一般來說(shuo)，制定(ding)金屬材料工(gong)藝(yi)的目的，在于以最經濟的生產工(gong)藝(yi)，加(jia)工(gong)出滿足要求的產品。
就產品而言，產品包括原材料和零部件及設備。以金屬材料為例，生產不銹鋼板、不(bu)銹鋼管、不銹鋼絲等原材料的，為原材料生產，原材料生產需要有正確、合理的生產工藝；如以板、管、絲為原材料，加工出用戶所需的制品、零部件及設備，就為材料加工。材料加工也需要有正確、合理的加工工藝。而正確、合理的加工工藝是要依據材料的工藝性能來制定的。
不銹鋼的各種工藝性能會因鋼種的不同而不同，如奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼與鐵素體不銹鋼的成形性能就截然不同。在深沖過程中奧氏體不銹鋼的最佳沖壓變形率為40％～60％，而鐵素體不銹鋼的最佳沖壓變形率僅為20％～30％。通過對不銹鋼材料進行杯突試驗，對所制定的沖壓工藝進行評定，進而達到制定正確合理的加工工藝，指導加工生產，獲得優質、經濟的產品。
一、工(gong)藝性能試(shi)驗(yan)方法
對不銹鋼的(de)加(jia)工工藝進(jin)行評價的(de)主要有以下試驗(yan)方法(fa)：
①. 拉伸試驗(yan)，用于(yu)評價材料(liao)塑性、韌性，可以(yi)確定其(qi)塑性成形性能；
②. 彎曲試驗(yan)，是檢驗(yan)金屬（及覆蓋層(ceng)）的(de)(de)耐反復彎曲能力并(bing)顯示其缺陷的(de)(de)試驗(yan)；
③. 杯突(tu)試驗，是檢(jian)驗金屬材料沖壓(ya)性能的一種方法(fa)；
④. 沖擊試驗，是檢驗金屬材料(liao)沖擊韌性的一種方法。
以(yi)焊接為例說明金屬材(cai)料對(dui)焊接加工的適應性，它包(bao)括下面(mian)兩個方面(mian)。
1. 對工(gong)藝(yi)焊(han)接性(xing)方面(mian)的分(fen)析
焊(han)接(jie)工藝(yi)(yi)評定(ding)，主(zhu)要考(kao)察金屬材(cai)料在(zai)一(yi)定(ding)工藝(yi)(yi)條件下（主(zhu)要指用某(mou)種焊(han)接(jie)方法）焊(han)接(jie)時產(chan)生焊(han)接(jie)缺(que)陷(xian)（問題）的傾向性(xing)(xing)和嚴重(zhong)性(xing)(xing)。在(zai)各種焊(han)接(jie)工藝(yi)(yi)缺(que)陷(xian)中裂紋的危害(hai)性(xing)(xing)最(zui)大，產(chan)生的原因多(duo)而復雜(za)，故分(fen)析的重(zhong)點放(fang)在(zai)金屬材(cai)料的抗裂性(xing)(xing)能上。
2. 對使用焊接性方面的分(fen)析
焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝評定(ding)，主(zhu)要(yao)考(kao)察(cha)(cha)金屬材料(liao)在給(gei)定(ding)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝條件下，焊(han)(han)(han)成的接(jie)(jie)(jie)頭(tou)或整個焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)結構是否(fou)滿足使用(yong)(yong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的要(yao)求，如強度、塑性(xing)、韌(ren)度、疲(pi)勞、蠕變(bian)、耐(nai)(nai)蝕或耐(nai)(nai)磨等性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。若按等性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)原則(ze)設(she)計焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)，則(ze)以母(mu)材的性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)為依(yi)據(ju)，分別考(kao)察(cha)(cha)焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱(re)影響區(qu)在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱(re)作用(yong)(yong)下可能(neng)(neng)(neng)(neng)引(yin)起(qi)哪些不利(li)于使用(yong)(yong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的變(bian)化。
已經建立焊接連續(xu)冷卻組織(zhi)轉變圖(tu)(tu)（即CCT圖(tu)(tu)）的金屬(shu)材(cai)料(liao)，可以利用該圖(tu)(tu)來預(yu)測(ce)或(huo)判斷焊縫(feng)和熱影響區的組織(zhi)和性(xing)能的變化。
焊接接頭力學性能工藝試(shi)(shi)驗(yan)一般選用拉伸試(shi)(shi)驗(yan)、彎曲試(shi)(shi)驗(yan)、沖擊韌性試(shi)(shi)驗(yan)和硬度試(shi)(shi)驗(yan)等。
①. 拉伸試驗
主要目的(de)(de)(de)是測定焊(han)縫或焊(han)接接頭的(de)(de)(de)強(qiang)度（抗拉強(qiang)度、屈服點）和塑性（伸長率(lv)(lv)、斷面收(shou)縮(suo)率(lv)(lv)），并(bing)且(qie)可以發現斷口上的(de)(de)(de)某(mou)些缺(que)陷，如夾雜物、未焊(han)透(tou)或白點等。
②. 焊接(jie)接(jie)頭彎曲試驗
彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)試(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)試(shi)樣(yang)(yang)分(fen)(fen)為平板和(he)管子兩種，試(shi)驗(yan)(yan)方法分(fen)(fen)為焊(han)接接頭(tou)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)及(ji)壓扁試(shi)驗(yan)(yan)。焊(han)接接頭(tou)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)試(shi)驗(yan)(yan)目的(de)(de)是評(ping)定(ding)(ding)(ding)焊(han)接接頭(tou)的(de)(de)塑性和(he)致密(mi)性，同(tong)時(shi)可反映出(chu)焊(han)接接頭(tou)各區域的(de)(de)塑性差(cha)別、暴(bao)露焊(han)接缺(que)陷和(he)考(kao)核熔合區的(de)(de)質(zhi)量。彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)試(shi)驗(yan)(yan)分(fen)(fen)面彎(wan)(wan)(wan)(wan)、背彎(wan)(wan)(wan)(wan)和(he)側彎(wan)(wan)(wan)(wan)三種。彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)試(shi)驗(yan)(yan)時(shi)彎(wan)(wan)(wan)(wan)軸直徑d應根據(ju)技術條件規(gui)定(ding)(ding)(ding)，試(shi)樣(yang)(yang)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)部(bu)位出(chu)現裂(lie)紋時(shi)立(li)即卸載取下試(shi)樣(yang)(yang)測定(ding)(ding)(ding)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)角(jiao)。也可將(jiang)試(shi)樣(yang)(yang)彎(wan)(wan)(wan)(wan)至(zhi)規(gui)定(ding)(ding)(ding)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)(qu)(qu)角(jiao)度(du)后檢查有無裂(lie)紋，以評(ping)定(ding)(ding)(ding)接頭(tou)區域的(de)(de)塑性。
③. 沖擊試驗
用于測定焊(han)接接頭(tou)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌度和(he)缺口敏感(gan)性，是評定材料斷裂韌度和(he)冷作時效敏感(gan)性的(de)(de)(de)指標之一(yi)。沖擊(ji)試(shi)驗的(de)(de)(de)試(shi)樣(yang)分為U形(xing)(xing)缺口和(he)V形(xing)(xing)缺口兩種，在同種材料和(he)試(shi)驗條件下(xia)，V形(xing)(xing)缺口試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)沖擊(ji)吸收功(gong)（Akv）比(bi)U形(xing)(xing)缺口試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)沖擊(ji)吸收功(gong)（Aku）低。不同缺口型(xing)式試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌度值或沖擊(ji)吸收功(gong)不能相互換(huan)算。焊(han)接中常用V形(xing)(xing)缺口沖擊(ji)試(shi)驗。
二、拉(la)伸(shen)試驗(yan)
拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)是指在(zai)承受軸向(xiang)拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)載荷(he)下(xia)測定(ding)(ding)材料特性(xing)(xing)的試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法。利用(yong)拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)得到(dao)的數據(ju)可(ke)(ke)以確定(ding)(ding)材料的彈(dan)性(xing)(xing)極限(xian)、伸(shen)(shen)長率、彈(dan)性(xing)(xing)模量(liang)、比例極限(xian)、面積縮減量(liang)、拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)強(qiang)度(du)、屈(qu)服(fu)點、屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)和(he)其他拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)性(xing)(xing)能指標(biao)(biao)。從高溫(wen)下(xia)進行的拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)可(ke)(ke)以得到(dao)蠕(ru)變數據(ju)。金屬拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)的步驟可(ke)(ke)參(can)見(jian)ASTME-8標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)。