盧美嬌1,李榮鋒2,3,呂 超1,歷 妍1 

[1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司 制造管理部,湛江 524072;2.廣東(東莞)材料基因高等理工研究院,東莞 523808; 3.中國核動力研究設計院 反應堆燃料及材料重點實驗室,成都 610213] 

摘 要:根據 GB/T228.1-2010中斷后伸長率的測量方法,選取塑性富余量較小的 BW300TP 耐磨鋼板進行拉伸試驗,分析了采用機器測量方法和手工測量方法測得的斷后伸長率結果有差異 的原因,并對標準提出修訂建議。結果表明:因斷裂位置偏離標距中心,機器測量的斷后伸長率小 于手工測量的斷后伸長率,可用關系式y=0.8505x+5.1838對機器測量的斷后伸長率結果進行 補償和修正。建議 GB/T228.1-2010中P7帶頭試樣的平行長度最小值修改為60mm;取消附錄 D中矩形截面非比例試樣平行長度Lc≥L0+1.5 S0 的規定;增加不同試驗材料的機器測量斷后 伸長率的修正方法及修正建議值。 

關鍵詞:斷后伸長率;測量方法;補償修正;平行長度;斷后標距 中圖分類號:TG115.5 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2021)04-0015-04

在金屬材料拉伸試驗中,斷后伸長率是反映金 屬材料塑性的一個重要指標,其值越大,表示金屬材 料的塑性越好[1-3]。在實際的室溫拉伸試驗中,某些 塑性指標富余量較小的拉伸試樣未斷裂在引伸計標 距的中部而產生斷裂位置偏移的現象非常普遍[4], 

而在此狀態下機器自動測量斷后伸長率所產生的誤 差很大[5-7]。此時,需要采用其他方式測量斷后伸長 率,如手工測量(包括移位法測量)或重新進行試樣 加工再試驗等。而上述做法使得拉伸試驗的工作繁 瑣復雜,大大降低了檢驗效率。 在目前的鋼鐵試驗室拉伸試驗斷后伸長率的檢 驗工作中,大多數試驗室采取機器測量斷后伸長率 的方式,但因斷后位置不在標距中部而得到的斷后 伸長率誤差通常較大[5]。因機器測量誤差導致斷后 伸長率未達到用戶需求,產品被判廢,極大地影響了 鋼廠的鋼卷成材率。GB/T228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》中對拉伸試驗 斷后伸長率有以下描述:“原則上,斷裂發生在引伸 計標距 Le 以內方為有效,但斷后伸長率等于或大 于規定值,不管斷裂位置處于何處均為有效”。在高 強鋼的拉伸試驗中,當引伸計標距 Le 和試樣平行 長度Lc 相差過大時,試樣斷裂位置在引伸計標距 Le 外且 斷 后 伸 長 率 未 達 到 規 定 值 的 概 率 極 大。 GB/T228.1-2010中沒有對試樣斷偏后處理方法 及機器測量結果修正方法的相關描述。一些學者提 出用最大力總延伸率代替斷后伸長率,但在高強鋼 拉伸試驗的實際實施過程中,其結果并不理想。為 了分析采用機器測量和手工測量兩種方法獲得斷后 伸長率的結果差異,筆者設計了以下試驗,以分析兩 者的結果差異,并提出了機器測量斷后伸長率的修 正方式。通過驗證,證實了修正方式的合理性,并對 GB/T228.1-2010修訂提出了相應建議。 

1 試樣制備及試驗方法

1.1 試樣制備

由于 BW300TP耐磨鋼在進行拉伸試驗時,試 樣斷偏現象較為常見,斷后伸長率的機器測量值和 手工測量 值 存 在 明 顯 差 異,所 以 試 驗 材 料 選 定 為 BW300TP耐磨鋼板。選取某鋼鐵廠生產的厚度為 3.5~4.0 mm 的 BW300TP 耐磨鋼板,按照 GB/T 228.1-2010的試樣制備方法,制備出批量平行長 度為75mm,原始寬度為25mm,標距為50mm 的 縱向矩形截面 P14拉伸試樣。

1.2 試驗設備 

試驗采用試驗室配備的電子式拉伸試驗機,力 值測量范圍為0~600kN,測量精度為0.5級。引 伸計采用 接 觸 式 全 自 動 縱 向 引 伸 計,測 量 范 圍 為 0~200mm,測量精度為1級。游標卡尺的量程為0~150mm,允許誤差為±0.02mm。 1.3 試驗方法 試驗前先用打點機在拉伸試樣平行段內標記出 間隔為5mm 的一系列標記點,應保證標記點不會造 成引起試樣過早斷裂的缺陷。將標記好標記點的拉 伸試樣按照 GB/T228.1-2010的方法B在拉伸試驗 機上拉伸至斷裂,試樣的引伸計標距Le 和原始標距 L0 均為50mm。試驗結束后,取下斷樣,將試樣斷口 對接在一起,且保證其軸線位于同一直線上,然后用 游標卡尺手工測量斷后標距,計算得到手工測量的斷 后伸長率,記為Amauaul。拉伸試驗機直接輸出的斷后 伸長率為機器測量的斷后伸長率,記為Aauto。 

