GB/T 32498-金屬基復(fù)合材料力學(xué)拉伸試驗(yàn)解析
GB/T 32498-2016《金屬基復(fù)合材料 拉伸試驗(yàn) 室溫試驗(yàn)方法》的發(fā)布具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)高性能材料的需求日益增長(zhǎng)。金屬基復(fù)合材料結(jié)合了金屬的強(qiáng)度和復(fù)合材料的特性，在航空航天、汽車(chē)制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
該標(biāo)準(zhǔn)的制定，為顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的室溫拉伸試驗(yàn)提供了規(guī)范和指導(dǎo)。它明確了試驗(yàn)方法的術(shù)語(yǔ)和定義、符號(hào)和說(shuō)明、原理等，使得不同實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)能夠有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循，確保了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。
例如，在航空航天領(lǐng)域，對(duì)材料的性能要求極高。金屬基復(fù)合材料的拉伸性能直接關(guān)系到飛行器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性。GB/T 32498-2016 的實(shí)施，有助于提高金屬基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用可靠性。
此外，該標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍明確，為顆粒和短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的性能評(píng)估提供了科學(xué)的方法。這對(duì)于推動(dòng)金屬基復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用具有重要的促進(jìn)作用。
（一）范圍規(guī)定
GB/T 32498-2016 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)金屬基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)的各個(gè)方面進(jìn)行了明確規(guī)定。在術(shù)語(yǔ)定義方面，清晰地界定了金屬基復(fù)合材料、標(biāo)距等關(guān)鍵概念，為試驗(yàn)操作和結(jié)果解讀提供了準(zhǔn)確的語(yǔ)言基礎(chǔ)。符號(hào)說(shuō)明則使試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)表達(dá)更加簡(jiǎn)潔明了，便于不同人員之間的交流與理解。原理部分闡述了拉伸試驗(yàn)的基本原理，為試驗(yàn)的科學(xué)性提供了理論支撐。
在設(shè)備方面，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)所需的各種設(shè)備進(jìn)行了規(guī)范，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。試樣的規(guī)定包括試樣的形狀、尺寸、制備方法等，為試驗(yàn)提供了統(tǒng)一的樣本標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)試驗(yàn)要求和報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，使試驗(yàn)過(guò)程更加規(guī)范，結(jié)果更加具有可追溯性。
（二）試驗(yàn)項(xiàng)目
室溫拉伸試驗(yàn)是該標(biāo)準(zhǔn)的核心項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)金屬基復(fù)合材料在室溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，可以獲得材料的拉伸性能參數(shù)，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估材料的力學(xué)性能和適用范圍至關(guān)重要。室溫拉伸試驗(yàn)?zāi)軌蚰M材料在實(shí)際使用環(huán)境中的受力情況，為材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
（三）試驗(yàn)設(shè)備
金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)是進(jìn)行金屬基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備。它能夠提供精確的拉力和位移測(cè)量，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。環(huán)儀儀器作為設(shè)備廠商，在金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力。其生產(chǎn)的金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)具有高精度、高穩(wěn)定性和可靠性等特點(diǎn)，能夠滿足 GB/T 32498-2016 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求。
（四）試驗(yàn)程序
規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的測(cè)定是通過(guò)力 - 延伸曲線圖來(lái)進(jìn)行的。在曲線圖上作一條與曲線的彈性直線段部分平行，且在延伸軸上與此直線段的距離等效于規(guī)定塑性延伸率的平行線。此平行線與曲線的交截點(diǎn)給出相應(yīng)于所求規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的力，此力除以試樣原始橫截面積 S0，得到規(guī)定的塑性延伸強(qiáng)度。例如，在實(shí)際操作中，根據(jù)不同材料的特性和要求，規(guī)定塑性延伸率可能會(huì)有所不同。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，規(guī)定塑性延伸率可能在 1% - 5% 之間；而對(duì)于短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，規(guī)定塑性延伸率可能在 2% - 6% 之間。
