摘 要：力学测试是钢铁质量检验的最后一道把关，如何提高力学测试及研究水平关系到减少质量异议和提升企业信誉度，因此，有必要从专业的角度借鉴其它先进经验和学习先进检测手段。本章综合力学测试的相关进展，结合笔者工作的相关数据，针对如何提高力学测试及研究水平进行了探讨。
关键词：力学测试；屈服强度；抗拉强度
冶金工业的发展使钢材产品质量提高和产量增加，这就要求力学性能测试准确度提高，速度加快，并获得更多的信息。如随着全面质量管理工作的开展，要求所测试的数据不仅仅是用来确定产品合格与否，还要求对钢材生产过程中质量的控制提供重要的信息。因此，如何提高力学测试及研究水平是一个非常重的问题。
1 试验机改造综述
我国冶金工业系统，用来进行力学性能检测的设备，大多是油压式材料试验机。要适应生产发展的需要、加快检测速度、提高测试准确度，对试验机改造而言，微机的应用是一个非常重要的方面。昆钢钢研所对“微机在拉力试验中的应用”做了系统而深入的研究，他们在一台300kN的液压试验机上安装了传感器、油门驱动机构和测量控制电路，配上一台微机，几乎控制了试验的全过程，直到打印出试验报告。用另一台微机与控制试验机的微机相联，建立了力学性能数据库，管理并分析本企业的力学性能数据。从而可根据需要以不同方式进行统计计算，得到统计规律，从而发现本企业产品质量的主要问题，提出改善产品质量的方向。钢铁研究总院汇集力学试验方法标准、力学性能试验技术、力与应变的自动化测试和计量、电子计算机应用等技术研制成功的LZC拉伸自动测试系统，满足GB228-2002对拉伸试验的全部技术要求，自动化程度高，且具有简便易学、测试可靠的优点，是一套成功的拉伸试验自动测试系统。上海交通大学也开发成功相类似设备。
众所周知，在进行拉伸试验的同时，必须保证拉伸过程中试样夹持的牢靠性，一定要防止“打滑”现象的发生，这也是整个自动化改造内容的重要组成部分。合肥钢铁公司研制的HGJ型液压夹具，经长期生产检验证明功能可靠、效果明显、经济耐用。
上钢三厂钢研所力学室为适应大生产需要，对冲击试验机进行了“金属材料夏比冲击试验冲击功及冲击韧性数字示值系统”的研究工作，实现了冲击功Ak和冲击韧性ak值的数值运算及显示，且成本低、速度快及使用方便，特别适用于大生产中连续快节奏的检验工作。
北京科技大学开展了“位移显示仪的研制和在材料试验机上的应用”、“材料试验机应力和应变速率指示仪”等课题研究。重庆特钢公司研究所研制成功了多用途电子引伸计及三佳材料试验机自动测控系统，对试验机改造和测试自动化实验研究做出了贡献。
2 力学性能与材料综合性能关系的研究现状
为了提高钢材质量，还开展了力学性能参数与材料综合性能间关系及机理方面的研究工作。如合肥钢铁公司钢研所理化室用该公司十余年来积累的系统数据及资料，对带肋钢筋拉伸无屈服现象与材料强化、脆化、组织异常和某些化学成分偏高之间的关系进行了系统的研究，写出了“热轧带肋钢筋拉伸无屈服现象的历史回顾与认识”一文。这篇论文对上述具有普遍现象的重要问题进行了全面系统的分析和研究，指出了带肋钢筋拉伸无屈服现象的本质所在，并提出了若干加强钢筋生产中全面质量管理的措施及在力学试验上提出了如何处理带肋钢筋屈服不明的建议，对确保钢筋产品质量具有重要的现实意义。
用力学方法研究冶金现象是当今流行的方法之一。北京科技大学用应力松弛方法研究了低碳贝氏体钢的析出过程，通过试验得出了应力2时间曲线，发现当有析出物出现时，应力松弛曲线上出现了由两个拐点形成的平台，第一个拐点表明析出过程开始，第二个拐点表明析出过程结束。根据不同温度下的析出开始时间和析出结束时间，即可绘出PTT曲线。实验表明，此方法灵敏度高、效率高、节约时间，是研究析出过程的一种好方法。
3 概率统计理论在力学检测中的应用
从科学角度而言，任何事物都有某些不确定因素(随机因素)存在。因此，对金属材料的力学性能而言，应该用概率统计理论去分析和研究。实际上概率统计理论在疲劳性能、高温力学性能和常规力学性能研究中都有所应用，特别在疲劳统计学中应用得最为成功。
金属材料的质量是由多个性能参数来描述，在对其质量评定时不能只从单一的性能(如强度、塑性或韧性等)来进行比较，而往往采用“归一化方法”来进行综合评定，再根据多个性能指标的重要性(由使用情况决定)进行加权处理，即采用“加权归一化方法”，从而得到加权归一化数据来全面客观地评定材料的质量，这是一种值得采用的方法，也属于统计方法。北满特钢试验室通过数理统计和回归分析方法找出了导致45钢断面收缩率低、冶炼成分控制和冶炼方法上存在的问题，提出了最佳碳冶炼控制范围和冶炼方法改进措施，较大程度地提高了45钢断面收缩率。这是应用数理统计理论研究材料性能与生产工艺的关系，以提高钢材质量的较好实例。
结合本检测室检测的数据，利用数理统计方法，对20MnSi螺纹钢进行力学性能统计分析，找出其力学性能指标的分布情况和理论合格率。通过对550炉试验数据的整理，得到屈服强度、抗拉强度和延伸率的分布规律，其分布服从正态分布(图1)。
图1 20MnSi 螺纹钢屈服强度、抗拉强度、延伸率的正态分布图
其分布函数如下：
式中，ReL为下屈服强度，MPa；为Rm为抗拉强度，MPa；A为延伸率，%。
由积分法可得到ReL，Rm和A值在区间(a，b)中的概率P为：
由图1看出，ReL值在367～407MPa的概率为59.23%，在347～427MPa的概率为90.25%，其理论合格率为99.13%。Rm值在540～580MPa的概率为89.43%，在580～600MPa的概率为7.12%，其理论合格率为99.63%。延伸率A值在27%～31%的概率为55.17%，在24%～34%的概率为94.21%，其理论合格率为100%，且延伸率A值大于等于22%的概率为99.17%。通过以上分析可知，公司生产的20MnSi螺纹钢的ReL、Rm和A值合格率较高。
虽然20MnSi螺纹钢力学性能的分布服从正态分布，生产属正常，且质量合格率较高，达99%以上，但也存在问题，仍有强度不合格和脆断等发生，这表明应加强管理，严格冶炼制度和轧制工艺，杜绝不合格产品出现。
4 结语
物理测试具有其自身的学科体系，需要完善和提高。没有学科技术的支持，很难解决钢铁产品的理化检验问题，很难确保柳钢的产品质量。为了提高理化分析检验技术水平，必须有针对性地研究一些学科性问题，使之完善化和系统化。以“准确、快速检测为目标”加以研究开发。一方面建立数据库，处理现有数据，获得有关产品质量的更多信息，对生产过程加以控制；另一方面应加强前沿性研究，提高力学测试水平，促进钢材产品质量的稳定和发展。
本文摘自：潘新红“力学测试现状及提高检测水平的初步探讨”M9j热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
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