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        小管徑薄壁不銹鋼管硬度測試分析

        2014-04-15 21:21:04戴維明
        計(jì)量技術(shù) 2014年11期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼管氏硬度壓痕

        戴維明

        (核工業(yè)260廠,南昌 330002)

        0 引言

        筆者在工作中遇到了一個測試問題:委托方送來一組小管徑薄壁不銹鋼管試樣,其管外徑為8mm,管壁厚分別為0.6mm、0.8mm和1mm,委托要求測試洛氏硬度HRB值。之前委托方曾送樣到本市多家資質(zhì)測試機(jī)構(gòu)測試,均未測出洛氏硬度HRB值。筆者用周期檢定合格的洛氏硬度計(jì),經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)塊期間檢查合格,按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1—2009《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)法》進(jìn)行測試,無論采用心軸或V型塊剛性支撐,其HRB示值不是太低就是趨于零,不符合常規(guī)同類材料的硬度值,并低于洛氏硬度HRB標(biāo)尺的適用范圍。從多家測試情況來看,與測試常規(guī)不符,明顯產(chǎn)生疑點(diǎn)。用洛氏硬度HRB標(biāo)尺測試該種鋼管不適宜。

        1 測試原因分析

        這種不銹鋼管的形態(tài)尺寸不滿足試驗(yàn)法的常規(guī)試件要求,其質(zhì)軟、壁薄和管狀,易導(dǎo)致受力變形。整個基體在測試中,剛性支撐不足。小徑薄壁試樣在相對較大直徑1.5875mm球壓頭和相對較大的總試驗(yàn)力980.7N的作用下,基體異常過量變形,導(dǎo)致洛氏硬度殘余壓入深度h參數(shù)異常增大,引起失真。按照HRB標(biāo)尺洛氏硬度=130-h/0.002關(guān)系式,從而導(dǎo)致HRB示值異常偏低,低于HRB的適用范圍20~100HRB。此外,按照GB/T 230.1—2009《洛氏硬度試驗(yàn)法》附錄B的洛氏硬度-試樣最小厚度關(guān)系圖要求,經(jīng)查閱相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn),該類鋼種材質(zhì)要求硬度上限為90HRB,所對應(yīng)的試樣最小厚度應(yīng)大于1.2mm,顯然該種鋼管的壁厚也偏小,不符合試驗(yàn)法要求。

        2 測試方法的選擇

        按照該種類不銹鋼管的相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的硬度要求,維氏硬度不大于200HV、布氏硬度不大于187HBW、洛氏硬度不大于90HRB,可選其中一種測試方法和評定標(biāo)準(zhǔn)。該材料標(biāo)準(zhǔn)之所以制定不同的硬度測試方法和評定標(biāo)準(zhǔn),可能是考慮到各種材料材質(zhì)形態(tài)尺寸對硬度測試的不同要求。對于洛氏硬度HRB測試方法,根據(jù)之前的測試分析結(jié)果是不能用的。至于布氏硬度試驗(yàn)法,按照GB/T 231.1—2002《金屬材料布氏硬度試驗(yàn)方法》,鋼類試件所要求的球壓頭直徑2.5mm和試驗(yàn)力1839N,相對本單位硬度計(jì)是最小的,但相對洛氏硬度HRB試驗(yàn)法仍顯得大,更不適宜該種小徑薄壁不銹鋼管的測試。維氏硬度有一個連續(xù)一致的標(biāo)度,試驗(yàn)時負(fù)荷可任意選擇,試驗(yàn)時試驗(yàn)力小,壓入深度淺,測定硬度值比布氏、洛氏硬度精確。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)法》要求,選用HV1-10型低負(fù)荷維氏硬度計(jì)中的HV5級別,其試驗(yàn)力為49.03N。從被測件質(zhì)軟、小管徑、壁薄和剛性差的特點(diǎn)看,試驗(yàn)力不能太大,否則引起試樣異常變形,示值失真。當(dāng)然,試驗(yàn)力也不能太小,否則會導(dǎo)致壓痕對角線減小,壓痕對角線長度的測量準(zhǔn)確度下降,分散性增加,不確定度會增加。所以,選取HV5級別是適宜的。后續(xù)的五年測試結(jié)果證明,這種選擇適合試驗(yàn)法及質(zhì)量控制要求。此外,筆者查閱GB/T 4340.1—2009附錄A中的試樣最小厚度-試驗(yàn)力-硬度關(guān)系圖,按照該管材料硬度要求上限200HV,HV5所對應(yīng)的試樣最小厚度為0.35mm。被測試樣厚度為0.6mm、0.8mm和1mm,足以滿足要求。其試驗(yàn)力為49.03N,遠(yuǎn)小于洛氏硬度試驗(yàn)力980.7N和布氏硬度試驗(yàn)力1830N,這樣可以大大減小由于試驗(yàn)力過大,導(dǎo)致試樣異常變形過大而引起的示值失準(zhǔn)。

        3 測試與示值修正

        按照GB/T 4340.1—2009要求,選用經(jīng)周期檢定和期間檢查合格的HVI-10型低負(fù)荷維氏硬度計(jì),選用HV5級別,采用試樣心軸或V型塊剛性支撐,對多組試件進(jìn)行測試。從多組實(shí)測數(shù)據(jù)中隨機(jī)選擇一組數(shù)據(jù),證實(shí)測試與示值修正過程。某組壓痕對角線平均長度分別為0.232mm、0.233mm和0.241mm,查閱相關(guān)硬度值表,得到相應(yīng)的維氏硬度值分別為172HV5、171HV5和160HV5。因試樣測試面為凸圓柱面,用內(nèi)插法查閱GB/T 4340.1—2009附錄B表B.5,得到相應(yīng)的修正系數(shù)為0.985,乘以維氏硬度示值,最終得到修正后的硬度值分別為169HV5、168HV5和158HV5,其算術(shù)平均值為165.0HV5。至于結(jié)果的不確定度,GB/T 4340.1—2009只明確如果需要才評估,因委托方?jīng)]有提出要求,故此處不作評估。

        4 測試驗(yàn)證

        為了驗(yàn)證所選用的維氏硬度方法的適宜性,根據(jù)此次實(shí)際測量壓痕對角線的長度為0.228~0.243mm,對照GB/T4340.1-2009,所要求的維氏硬度壓痕對角線長度范圍為0.020~1.400mm,證明所用的測試法完全符合GB/T 4340.1—2009對被測件的適用要求,驗(yàn)證了選用此法是適宜的。所得到的測試示值和修正值,也滿足材料標(biāo)準(zhǔn)對維氏硬度值不大于200HV的要求。經(jīng)委托方五年的質(zhì)量信息反饋,選用這種測試方法所得到的測試結(jié)果,完全滿足產(chǎn)品性能及制造工藝對該管的質(zhì)量要求。

        5 結(jié)束語

        通過以上測試分析,雖然洛氏硬度測試操作迅速簡便,且HRB標(biāo)尺適于測試軟質(zhì)試件,但是對于不同材質(zhì)形態(tài)尺寸的試樣,其測試還是具有特殊性和適宜條件。應(yīng)該具體問題具體分析,選擇適宜的測試方法,才能保證測試量值的準(zhǔn)確可靠。

        [1]GB/T 230.1—2009金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第一部分:試驗(yàn)方法.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009

        [2]GB/T 231.1—2002金屬布氏硬度試驗(yàn)第一部分;試驗(yàn)方法 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003

        [3]GB/T 4340.1—2009金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第一部分;試驗(yàn)方法.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009

        [4]GB 13296—2007鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007

        [5]史美堂.金屬材料及熱處理.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1991

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