金属材料力学性能试验的试样制备

一、取样位置:对于金属材料的取样，需要考虑材料的均匀性和代表性。一般应从材料的典型部位取样，避免在材料的边缘、表面缺陷或应力集中区域取样。例如，对于轧制板材，应在距边缘一定距离（通常至少为板宽的 1/4）的位置取样，以确保所取试样的性能能够代表材料的整体性能。

如果是锻件，要考虑锻造流线方向。对于承受拉伸、弯曲等载荷方向与锻造流线有关的性能测试，试样的轴线应尽量与锻造流线方向一致，这样才能准确反映材料在实际使用中的力学性能。
试样形状和尺寸：
对于布氏硬度试验，试样厚度应不小于压痕深度的 10 倍。一般要求试样表面平整光洁，以确保硬度测试的准确性。例如，在测试较大硬度的材料时，由于压痕较小，对试样表面平整度的要求更高。
洛氏硬度试验的试样尺寸要求相对灵活，但同样需要保证表面质量。试样表面粗糙度一般要求 Ra 不大于 0.8μm，并且表面应无氧化皮、油污等杂质，否则会影响硬度测试的精度。
最常见的冲击试样是夏比V 型缺口和 U 型缺口试样。V 型缺口试样的缺口角度为 45°，深度为 2mm。试样尺寸一般为 10mm×10mm×55mm，在试样中间开有规定形状的缺口，其目的是在冲击试验时使试样在缺口处产生应力集中，从而更准确地测量材料的韧性。
U 型缺口试样的缺口底部半径为 1mm，尺寸也为 10mm×10mm×55mm。不同的缺口形状用于模拟不同类型的实际冲击情况，并且在不同的标准和材料应用场景下有具体的规定。
拉伸试样一般有圆形和矩形两种截面形状。圆形试样的标距部分（用于测量伸长量的部分）直径通常为 5 - 10mm，如常用的直径为 6mm 或 8mm。其标距长度与直径之比（长径比）对于比例试样一般为 5:1 或 10:1。例如，直径为 10mm 的试样，其标距长度可以是 50mm（5:1 长径比）或 100mm（10:1 长径比）。
矩形试样的厚度一般为 3 - 10mm，宽度通常在 10 - 30mm 之间。标距长度与截面尺寸也有一定的比例关系，以保证在拉伸过程中试样的变形均匀性。
试样加工方法：对于圆形拉伸试样等，车削是主要的加工方法。车削可以精确地控制试样的直径和长度。在车削过程中，要合理选择刀具、切削速度和进给量，以保证试样的尺寸精度和表面质量。例如，在车削直径为 8mm 的拉伸试样时，要根据材料的硬度等特性选择合适的硬质合金刀具，并且将切削速度控制在适当范围内，避免产生过多的加工硬化。铣削主要用于加工矩形试样等具有平面和复杂轮廓的试样，通过铣削可以加工出试样的标距部分和夹持部分等不同形状的区域。
磨削主要用于提高试样表面的平整度和光洁度。在加工硬度试样时，需要通过磨削使试样表面达到测试要求的粗糙度。例如，在制备洛氏硬度试样时，通过平面磨床磨削可以将试样表面的粗糙度降低到规定范围内。磨削时要注意控制磨削参数，避免试样表面过热而产生金相组织变化，影响材料的力学性能。
可以采用机械切割（如锯床切割）、线切割等方法。机械切割适用于形状规则、尺寸较大的试样，如板材、棒材的初步切割。锯床切割的速度相对较慢，但成本较低。线切割则精度较高，能够切割出复杂形状的试样，并且切割后的试样表面质量较好，但其设备成本较高。例如，在制备小型精密拉伸试样时，线切割可以精确地控制尺寸，减少后续加工余量。
试样标记：试样制备完成后，需要对试样进行标记，以便识别。标记内容包括试样编号、材料牌号、取样方向等信息。标记方法有多种，如打钢印、用耐蚀性标记笔书写等。打钢印时要注意避免在试样的关键部位（如标距部分、缺口处）产生应力集中，影响试验结果。对于小型试样或者表面质量要求高的试样，使用耐蚀性标记笔是较好的选择，标记的位置应明显且不会在试验过程中被擦掉或损坏。
具体查看标准：以下等标准。附录解释试样规范。
GB/T 228.1-2021《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》
GB/T 229.1-2020《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法 第 1 部分：试验方法》
GB/T 230.1-2018《金属材料 洛氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》
GB/T 231.2-2018《金属材料 布氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》
GB/T 4340.1-2024《金属材料 维氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》
GB/T 17394.1-2014《金属材料 里氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》
等