铝合金力学性能检测实验方法

铝合金因轻质、耐腐蚀、易加工等特性，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。其力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性）直接决定产品可靠性，因此准确的检测实验方法是保证铝合金材料及制品质量的关键。本文围绕铝合金力学性能检测的核心实验方法，详细阐述试样制备、拉伸、硬度、冲击、弯曲等实验的操作要点与技术要求。

铝合金力学性能检测的试样制备要求

试样是实验的基础，其质量直接影响检测结果的准确性。铝合金试样制备需遵循相关国家标准（如GB/T 228、GB/T 231等），首先根据实验类型确定试样尺寸：拉伸试样通常采用圆形或矩形截面试样，需保证平行段光洁度（Ra≤0.8μm）；硬度试样需表面平整，无氧化皮或划痕；冲击试样需加工出标准缺口（U型或V型），缺口处无毛刺。

加工过程中，应避免试样产生加工硬化或热损伤。例如，采用机械加工时，需控制切削速度（铝合金宜采用高速切削，避免粘刀），并通过退火处理消除加工应力；对于薄板材试样，需用剪床或激光切割下料，确保边缘整齐。

试样制备完成后，需进行外观检查：拉伸试样平行段不得有明显弯曲，硬度试样表面需经研磨抛光，冲击试样缺口尺寸需用投影仪或游标卡尺验证，确保符合标准要求。

铝合金拉伸试验的操作方法与指标

拉伸试验是检测铝合金强度与塑性的最常用方法，依据GB/T 228《金属材料 室温拉伸试验方法》执行。实验设备为万能材料试验机，需具备力值与位移记录功能，实验前需校准力传感器与引伸计。

操作步骤：首先将试样装夹在试验机夹头中，确保试样轴线与试验机加载轴线重合（偏差≤2°）；然后安装引伸计（测量屈服强度时需用），设定加载速率（对于铝合金，弹性阶段加载速率通常为0.00025～0.0025/s，塑性阶段为0.005～0.05/s）；启动试验机，缓慢加载，记录力-位移曲线或力-时间曲线。

实验结束后，计算关键指标：屈服强度（σs）—— 试样发生塑性变形时的最小应力（若无明显屈服，采用规定非比例伸长应力σp0.2）；抗拉强度（σb）—— 试样断裂前的最大应力；伸长率（δ）—— 试样断裂后标距段的伸长量与原标距的百分比（如δ5或δ10，对应标距5倍或10倍直径）。

注意事项：加载过程中不得突然改变速率，避免试样偏心加载；断裂后需将试样对接，测量标距段长度时需避免过度挤压；对于脆性铝合金（如铸造铝合金），需注意安全防护，防止碎片飞溅。

铝合金硬度试验的类型与操作要点

硬度试验用于快速评估铝合金的表面硬度与抗变形能力，常用方法包括布氏、维氏、洛氏硬度试验，需根据试样尺寸与材料硬度选择。

布氏硬度试验（GB/T 231）适用于软质或低强度铝合金（如纯铝、Al-Mg合金）：采用10mm硬质合金压头，载荷根据试样厚度选择（如厚度≥6mm时用3000kgf）；将压头压入试样表面保持10～15秒，测量压痕直径，通过公式计算布氏硬度值（HBW）。操作时需保证压痕中心距试样边缘≥2.5倍压痕直径，相邻压痕间距≥3倍压痕直径。

维氏硬度试验（GB/T 4340）适合薄板材、小件或表面处理后的铝合金：采用正方形金刚石压头，载荷1～100kgf（如薄试样用1kgf）；压入后测量压痕对角线长度，计算维氏硬度值（HV）。该方法精度高，但需用显微镜测量压痕，操作较繁琐。

洛氏硬度试验（GB/T 230）适用于快速检测：铝合金常用HRB标尺（1.588mm钢球压头，100kgf载荷）或HRE标尺（3.175mm钢球压头，100kgf载荷）；施加初载荷（10kgf）后加主载荷，卸除主载荷后读取硬度值。注意试样厚度需≥10倍压痕深度，表面需平整无油污。

铝合金冲击韧性的检测方法

冲击试验用于评估铝合金在冲击载荷下的抗断裂能力，常用夏比摆锤冲击试验（GB/T 229）。实验设备为摆锤冲击试验机，需校准摆锤能量（如150J、300J）。

试样制备：采用标准夏比试样（10mm×10mm×55mm），加工U型（缺口深度2mm，半径1mm）或V型（缺口深度2mm，角度45°）缺口；缺口需用铣刀或线切割加工，确保表面粗糙度Ra≤1.6μm。

操作步骤：将试样安装在支座上，缺口背对摆锤；释放摆锤冲击试样，记录冲击功（AKU或AKV）；若需低温冲击，将试样放入低温槽（如-40℃）保温30分钟，取出后10秒内完成冲击。

注意事项：试样安装需牢固，避免冲击时移位；摆锤释放前需确认周围安全；冲击后检查断裂面，若为脆性断裂（结晶状），需记录断裂特征。

铝合金弯曲性能的实验方法

弯曲试验用于检测铝合金的塑性与抗弯强度（GB/T 232），适用于板材、型材等半成品。实验设备为万能试验机或专用弯曲试验机。

试样制备：采用矩形截面试样（宽度b=20mm，厚度d=3mm，长度L=5d+150mm），表面无裂纹、夹杂。

操作步骤：常用三点弯曲法，支座间距S=10d；压头（直径2d）对准试样中心，以1～5mm/min速率加载，直至试样弯曲至90°或断裂；记录最大载荷与挠度。

指标计算：抗弯强度（σbb）=3FL/(2bd²)（F为最大载荷，L为支座间距）；若试样未断裂，需记录弯曲角度与表面裂纹情况。

注意事项：支座与压头需用硬质材料，避免变形；加载过程中观察试样表面，出现裂纹时停止加载。