規(guī)定總延伸強(qiáng)度的測(cè)定在力 - 延伸曲線圖上，作一條平行于力軸并與該軸的距離等效于規(guī)定總延伸率的平行線，此平行線與曲線的交截點(diǎn)給出相應(yīng)于規(guī)定總延伸強(qiáng)度的力，此力除以試樣橫截面積 S，得到規(guī)定總延伸強(qiáng)度 R0。也可不繪制力 - 延伸曲線圖而使用自動(dòng)處理裝置或自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定規(guī)定總延伸強(qiáng)度，按照 GB/T 228.1 - 2010 附錄 A 進(jìn)行。規(guī)定總延伸強(qiáng)度的測(cè)定對(duì)于評(píng)估材料的整體性能具有重要意義，它能夠反映材料在拉伸過(guò)程中的最大承載能力。
三、拉伸試驗(yàn)意義
GB/T 32498-2016 標(biāo)準(zhǔn)中的拉伸試驗(yàn)對(duì)于評(píng)估金屬基復(fù)合材料性能具有至關(guān)重要的作用。
首先，通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以準(zhǔn)確地獲取金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能參數(shù)，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等。這些參數(shù)為材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。例如，在汽車(chē)制造領(lǐng)域，了解材料的抗拉強(qiáng)度可以確保汽車(chē)零部件在承受各種應(yīng)力時(shí)不會(huì)發(fā)生斷裂，提高汽車(chē)的安全性和可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用金屬基復(fù)合材料制造的汽車(chē)零部件，相比傳統(tǒng)材料能夠減輕重量約 30%，同時(shí)提高強(qiáng)度約 20%。
其次，拉伸試驗(yàn)?zāi)軌蚰M材料在實(shí)際使用環(huán)境中的受力情況，幫助工程師更好地了解材料的性能特點(diǎn)。例如，在航空航天領(lǐng)域，飛行器在飛行過(guò)程中會(huì)受到各種復(fù)雜的力的作用，通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以評(píng)估金屬基復(fù)合材料在這些力的作用下的性能表現(xiàn)，為飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
此外，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有助于提高金屬基復(fù)合材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用可靠性。由于不同實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)都遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此可以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。這對(duì)于推動(dòng)金屬基復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用具有重要的促進(jìn)作用。
總之，GB/T 32498-2016 標(biāo)準(zhǔn)中的拉伸試驗(yàn)對(duì)于評(píng)估金屬基復(fù)合材料性能具有不可替代的重要作用，通過(guò)準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)范的操作流程，為材料的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供了有力的保障，便于更好地理解和推廣該標(biāo)準(zhǔn)。
四、拉伸試驗(yàn)方法
GB/T 32498-2016《金屬基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)室溫試驗(yàn)方法》在制定過(guò)程中引用了一系列標(biāo)準(zhǔn)，為試驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性提供了有力保障。其中包括 GB/T 12160《金屬材料單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)系統(tǒng)的標(biāo)定》，該標(biāo)準(zhǔn)于 2019 年 10 月 18 日更新；GB/T 16825.1《金屬材料靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)第 1 部分：拉力和（或）壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》，2022 年 10 月 14 日更新；GB/T 22066《靜力單軸試驗(yàn)機(jī)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的評(píng)定》；GB/T 22315《金屬材料.彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法》；GB/T 228.1 - 2010《金屬材料.拉伸試驗(yàn).第 1 部分：室溫試驗(yàn)方法》；GB/T 2975《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》，2018 年 5 月 14 日更新。這些引用標(biāo)準(zhǔn)在金屬材料的力學(xué)性能測(cè)試方面具有權(quán)威性，確保了金屬基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)的可靠性。
