徐衛(wèi)星, 徐惟誠(chéng), 陸海兵(上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司 檢化驗(yàn)事業(yè)部, 上海 200941)

預(yù)拉伸樣坯尺寸對(duì)應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)結(jié)果的影響

徐衛(wèi)星, 徐惟誠(chéng), 陸海兵
(上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司 檢化驗(yàn)事業(yè)部, 上海 200941)

采用GB/T 4160-2004要求尺寸的拉伸樣坯，在預(yù)拉伸應(yīng)變量未達(dá)到規(guī)定應(yīng)變量時(shí)易出現(xiàn)頸縮和夾持部位斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。為避免出現(xiàn)上述情況，筆者采用形狀和橫截面尺寸不同于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸的拉伸樣坯，進(jìn)行5%和10%的兩種應(yīng)變量的預(yù)拉伸，然后對(duì)其取樣進(jìn)行系列溫度夏比沖擊試驗(yàn)。結(jié)果表明：拉伸樣坯尺寸對(duì)試樣應(yīng)變時(shí)效沖擊試驗(yàn)的結(jié)果不存在明顯影響；鋼鐵材料的應(yīng)變時(shí)效拉伸樣坯可以不局限于一種橫截面尺寸，也可以采用與室溫拉伸試驗(yàn)相同的帶夾持頭部試樣。

應(yīng)變時(shí)效敏感性；樣坯尺寸；預(yù)拉伸；夏比沖擊

GB/T 4160-2004《鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)方法(夏比沖擊法)》[1]主要參考前蘇聯(lián)GOST 7268-1982《鋼的應(yīng)變時(shí)效沖擊韌性試驗(yàn)方法》制定的。其試驗(yàn)原理和目的是測(cè)定鋼經(jīng)受規(guī)定應(yīng)變并人工時(shí)效后的沖擊吸收能量，將經(jīng)受與未經(jīng)受規(guī)定應(yīng)變并人工時(shí)效試樣的沖擊吸收能量進(jìn)行比較，得出鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性系數(shù)，表征鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。

GB/T 4160-2004要求鋼材厚度大于或等于12 mm，拉伸樣坯尺寸為12 mm×12 mm×Lmm，并保留一個(gè)軋制面。這一規(guī)定對(duì)于較厚的鋼板，要求測(cè)試1/4或1/2厚度位置的應(yīng)變時(shí)效敏感性時(shí)無(wú)法滿足；其次，由于試樣截面尺寸較小，需提高拉伸試樣的加工精度(雖然標(biāo)準(zhǔn)未給出公差范圍)，才能保證試樣在預(yù)變形過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中。由于拉伸試樣為不帶頭試樣，一旦試樣夾持力偏高、夾片選用不當(dāng)或試樣夾持不垂直，試樣夾持端與平行段的結(jié)合部位會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中而提前出現(xiàn)截面收縮，致使試樣變形不均勻，如不作無(wú)效處理肯定會(huì)影響最終的沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)，嚴(yán)重時(shí)試樣未達(dá)到規(guī)定應(yīng)變量即發(fā)生斷裂。

沖擊試樣加工中心正逐步進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，其要求樣坯有較大的尺寸，如某型號(hào)的進(jìn)口設(shè)備要求樣坯寬度為50～55 mm，12 mm×12 mm×Lmm的樣坯由于截面尺寸過(guò)小，無(wú)法滿足沖擊試樣加工中心要求。

應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)預(yù)拉伸應(yīng)變量要小于材料的均勻變形量，即小于材料的均勻延伸率。對(duì)于平行長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)的拉伸試樣，變形小于材料的均勻延伸率時(shí)，試樣橫截面尺寸的大小不會(huì)影響試樣有效試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的均勻變形，可以認(rèn)為試樣有效區(qū)域內(nèi)各處的應(yīng)變基本相同。

據(jù)此，筆者選取了幾個(gè)鋼種，研究增大拉伸樣坯橫截面尺寸對(duì)預(yù)應(yīng)變偏差和沖擊性能的影響，擬在保證最終試驗(yàn)精度的情況下，增大拉伸樣坯尺寸，以適應(yīng)不同的取樣要求和沖擊制樣設(shè)備。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

依據(jù)GB/T 4160-2004推薦的±0.5%預(yù)應(yīng)變偏差，以5%和10%應(yīng)變量為試驗(yàn)條件，選擇14MnNbQ和Q345qD兩個(gè)鋼種的中厚板進(jìn)行試驗(yàn)，人工時(shí)效處理?xiàng)l件為250 ℃保溫1 h。預(yù)拉伸采用平行長(zhǎng)度為230 mm、帶夾持頭部的矩形橫截面拉伸試樣進(jìn)行試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 預(yù)應(yīng)變及夏比沖擊試驗(yàn)方案Tab.1 Test program of pre-stretch and Charpy impact tests

2 試驗(yàn)方法

2.1 預(yù)拉伸試驗(yàn)