塑料拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)的方(fang)(fang)法參(can)見(jian)ASTM D-638標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)、D-2289標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)（高應(ying)變率）和(he)D-882標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)（薄(bo)片材）。ASTM D-2343標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)規定(ding)(ding)了適用(yong)于玻(bo)璃纖(xian)維的拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法；ASTMD-897標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)中規定(ding)(ding)了適用(yong)于黏結劑的拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法；ASTMD-412標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)中規定(ding)(ding)了硬橡膠的拉(la)(la)(la)(la)伸(shen)(shen)試(shi)驗(yan)方(fang)(fang)法。
三、金(jin)屬彎(wan)曲試驗
測(ce)定(ding)材(cai)(cai)料(liao)(liao)承受彎(wan)曲(qu)載荷時的(de)力學特性(xing)(xing)(xing)的(de)試驗(yan)(yan)，是材(cai)(cai)料(liao)(liao)機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)試驗(yan)(yan)的(de)基本方(fang)法之一(yi)(yi)。彎(wan)曲(qu)試驗(yan)(yan)主要用于測(ce)定(ding)脆性(xing)(xing)(xing)和(he)低塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)（如鑄鐵、高(gao)碳鋼、工(gong)具鋼等(deng)）的(de)抗彎(wan)強度并能(neng)反映塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)指標的(de)撓度。彎(wan)曲(qu)試驗(yan)(yan)還可用來檢查(cha)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)表(biao)面(mian)(mian)質(zhi)量。彎(wan)曲(qu)試驗(yan)(yan)在萬能(neng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)機上進行，有三點彎(wan)曲(qu)和(he)四(si)點彎(wan)曲(qu)兩(liang)種加載荷方(fang)式。試樣(yang)的(de)截面(mian)(mian)有圓形和(he)矩形，試驗(yan)(yan)時的(de)跨距(ju)一(yi)(yi)般(ban)為直徑(jing)的(de)10倍。對于脆性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)彎(wan)曲(qu)試驗(yan)(yan)一(yi)(yi)般(ban)只(zhi)產生少(shao)量的(de)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)變形即可破壞(huai)，而(er)對于塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)則不(bu)能(neng)測(ce)出彎(wan)曲(qu)斷裂強度，但可檢驗(yan)(yan)其延展性(xing)(xing)(xing)和(he)均勻性(xing)(xing)(xing)展性(xing)(xing)(xing)和(he)均勻性(xing)(xing)(xing)。塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)彎(wan)曲(qu)試驗(yan)(yan)稱為冷彎(wan)試驗(yan)(yan)。試驗(yan)(yan)時將試樣(yang)加載，使其彎(wan)曲(qu)到一(yi)(yi)定(ding)程度，觀(guan)察試樣(yang)表(biao)面(mian)(mian)有無裂縫。
用規(gui)定(ding)尺寸彎心將試樣彎曲至規(gui)定(ding)程度，檢驗金屬承受(shou)彎曲塑性變(bian)形(xing)的能力(li)并顯示其缺陷(xian)的試驗。
1. 冷(leng)彎試驗(yan)
用來(lai)檢(jian)驗金屬材(cai)(cai)料冷(leng)彎性(xing)能(neng)的一(yi)種方法，即將材(cai)(cai)料試(shi)樣圍(wei)繞具有一(yi)定直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)的彎心(xin)彎到一(yi)定的角度或(huo)不帶彎心(xin)彎到兩(liang)面接觸.（即彎曲(qu)180°，彎心(xin)直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)d為0）后檢(jian)查(cha)彎曲(qu)處附近的塑性(xing)變形情況，看是否有裂紋等(deng)(deng)缺(que)陷存在，以判(pan)定材(cai)(cai)料是否合格，彎心(xin)直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)d可等(deng)(deng)于試(shi)樣厚(hou)度d的一(yi)半、相等(deng)(deng)，2倍(bei)、3倍(bei)等(deng)(deng)。彎曲(qu)角度可為90°、120°、180°。