GB/T 32498-2016 的歷代版本情況如下：2016 年發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)行版本，規(guī)定了金屬基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)方法的術(shù)語(yǔ)和定義、符號(hào)和說(shuō)明、原理、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)要求和試驗(yàn)報(bào)告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的室溫拉伸試驗(yàn)。目前，GB/T 32498-2016 仍然是該標(biāo)準(zhǔn)的最新版本，在金屬基復(fù)合材料的室溫拉伸試驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用。
在具體的拉伸試驗(yàn)方法中，首先要明確試驗(yàn)的范圍和適用對(duì)象。該標(biāo)準(zhǔn)適用于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的室溫拉伸試驗(yàn)，明確了試驗(yàn)的邊界條件。其次，在試驗(yàn)設(shè)備方面，要求使用符合標(biāo)準(zhǔn)的金屬拉伸試驗(yàn)機(jī)，確保設(shè)備的精度和穩(wěn)定性。對(duì)于試樣的制備，也有嚴(yán)格的規(guī)定，包括試樣的形狀、尺寸、制備方法等，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。在試驗(yàn)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)程序進(jìn)行操作，包括規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度和規(guī)定總延伸強(qiáng)度的測(cè)定方法等。同時(shí)，要注意引用標(biāo)準(zhǔn)的更新情況，及時(shí)調(diào)整試驗(yàn)方法，以確保試驗(yàn)結(jié)果的有效性。
五、金屬基復(fù)合材料特點(diǎn)
（一）金屬基復(fù)合材料的特點(diǎn)
金屬基復(fù)合材料具有諸多顯著特點(diǎn)。首先是高比強(qiáng)度和高比模量，這意味著在同等重量下，它能承受更大的應(yīng)力和具有更高的剛度。例如，碳纖維增強(qiáng)鋁復(fù)合材料其比強(qiáng)度可達(dá) 3～4×107mm，比模量為 6～8×109mm。其次，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，這使得它在電子、熱控等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。再者，熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定好，能夠在不同溫度環(huán)境下保持穩(wěn)定的尺寸，減少因熱脹冷縮帶來(lái)的影響。同時(shí)，它還具有良好的高溫性能，在高溫環(huán)境下仍能保持較高的強(qiáng)度和剛度，適合應(yīng)用于航空航天、發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫工作環(huán)境。此外，金屬基復(fù)合材料耐磨性好，能夠減少因摩擦帶來(lái)的損耗，延長(zhǎng)使用壽命。疲勞性能和斷裂韌度好，使其在承受反復(fù)載荷時(shí)表現(xiàn)出更好的可靠性。而且，它具有性能再現(xiàn)性及可加工性好的特點(diǎn)，便于根據(jù)不同的需求進(jìn)行加工和制造。不吸潮、不老化、氣密性好，保證了其在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。
（二）增強(qiáng)體材料的特性
作為金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體應(yīng)具有以下基本特性：
能明顯提高金屬基某種所需特性的性能，如高的比強(qiáng)度、比模量、高導(dǎo)熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹性等。以高熱導(dǎo)率的碳納米管、金剛石、高定向熱解石墨作為增強(qiáng)相，可獲得高導(dǎo)熱、低膨脹、低密度的理想電子封裝材料。例如，在熱管理性能方面，金剛石顆粒增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá) 550～600W/mK，線膨脹系數(shù)為 7.0～7.5ppm/K，密度為 3.1g/cm3。
良好地化學(xué)穩(wěn)定性，在金屬基復(fù)合材料制備和使用過(guò)程中其組織結(jié)構(gòu)和性能不發(fā)生明顯地變化和退化，與金屬基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)。
與金屬有良好地潤(rùn)濕性，通過(guò)表面處理能與金屬基體良好潤(rùn)濕、復(fù)合和分布均勻。
（三）金屬基體的選擇原則
使用性能要求：金屬基復(fù)合材料構(gòu)（零）件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)。例如，航天航空領(lǐng)域需要高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性的材料，常選用 Al、Ti 等作為基體；高性能發(fā)動(dòng)機(jī)要求高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫性能，可選用 Ti、Ni、金屬間化合物作為基體。
增強(qiáng)物性質(zhì)和增強(qiáng)機(jī)制：金屬基復(fù)合材料有連續(xù)增強(qiáng)和非連續(xù)增強(qiáng)之分。在連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，基體的主要作用應(yīng)是以充分發(fā)揮增強(qiáng)纖維的性能為主，基體本身應(yīng)與纖維有良好的相容性和塑性。對(duì)于非連續(xù)增強(qiáng)（顆粒、晶須、短纖維）金屬基復(fù)合材料，基體的強(qiáng)度對(duì)其具有決定的影響。
界面反應(yīng)：在金屬基復(fù)合材料制備過(guò)程中，金屬基體與增強(qiáng)物在高溫復(fù)合過(guò)程中會(huì)發(fā)生不同程度的界面反應(yīng)?；w金屬中往往含有不同類(lèi)型的合金元素，這些合金元素與增強(qiáng)物的反應(yīng)程度不同，反應(yīng)后生成的反應(yīng)產(chǎn)物也不同。因此，需在選用基體合金成分時(shí)充分考慮，盡可能選擇既有利于金屬與增強(qiáng)物浸潤(rùn)復(fù)合，又有利于形成合適穩(wěn)定的界面的合金元素。
掃一掃關(guān)注:檢卓測(cè)試