2 試驗結果及討論

從上述試驗結果中隨機選取20組數據,比對采 用機器測量和手工測量方法獲得 BW300TP耐磨鋼 拉伸試驗斷后伸長率見表1。 由表1可知,機器測量的斷后伸長率 Aauto 和手 工測量的斷后伸長率 Amauaul 的差值均為負值,也就 是說手工測量的斷后伸長率 Amauaul 均大于機器測 量的斷后伸長率 Aauto。產生這種差異的主要原因 是這兩種測量方法存在明顯的不同[7]。 機器測量斷后伸長率時,接觸式引伸計選取的 原始標距是固定的,試驗完畢后,引伸計不會根據試 樣的斷裂位置去調整并選擇合適的斷后標距。而在 實際 BW300TP耐磨鋼板的拉伸試驗中,絕大多數 試樣均不斷裂在引伸計標距的中間位置,此時,由于 試樣斷裂位置的偏移,引伸計所測量出來的原始標 距的伸長量 ΔL 就會偏小。機器測量和手工測量的 斷后標距Lu 如圖1所示。 手工測量斷后伸長率時,由于在試樣平行長度 內的標記點是套疊的,無論試樣斷裂在平行段范圍 內的何處,都可以根據斷裂位置手工調整選擇合適 的斷后標距,從而測量出試樣在標距范圍內最大的 原始標距伸長量 ΔL。手工測量的斷后伸長率能更 真 實 地 反 映 出 材 料 的 斷 后 伸 長 率。 因 此,在 BW300TP耐磨鋼板的拉伸試驗中,手工測量方法 得到的斷后伸長率通常會大于機器測量的斷后伸 長率。 在日常 BW300TP耐磨鋼拉伸試樣加工時,可 在滿足標準前提下,通過縮短平行長度來減小由于 試樣斷裂位置偏移而造成的機器測量斷后伸長率的 偏差,改善和提高機器測量方式獲得該材料斷后伸 長率的準確性。

3 補償關系研究

采 用 機 器 測 量 和 手 工 測 量 方 式 獲 得 的 BW300TP耐磨鋼板的斷后伸長率差異是客觀存在 的,而在試驗室日常斷后伸長率檢驗工作中,直接以 機器測量得出結果是不嚴謹的,若采用手工測量得 出 結 果,其 工 作 量 巨 大 且 繁 瑣。 為 了 提 高 BW300TP耐磨鋼板斷后伸長率測量的準確性和工 作效率,筆者對機器測量和手工測量結果的補償進 行了研究。 為獲得機器測量斷后伸長率和手工測量斷后伸 長率之間的補償關系,需要對大量的試驗數據進行 統計分析,筆者所在試驗室積累了大量的試驗數據。 對該數據進行線性擬合分析,得到了 BW300TP 耐 磨鋼板手工測量斷后伸長率和機器測量斷后伸長率 的擬合曲線,如圖2所示。 由圖2可知,BW300TP 耐磨鋼板的手工測量 的斷后伸長率與機器測量的斷后伸長率有較明顯的 線性關系。通過擬合分析,得到兩種斷后伸長率之 間的擬合表達式為 y=0.8505x+5.1838 (1) 式中:x 為機器測量的斷后伸長率;y 為手工測量的斷后伸長率(即修正值)。

4 修正方式驗證

取同等加工條件下的20根拉伸試樣,編號為 Y1~Y20,對其進行拉伸試驗。通過比對手工測量 值Amauaul 和按照式(1)計算得到的修正值 Acount 及 兩者的差值,來驗證式(1)的合理性,結果見表2。

由表2可知,20根驗證試樣的手工測量平均值 為19.56%,修正平均值為19.46%。試樣 Y3的差 值最 大,為 1.74%,試 樣 Y10 的 最 差 值 小,為 0.14%。20根驗證試樣的差值均小于 ±2%,滿足 標準中高強鋼再現性相對誤差小于 ±13.3% 的要 求,即絕對誤差小于2.60%的要求。 

5 結論及建議

通過對比 BW300TP耐磨鋼板機器測量的斷后 伸長率和手工測量的斷后伸長率,證實了機器測量 的斷后伸長率小于手工測量的斷后伸長率,而手工 測量的斷后伸長率能夠更真實地反映 BW300TP耐 磨鋼 板 的 斷 后 伸 長 率。 可 以 通 過 關 系 式 y = 0.8505x+5.1838可對機器測 量 的 斷 后 伸 長 率 進 行修正。 由于高強鋼拉伸試樣斷裂的位置是未知且無規 律的,所以在進行試樣加工的時候,可以在滿足標準 的前提下,適當縮短平行長度,試樣加工時要確保試 樣的加工精度和表面粗糙度,以降低由試樣斷裂位 置偏移而造成的機器測量的斷后伸長率的偏差。 基于以上試驗及分析,提出以下對 GB/T228.1 -2010的修訂建議。 (1)試樣平行長度的修訂建議 P7 帶 頭 試 樣 的 平 行 長 度 最 小 值 修 改 為 60mm。 取消附錄 D 中矩形截面非比例試樣平行長度 Lc≥L0+1.5 S0 的規定,只保留試樣平行長度不 應小于L0+1/2b0,仲裁時,平行長度為Lc=L0 + 2b0 的相關規定。 (2)增加機器測量斷后伸長率補償方法的建議 GB/T228.1-2010中,未提及對機器測量斷后 伸長率的補償和修正的方法。建議開展多試驗室間 的驗證試驗,增加不同試驗材料對機器測量斷后伸 長率的修正方法及修正公式。

來源：材料與測試網