摘 要:針對熱模擬壓縮試驗(yàn)的試樣小,且無法直接對其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的問題,利用自制研發(fā)的 小試樣夾具進(jìn)行小試樣拉伸試驗(yàn)。通過對8種不同強(qiáng)度級別的試樣分別進(jìn)行小試樣拉伸試驗(yàn)及硬 度測試,分析二者的相關(guān)性;對比了小試樣和標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的分析結(jié)果。結(jié)果表明:小試樣和標(biāo)準(zhǔn) 拉伸試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果基本一致,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.00,用小試樣可較準(zhǔn)確地測定出 材料的抗拉強(qiáng)度。 

關(guān)鍵詞:熱模擬;拉伸夾具;抗拉強(qiáng)度;硬度 

中圖分類號:TB331;TG115.5             文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                        文章編號:1001-4012(2023)04-0001-03

在新產(chǎn)品研發(fā)、改進(jìn)工藝時(shí),通常會在熱模擬機(jī) 上進(jìn)行軋制模擬[1-2]、焊接熱影響區(qū)模擬[3]、熱處理、 測試過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線、等溫轉(zhuǎn) 變(TTT)曲線等模擬試驗(yàn)[4-6],而完成熱模擬試驗(yàn) 的壓 縮 圓 餅 試 樣 高 度 只 有 12 mm,直 徑 約 為 20mm,無法在常規(guī)試驗(yàn)機(jī)夾具上對其進(jìn)行拉伸試 驗(yàn),只能進(jìn)行金相檢驗(yàn)和硬度測試。如果需要得到 抗拉強(qiáng)度,通常要根據(jù) GB/T1172—1999《黑色金 屬硬度及強(qiáng)度換算值》標(biāo)準(zhǔn),由硬度進(jìn)行換算[7-9]。 硬度換算方法只是一種間接的方式,雖然效率高,但 是準(zhǔn)確度難以判定,無法用該參數(shù)指導(dǎo)產(chǎn)品的力學(xué) 性能。對于海工鋼、橋梁鋼、低合金高強(qiáng)鋼、管線鋼、 船板鋼等對強(qiáng)度指標(biāo)要求特別高的材料,可以通過 熱模擬試驗(yàn)摸索出合適的工藝參數(shù),得到直觀的抗 拉強(qiáng)度。筆者自制了小試樣拉伸試驗(yàn)夾具[10-13],與 拉伸試驗(yàn)機(jī)連接,再進(jìn)行一系列小試樣拉伸試驗(yàn),可 以較準(zhǔn)確地測出材料的抗拉強(qiáng)度,對產(chǎn)品的研發(fā)具 有實(shí)際工程價(jià)值。

1 試樣制備和試驗(yàn)方法 

1.1 試樣制備 

將高度為12mm,直徑約20mm 的熱模擬試 驗(yàn)壓縮圓餅試樣加工成工字型小試樣,其結(jié)構(gòu)如圖 1所示。工字型小試樣的加工步驟及表面磨拋工藝 為:① 取已完成熱模擬高溫壓縮試驗(yàn)的小圓餅試 樣,用線切割方法沿小圓餅試樣中部切割成直徑為 20mm,厚度為1mm 的薄片;② 用磨樣機(jī)磨拋薄片試樣,使厚度均勻,表面粗糙度小于0.8μm,滿足 GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部 分:室溫試驗(yàn)方法》的要求;③ 用線切割方法將小圓 餅試 樣 切 割 成 中 間 寬 度 為 2mm,平 行 長 度 為 8mm,過渡圓弧半徑為2mm 的工字型試樣;④ 用 磨樣裝置將試樣表面和側(cè)面進(jìn)一步打磨,表面粗糙 度小于0.8μm。將模具鋼加工成小尺寸工字型試 樣夾具,其外觀如圖2所示。

1.2 試驗(yàn)方法 

檢測依據(jù)GB/T228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)。電子拉伸 試驗(yàn)機(jī)通過計(jì)量檢定,精度為0.5級,試驗(yàn)機(jī)額定載 荷為±5kN,應(yīng)變速率為1×10-3s-1。硬度測試選 用T2500型全自動維氏硬度計(jì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 

2.1 小試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果 

選擇8種不同強(qiáng)度級別的試樣進(jìn)行熱模擬壓縮 試驗(yàn),將其加工成8組小尺寸拉伸試樣,每組測試5 個試樣,取平均值,表1為不同強(qiáng)度級別試樣的抗拉 強(qiáng)度測試結(jié)果,可見強(qiáng)度為375~1279MPa,試樣 斷裂位置均在平行段,說明試樣的形狀設(shè)計(jì)、加工合 理,工字型夾具與試驗(yàn)機(jī)匹配,同軸度較好。

2.2 硬度測試結(jié)果 

在8組熱模擬壓縮圓餅試樣余料上切取硬度試 樣,經(jīng)磨樣機(jī)磨拋后,在全自動維氏硬度計(jì)上進(jìn)行硬 度測試,設(shè)定載荷為49N,保載時(shí)間為12s,每個試樣中間區(qū)域測試5個點(diǎn),每個點(diǎn)的間隔為1mm,試 驗(yàn)結(jié)果如表2所示。試樣的硬度為114~409HV, 依次增大,與所選材料的抗拉強(qiáng)度逐漸升高具有較 好的對應(yīng)關(guān)系。

