摘 要:對(duì)于鋼管產(chǎn)品的拉伸試驗(yàn),國(guó)標(biāo)、美標(biāo)以及ISO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣尺寸的測(cè)量方法要求有所不 同,鋼管產(chǎn)品具有軋制特性,存在壁厚不均勻現(xiàn)象,壁厚的測(cè)量精度對(duì)于試驗(yàn)誤差的控制有較大影 響。對(duì)比了不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試樣尺寸測(cè)量方法,并選用兩種標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)鋼管弧形試樣進(jìn)行拉伸試 驗(yàn),對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,研究了試樣尺寸測(cè)量方法對(duì)鋼管力學(xué)性能的影響。

關(guān)鍵詞:鋼管;標(biāo)準(zhǔn);試樣尺寸;測(cè)量方法;力學(xué)性能

中圖分類號(hào):TB31;TG115.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2023)03-0005-03

拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中重要的試驗(yàn)方 法之一。室溫拉伸試驗(yàn)一般是指試樣在室溫環(huán)境, 承受軸向拉伸載荷的條件下,測(cè)定材料特性的試驗(yàn) 方法。不同的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣原始橫截面積測(cè) 量和計(jì)算方法有所不同,ASTM 標(biāo)準(zhǔn)(ASTM E8— 2021《金 屬 材 料 拉 伸 試 驗(yàn) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 試 驗(yàn) 方 法》和 ASTM A370—2021《鋼產(chǎn)品機(jī)械性能測(cè)試的方法 和定義》)對(duì)弧形試樣橫截面積測(cè)量的要求如表1所 示,國(guó)標(biāo)(GB/T228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》)及ISO 標(biāo)準(zhǔn)(ISO6892- 1:2019《金屬材料-拉伸試驗(yàn)-第1部分:室溫下 試驗(yàn)方法》)對(duì)弧形試樣橫截面積測(cè)量的要求如表2 所示。為了驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)要求與實(shí)際操作的符合性,筆 者依據(jù) ASTM A370—2021和 GB/T228.1—2021 對(duì)鋼管弧形試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),研究了試樣尺寸測(cè) 量方法對(duì)鋼管弧形試樣力學(xué)性能的影響。

1 試樣制備及試驗(yàn)方法

1.1 試樣制備

將性能均勻、穩(wěn)定,規(guī)格為177.8mm×8.05mm (外徑×壁厚)的37Mn5鋼管加工成弧形試樣,為了 保證試驗(yàn)結(jié)果的一致性,所有試樣的平行段寬度均按 照25.4mm進(jìn)行加工,加工方式如表3所示。

1.2 試驗(yàn)方法

采用Z330型電子拉伸試驗(yàn)機(jī),配備全自動(dòng)引 伸計(jì),引伸計(jì)標(biāo)距為50mm。依據(jù) ASTM A370— 2021 對(duì) 試 樣 1~5 進(jìn) 行 拉 伸 試 驗(yàn),依 據(jù) GB/T 228.1—2021對(duì)試樣6~10進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。使用壁 厚千分尺測(cè)量試樣1~10的原始壁厚,使用外徑千 分尺測(cè)量試樣1~10的寬度。

試樣1~10均在減縮段劃分成5個(gè)區(qū)域,在每 個(gè)區(qū)域內(nèi)測(cè)量壁厚并進(jìn)行記錄(見(jiàn)圖1),試樣1~ 5直接測(cè)量中心部位(點(diǎn)3),按最小值進(jìn)行計(jì)算; 試樣6~10在平行段部位測(cè)量寬度,按平均值進(jìn) 行計(jì)算。

2 試驗(yàn)結(jié)果

試樣1~5的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表4所示,試 樣6~10 的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表 5 所示。由 表4,5可以看出:按照 ASTM A370—2021進(jìn)行拉 伸試驗(yàn),試樣寬度方向在減縮段中心呈錐度,中間寬 度最小,在寬度最小部位測(cè)量壁厚,測(cè)量結(jié)果差異較 小;按照 GB/T228.1—2021進(jìn)行拉伸試驗(yàn),試樣壁 厚測(cè) 量 結(jié) 果 的 差 異 在 整 個(gè) 平 行 段 方 向 最 大 為 0.78mm,選擇3點(diǎn)平均與5點(diǎn)平均的計(jì)算方法,強(qiáng) 度差異約15MPa。