2. 金屬反復(fu)彎(wan)曲試驗
將試樣(yang)一(yi)端夾緊，在規定半徑的(de)(de)圓(yuan)柱形表(biao)面上進行90°的(de)(de)重復反向彎(wan)曲，檢驗(yan)金屬(shu)（及覆蓋層）的(de)(de)耐(nai)反復彎(wan)曲能力并顯(xian)示其缺陷的(de)(de)試驗(yan)。
四、杯突(tu)試驗
杯(bei)突(tu)試驗(yan)(yan)是金屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)深(shen)沖(chong)性能的一種試驗(yan)(yan)方(fang)法，用(yong)來(lai)衡量檢驗(yan)(yan)金屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)的沖(chong)壓(ya)性能。又稱埃里克(ke)森試驗(yan)(yan)（Erichsen Test）或(huo)埃氏(shi)杯(bei)突(tu)試驗(yan)(yan)，是薄板(ban)成形性試驗(yan)(yan)中最古老、最普及的一種。
按照國家標準(zhun)，試(shi)(shi)驗采(cai)用端(duan)部為(wei)(wei)(wei)球形的(de)沖頭，將(jiang)夾緊的(de)試(shi)(shi)樣(yang)壓入壓模內，直至出現穿透裂(lie)縫為(wei)(wei)(wei)止，所(suo)測量的(de)杯(bei)突(tu)深(shen)度即(ji)為(wei)(wei)(wei)試(shi)(shi)驗結果。這(zhe)種試(shi)(shi)驗通常是在(zai)杯(bei)突(tu)試(shi)(shi)驗機上進行。試(shi)(shi)樣(yang)在(zai)做過(guo)杯(bei)突(tu)試(shi)(shi)驗后就像只(zhi)沖壓成的(de)杯(bei)子（不過(guo)是只(zhi)破裂(lie)的(de)杯(bei)子）。鋼板深(shen)沖性能不好的(de)話(hua)，沖壓件在(zai)制(zhi)作過(guo)程中就很容(rong)易開裂(lie)。
試(shi)(shi)驗(yan)時(shi)(shi)，用球(qiu)頭(tou)凸模(mo)把周(zhou)邊(bian)被(bei)凹(ao)(ao)模(mo)與壓(ya)(ya)邊(bian)圈壓(ya)(ya)住的(de)金(jin)屬(shu)(shu)薄板頂(ding)入(ru)(ru)凹(ao)(ao)模(mo)，形(xing)成半球(qiu)鼓包直至鼓包頂(ding)部(bu)出現裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)為(wei)止。如圖5-14所示，試(shi)(shi)驗(yan)用的(de)硬(ying)鋼(gang)球(qiu)或(huo)半球(qiu)凸模(mo)1，將金(jin)屬(shu)(shu)板料4壓(ya)(ya)入(ru)(ru)內(nei)徑27mm、圓角半徑0.75mm的(de)凹(ao)(ao)模(mo)2中，板料邊(bian)緣在凹(ao)(ao)模(mo)2和壓(ya)(ya)邊(bian)圈3之(zhi)間壓(ya)(ya)緊。為(wei)防止邊(bian)緣金(jin)屬(shu)(shu)向凹(ao)(ao)模(mo)內(nei)流動，板料尺寸應足夠大。試(shi)(shi)驗(yan)時(shi)(shi)，金(jin)屬(shu)(shu)板料被(bei)凸模(mo)頂(ding)成半球(qiu)鼓包。取鼓包頂(ding)部(bu)產生頸縮或(huo)有裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)出現時(shi)(shi)的(de)凸模(mo)壓(ya)(ya)入(ru)(ru)深(shen)度(du)作(zuo)為(wei)試(shi)(shi)驗(yan)指標，稱為(wei)杯突值(zhi)或(huo)I值(zhi)，單位為(wei)mm。決定試(shi)(shi)驗(yan)指標的(de)依據是最大載(zai)荷(he)。當不能確(que)定最大載(zai)荷(he)時(shi)(shi)，可(ke)以(yi)采(cai)用可(ke)見(jian)(jian)（透光）裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)發生時(shi)(shi)凸模(mo)壓(ya)(ya)入(ru)(ru)深(shen)度(du)作(zuo)為(wei)指標。但(dan)用可(ke)見(jian)(jian)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)法測(ce)(ce)定的(de)數值(zhi)比最大載(zai)荷(he)法測(ce)(ce)定的(de)數值(zhi)要大0.3~0.5mm。
其過程是，用規(gui)定的鋼球或球形(xing)沖頭頂壓(ya)在壓(ya)模內的試樣，直至試樣產生第一(yi)個裂紋為止，此(ci)時的頂壓(ya)深(shen)度，即為杯(bei)突(tu)深(shen)度。其深(shen)度小于規(gui)定值(zhi)者(zhe)為合格。
用球(qiu)形沖(chong)頭將夾(jia)緊的金屬(shu)板或帶(dai)狀試樣壓入規定尺寸(cun)的沖(chong)模中直至出現穿透裂(lie)縫，測(ce)量(liang)杯(bei)突(tu)深度值的試驗。圖(tu)5-14為杯(bei)突(tu)試驗示意圖(tu)。
壓(ya)邊(bian)力(li)：杯突試驗中壓(ya)緊裝(zhuang)置作用于(yu)試樣上的垂直壓(ya)力(li)。
杯突值(zhi)：杯突試驗中裂縫開始穿透(tou)試驗厚度（透(tou)光）時沖頭的壓入深度。