2.3 抗拉強(qiáng)度與維氏硬度的關(guān)系 

根據(jù)式(1),比較1# ~8# 試樣的抗拉強(qiáng)度和維 氏硬度的對應(yīng)關(guān)系,結(jié)果如表3所示。

式中:r 為相關(guān)系數(shù);Rm 為抗拉強(qiáng)度;HV 為維氏 硬度。 

可見,試樣的硬度與抗拉強(qiáng)度呈正比,隨著抗拉 強(qiáng)度的升高,硬度也隨之升高,實(shí)測抗拉強(qiáng)度與維氏 硬度的相關(guān)系數(shù)為3.1228~3.2895。 

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn) 

因熱模擬試樣尺寸較小,無法將其加工成標(biāo)準(zhǔn) 拉伸試樣,所以采用其他碳鋼的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣和小 試樣進(jìn)行對比試驗(yàn),來驗(yàn)證小試樣測試結(jié)果的準(zhǔn) 確性。 

2.4.1 方案1 

試樣材料為 Q355鋼,厚度為16mm,經(jīng)過正火 處理,890℃保溫,40min空冷,分別加工成規(guī)格為 2mm×1 mm(寬度 × 厚度),中間平行長度為8mm的啞鈴狀小試樣和10mm(直徑)標(biāo)準(zhǔn)試樣, 拉伸試驗(yàn)時(shí)每組測試5個試樣,結(jié)果如表4所示。

2.4.2 方案2 

選用厚度為1mm 的鍍鋅板,分別加工成規(guī)格 為2mm×1mm(寬度×厚度),中間平行長度為 8mm的啞鈴狀小試樣和規(guī)格為12.5mm×1mm (寬度×厚度)的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),結(jié)果如表 5所示。 

由表4,5可知:Q355鋼小試樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣的抗 拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差均為2.70;鍍鋅板小試樣與標(biāo)準(zhǔn)試 樣的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.48和1.00。這表 明小試樣與標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的試驗(yàn)結(jié)果偏差較小,得 到的抗拉強(qiáng)度基本一致,二者可視為等效。

3 結(jié)論 

(1)根據(jù)圓餅試樣規(guī)格設(shè)計(jì)了小試樣,再通過 自制的工裝夾具與拉伸試驗(yàn)機(jī)連接,解決了圓餅試 樣無法進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的問題。 

(2)維氏硬度與抗拉強(qiáng)度呈正比,隨著抗拉強(qiáng)度 的升高,硬度也隨之升高,實(shí)測相關(guān)系數(shù)為3.1228~ 3.2895。 

(3)小試樣和標(biāo)準(zhǔn)試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果基本一 致,標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.00,表明小試樣拉伸試驗(yàn)?zāi)? 較準(zhǔn)確地測定出材料的抗拉強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn): 

[1] 潘津,吳京東,李慧穎,等.熱模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble3800在新鋼的典型應(yīng)用[J].江西冶金,2017,37(1): 34-36,39. 

[2] 羅龍,李麗榮,定巍.概述試驗(yàn)機(jī)Gleeble-1500D的熱/ 力模擬技術(shù)[J].熱處理技術(shù)與裝備,2014,35(1):38- 41. 

[3] 李紅衛(wèi),彭云,何長紅,等.X60鋼級管線鋼焊接熱影 響區(qū)的熱模擬研究[J].鋼管,2008,37(3):18-23. 

[4] 龍松朋,周旭東,李漢.由結(jié)構(gòu)鋼 TTT 曲線預(yù)測其 CCT曲線[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013,34(4):5-8. 

[5] 張鵬飛,楊柱,趙正陽,等.采用 CCT和 TTT曲線預(yù) 測感應(yīng)淬火硬化層組織和硬度[J].金屬熱處理, 2018,43(3):76-81. 

[6] 吳曉燕,朱立光,梅國宏,等.DH36高強(qiáng)船板鋼 CCT 曲線及針狀鐵素體形成研究[J].熱加工工藝,2017, 46(24):41-44. 

[7] 張樹勛,馮照平,王浩,等.建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材硬度與 強(qiáng)度之間的關(guān)系[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊),2021,57 (6):27-34. 

[8] 程孝成,喬亞杰,倪興華.QCr0.5鉻青銅帶布氏、洛 氏、韋氏硬度、強(qiáng)度的對比測試與換算[J].理化檢驗(yàn) (物理分冊),2013,49(2):91-94. 

[9] 徐海生,韓迎春,張勇.鉻鉬系冷鐓鋼布氏硬度與抗拉 強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系的研究[J].山西冶金,2021,44(6):16- 18,22. 

[10] 曹云松,鮑振鑫,陳清.拉伸夾具與試驗(yàn)機(jī)的不同連接 方式探討[J].福建建材,2015(1):20-22,38. 

[11] 李建明,農(nóng)語婷,石麗仙,等.非標(biāo)準(zhǔn)金屬拉伸試樣及 夾具的設(shè)計(jì)與制備[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué) 版),2017,23(1):60-63. 

[12] 馮建友.板材單向熱拉伸試驗(yàn)夾具的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].機(jī)械工程與自動化,2014(3):87-88. 

[13] 王萍.高強(qiáng)螺栓實(shí)物拉伸試驗(yàn)夾具的研制及應(yīng)用[J]. 工程與試驗(yàn),2013,53(3):61-64.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊 > 59卷 > 4期 (pp:1-3)>