試驗(yàn)前，選擇表1中鋼板厚度為35,50 mm的試樣，在其表面(軋制面)及側(cè)面(加工面)刻劃如圖1所示的標(biāo)距線，并確定上、下端點(diǎn)和中心點(diǎn)標(biāo)距測(cè)量位置，每條線的間隔為10 mm，以試樣長(zhǎng)度中心的標(biāo)距線為中心線，測(cè)量應(yīng)變前后20，40，60，80，100，120和140 mm標(biāo)距處的標(biāo)距長(zhǎng)度，且每個(gè)標(biāo)距均測(cè)量標(biāo)距線兩個(gè)端點(diǎn)及中心點(diǎn)間的距離。拉伸試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)變量由200 mm標(biāo)距的引伸計(jì)進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 標(biāo)距和測(cè)量位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of gauge lengths and testing positions

2.2 夏比沖擊試驗(yàn)

每根經(jīng)預(yù)拉伸的試樣制作3個(gè)開(kāi)V型缺口的10 mm×10 mm×55 mm夏比沖擊試樣，并將其定為一組，根據(jù)GB/T 229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》[2]進(jìn)行系列溫度下的沖擊試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 預(yù)拉伸試驗(yàn)

上述幾種標(biāo)距經(jīng)5%和10%變形后，每個(gè)標(biāo)距應(yīng)變量平均值和最大偏差如表2所示。分析表2可發(fā)現(xiàn)，兩種截面尺寸的拉伸樣坯標(biāo)距范圍內(nèi)的應(yīng)變量均符合GB/T 4160-2004中偏差為±0.5%的規(guī)定,同時(shí)有效區(qū)域內(nèi)不同位置的應(yīng)變量無(wú)明顯差異,可視為是均勻的。

3.2 夏比沖擊試驗(yàn)

夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，其中圖2(a)～(c)中拉伸試樣的應(yīng)變量為10%，圖2(d)中拉伸樣坯的應(yīng)變量為5%。從圖2可以看出，不同截面尺寸的預(yù)應(yīng)變拉伸樣坯加工出的沖擊試樣，其沖擊吸收能量隨溫度的變化曲線幾乎重合，表明試樣的沖擊吸收能量和韌脆轉(zhuǎn)變溫度不受預(yù)拉伸試樣截面尺寸的影響。

4 結(jié)論

(1) 不同橫截面尺寸的拉伸樣坯在均勻延伸率范圍內(nèi)應(yīng)變，其有效區(qū)域內(nèi)不同位置的應(yīng)變量無(wú)明顯差異，可視為是均勻的。

表2 不同標(biāo)距應(yīng)變量的平均值和最大偏差Tab.2 The actual strain average and the maximum deviation of different gauge lengths

圖2 不同厚度鋼板的系列溫度沖擊吸收能量Fig.2 The impact absorbed energy of steel plates with different thickness at a series of temperatures:(a) 12 mm steel plates; (b) 20 mm steel plates; (c) 35 mm steel plates; (d) 50 mm steel plates

(2) 應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)時(shí)，拉伸樣坯的截面尺寸可不拘泥于12 mm×12 mm，也可加工成其他橫截面尺寸、帶夾持頭部的矩形橫截面拉伸試樣(試樣平行長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，保證沖擊試樣缺口處于拉伸試樣的均勻變形區(qū)域內(nèi))，以防止預(yù)拉伸時(shí)出現(xiàn)縮頸或斷裂，并方便選取距材料表面不同位置的應(yīng)變時(shí)效敏感性試樣，以及在加工中心制備沖擊試樣。

[1] GB/T 4160-2004 鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)方法(夏比沖擊法)[S].

[2] GB/T 229-2007 金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法[S].

Effect of the Pre-stretch Specimen Dimension on the Results of Strain Aging Sensitivity Test

XU Wei-xing, XU Wei-cheng, LU Hai-bing
(Shanghai Baosteel Industry Technology Service Co., Ltd., Department of Test, Inspection & Analysis,Shanghai 200941, China)

The pre-stretch specimens, whose dimension conformed to the requirement of GB/T 4160-2004, were easy to neck or break at the clamping section before the pre-stretch strain reached the stipulated strain, and the tests failed. In order to avoid the above situation, the tensile tests with 5% and 10% straining and Charpy impact tests at a series of temperatures were carried out on the specimens whose shape and cross-section dimension were different from those of the standard specimens. The results show that: the dimension of pre-stretch specimens had no significant effect on the results of strain aging sensitivity test; different cross sectional dimensions of pre-stretch specimens could be acceptable during the strain aging sensitivity test of steel materials, such as rectangular specimens with grip ends of the tension test at ambient temperature.

strain aging sensibility; specimen dimension; pre-stretch; Charpy impact

2016-04-12

徐衛(wèi)星(1975-),男，工程師，碩士，主要從事鋼鐵產(chǎn)品力學(xué)性能檢測(cè)工作。

徐惟誠(chéng)(1963-)，男，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事鋼鐵產(chǎn)品力學(xué)性能檢測(cè)工作，xuweicheng@baosteel.com。

10.11973/lhjy-wl201703009

TG115.5+6

A

1001-4012(2017)03-0185-03