3 綜合分析

鋼管產(chǎn)品加工弧形試樣,在壁厚方向會(huì)出現(xiàn)螺 旋狀的起伏,導(dǎo)致在壁厚測(cè)量上存在爭(zhēng)議,寬度方向 的尺寸精度由數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行控制,形狀公差不 超過(guò)0.03mm,尺寸公差控制在-0.1~0.1mm 范 圍內(nèi)。從表4可以看出,寬度的測(cè)量結(jié)果差異較小, 但在整個(gè)平行段測(cè)量中,壁厚的測(cè)量結(jié)果差異較大, 因此測(cè)量誤差主要來(lái)源于壁厚測(cè)量。

根據(jù)表4,5所示的斷裂部位進(jìn)行分析,當(dāng)寬度 基本一致時(shí),若排除試樣本身缺陷和加工缺陷的影 響,拉伸斷裂較大概率發(fā)生在試樣平行部分原始橫截面尺寸較小的部位附近。按照 ASTM A370— 2021標(biāo)準(zhǔn)加工試樣,加工時(shí)規(guī)定可以在減縮段加工 一個(gè)錐度,控制減縮段中間最小部位的寬度比兩側(cè) 寬度小0.04mm,測(cè)量時(shí)直接測(cè)量中間最小部位的 寬度,并在該部位測(cè)量壁厚,測(cè)量3次取最小值,從 斷裂部位看,基本都斷裂在測(cè)量部位,說(shuō)明該試樣的 力學(xué)性能測(cè)試結(jié) 果 更 接 近 真 實(shí) 值。按 照 GB/T 228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)要求,在試樣平行段測(cè)量足夠的 點(diǎn)數(shù),并取平均值參與橫截面積計(jì)算,對(duì)于壁厚差異 較小的試樣,可選擇3點(diǎn)平均法進(jìn)行計(jì)算,對(duì)于壁厚 差異較大的試樣,使用5點(diǎn)或5點(diǎn)以上平均法進(jìn)行 計(jì)算,利于減少測(cè)量結(jié)果的誤差,使力學(xué)性能的測(cè)試 結(jié)果更接近真實(shí)值。

ASTM A370—2021標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,試樣人為加工 最小橫截面,寬度及壁厚的測(cè)量均在該處取最小值, 在壁厚差異較小的情況下,控制斷裂發(fā)生在此處,可 以保證試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。 GB/T228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣橫截面積的計(jì)算提 出了要求,對(duì)于壁厚差異較大的試樣,可以利用重復(fù) 多次測(cè)量的方法來(lái)減少力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果的誤差,但斷裂部位有較大概率出現(xiàn)偏在一邊的情況,會(huì)影 響試樣斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)量。

4 結(jié)論

(1)對(duì)于鋼管弧形試樣,在寬度不作為主要誤 差來(lái)源時(shí),壁厚差異越大,尺寸測(cè)量誤差帶來(lái)力學(xué)性 能測(cè)試結(jié)果的誤差就越大。

(2)根據(jù) ASTM A370—2021標(biāo)準(zhǔn),試樣減縮 段呈錐度,在壁厚差異不大的條件下,有利于得到真 實(shí)、穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果,并能保證斷裂部位和測(cè)量部位 基本一致。

(3)根據(jù)GB/T228.1—2021標(biāo)準(zhǔn),在平行段測(cè) 量足夠的點(diǎn)數(shù),采用平均值法計(jì)算橫截面積,對(duì)于壁 厚差異較小的試樣,可選擇3點(diǎn)平均法進(jìn)行計(jì)算,對(duì) 于壁厚差異較大的試樣,可以采用5點(diǎn)或5點(diǎn)以上 平均法進(jìn)行計(jì)算,使試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果更接 近真實(shí)值。

(4)GB/T228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)可以考慮在加工試樣 時(shí),在平行段增加錐度,在壁厚差異較小的情況下,既能 得到滿意的結(jié)果,又能保證斷裂部位在平行段中間。

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