種好方法。
3 概率統計理論在力學檢測中的應用
從科學角度而言，任何事物都有某些不確定因素(隨機因素)存在。因此，對金屬材料的力學性能而言，應該用概率統計理論去分析和研究。實際上概率統計理論在疲勞性能、高溫力學性能和常規力學性能研究中都有所應用，特別在疲勞統計學中應用得最為成功。
金屬材料的質量是由多個性能參數來描述，在對其質量評定時不能只從單一的性能(如強度、塑性或韌性等)來進行比較，而往往采用“歸一化方法”來進行綜合評定，再根據多個性能指標的重要性(由使用情況決定)進行加權處理，即采用“加權歸一化方法”，從而得到加權歸一化數據來全面客觀地評定材料的質量，這是一種值得采用的方法，也屬于統計方法。北滿特鋼試驗室通過數理統計和回歸分析方法找出了導致45鋼斷面收縮率低、冶煉成分控制和冶煉方法上存在的問題，提出了最佳碳冶煉控制范圍和冶煉方法改進措施，較大程度地提高了45鋼斷面收縮率。這是應用數理統計理論研究材料性能與生產工藝的關系，以提高鋼材質量的較好實例。
結合本檢測室檢測的數據，利用數理統計方法，對20MnSi螺紋鋼進行力學性能統計分析，找出其力學性能指標的分布情況和理論合格率。通過對550爐試驗數據的整理，得到屈服強度、抗拉強度和延伸率的分布規律，其分布服從正態分布(圖1)。
圖1 20MnSi 螺紋鋼屈服強度、抗拉強度、延伸率的正態分布圖
其分布函數如下：
式中，ReL為下屈服強度，MPa；為Rm為抗拉強度，MPa；A為延伸率，%。
由積分法可得到ReL，Rm和A值在區間(a，b)中的概率P為：
由圖1看出，ReL值在367～407MPa的概率為59.23%，在347～427MPa的概率為90.25%，其理論合格率為99.13%。Rm值在540～580MPa的概率為89.43%，在580～600MPa的概率為7.12%，其理論合格率為99.63%。延伸率A值在27%～31%的概率為55.17%，在24%～34%的概率為94.21%，其理論合格率為100%，且延伸率A值大于等于22%的概率為99.17%。通過以上分析可知，公司生產的20MnSi螺紋鋼的ReL、Rm和A值合格率較高。
雖然20MnSi螺紋鋼力學性能的分布服從正態分布，生產屬正常，且質量合格率較高，達99%以上，但也存在問題，仍有強度不合格和脆斷等發生，這表明應加強管理，嚴格冶煉制度和軋制工藝，杜絕不合格產品出現。
4 結語
物理測試具有其自身的學科體系，需要完善和提高。沒有學科技術的支持，很難解決鋼鐵產品的理化檢驗問題，很難確保柳鋼的產品質量。為了提高理化分析檢驗技術水平，必須有針對性地研究一些學科性問題，使之完善化和系統化。以“準確、快速檢測為目標”加以研究開發。一方面建立數據庫，處理現有數據，獲得有關產品質量的更多信息，對生產過程加以控制；另一方面應加強前沿性研究，提高力學測試水平，促進鋼材產品質量的穩定和發展。
本文摘自：潘新紅“力學測試現狀及提高檢測水平的初步探討”M9j熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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