(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 檢測中心物理站, 馬鞍山 243000)

特鋼產(chǎn)品中規(guī)格為φ(16～30) mm的42CrMo鋼、55Cr3鋼、20CrMnTiH3鋼、40Cr鋼等熱軋圓棒產(chǎn)品尺寸較小，將其加工成尺寸為55 mm×10 mm×10 mm的沖擊試樣較困難。棒材沖擊試樣的加工工藝[1]為：鋸切樣坯→刨床初加工→銑削→開缺口。該工藝加工效率較低，加工小尺寸特鋼產(chǎn)品時，在鋸切樣坯和刨床初加工時存在一定難度。為此，筆者采用某生產(chǎn)廠家針對上述問題設計的新型棒材拉伸-沖擊標準試樣加工中心，去除原工藝中鋸切樣坯和刨床初加工的步驟，實現(xiàn)了沖擊試樣的一步加工成型，節(jié)省了大量的工序，提高了加工效率。此外，采用新型棒材拉伸-沖擊標準試樣加工中心時，為保持沖擊試樣的對中性和固定性，需要在試樣的一端鉆頂針孔[2]，筆者研究了頂針孔及其深度對沖擊試樣沖擊吸收能量的影響。

1 試樣制備與試驗方法

1.1 試樣制備

采用傳統(tǒng)工藝用GB4240型鋸床在42CrMo鋼和Q235H鋼樣坯上分別鋸切出尺寸為55 mm×15 mm×15 mm的6組(每組3個)樣塊，使用BS6065型刨床對樣塊進行初加工成形，使用HGCJ-100BJ型沖擊加工中心銑削開V型缺口，缺口底部高度為8 mm，分別得到6組尺寸為55 mm×10 mm×10 mm的沖擊試樣[3]。其中：將42CrMo鋼沖擊試樣分別編號為A1，A2，A3，A4，A5，A6；將Q235H鋼沖擊試樣分別編號為B1，B2，B3，B4，B5，B6。

采用HGCJ-20型棒材拉伸-沖擊試樣加工中心(以下簡稱為新型加工中心)在42CrMo鋼和Q235H鋼樣坯上分別一步加工出6，18組(每組3個)沖擊試樣，試樣的規(guī)格尺寸與采用傳統(tǒng)工藝流程得到試樣的相同。各取6組42CrMo鋼和Q235H鋼沖擊試樣，采用Z525型立式鉆床在試樣一端鉆孔深為5 mm，孔徑為3 mm的頂針孔，分別編號為C1,C2,C3,C4,C5,C6和D1,D2,D3,D4,D5,D6；另取12組Q235H鋼沖擊試樣，按每3組為1份共分成4份，其中1份不鉆頂針孔，該份3組試樣分別編號為E1，E2，E3,其他3份分別采用Z525型立式鉆床在試樣一端鉆孔深為8，9，10 mm，孔徑為3 mm的頂針孔。其中，孔深為8 mm的3組試樣分別編號為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3；孔深為9 mm的3組試樣分別編號為G1，G2，G3；孔深為10 mm的3組試樣分別編號為H1，H2，H3。

取鋼研納克沖擊標準試樣[4]6組(每組3個)，第1組標準試樣不鉆孔，采用Z525型立式鉆床對第2～4組沖擊標準試樣鉆孔深為5 mm，孔徑為3 mm的頂針孔，對第5組沖擊標準試樣分別鉆孔深為8.5，8.1，9.4 mm，孔徑為3 mm的頂針孔，對第6組沖擊標準試樣分別鉆孔深為9.5，10.3，10.4 mm，孔徑為3 mm的頂針孔。

1.2 試驗方法

按照GB/T229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》，采用ZBC1501-BZ/2沖擊試驗機對沖擊吸收能量為20.7，27.9 J的沖擊標準試樣進行室溫沖擊試驗[5]，該沖擊試驗機的最大沖擊吸收能量為50 J，載荷為68 N。采用ZBC2452-2型沖擊試驗機對除上述試樣之外的沖擊試樣進行室溫沖擊試驗，該沖擊試驗機的最大沖擊吸收能量為300 J，載荷為215 N。

2 試驗結果與討論

2.1 沖擊標準試樣的比對

表1為沖擊標準試樣的沖擊吸收能量分析結果，可見6組試樣的實測值與標準值的偏差(簡稱為標準偏差)均符合ISO 148-3(2016)MetallicMaterials—CharpyPendulumImpactTest—Part3:PreparationandCharacterizationofCharpyV-notchTestPiecesforIndirectVerificationofPendulumImpactMachines和JJG 145—2007《擺錘式?jīng)_擊試驗機》中對標準偏差的要求(見表2)。此外，第1，2組沖擊標準試樣無論是否有頂針孔，其沖擊吸收能量實測值和標準值的大小均不受影響；第3，4組沖擊標準試樣沖擊吸收能量的實測值與標準值較接近；第5，6組沖擊標準試樣頂針孔深度達到9 mm后，試樣沖擊吸收能量的實測值出現(xiàn)顯著下降，比標準值更低。綜上所述，當頂針孔深度為5 mm時，沖擊標準試樣的沖擊吸收能量實測值不受影響；當頂針孔深度不小于9 mm時，沖擊標準試樣的沖擊吸收能量實測值會偏低。

2.2 沖擊加工試樣的比對

表3，4分別是采用傳統(tǒng)工藝和新型加工中心加工的頂針孔深度為5 mm的42CrMo鋼和Q235H鋼沖擊試樣的沖擊試驗結果。由表3和表4可見，對于42CrMo鋼和Q235H鋼，采用新型加工中心加工的頂針孔深度為5 mm的沖擊試樣的沖擊吸收能量實測平均值和采用傳統(tǒng)工藝加工的沖擊試樣的一致，且測試結果較穩(wěn)定。

表5是采用新型加工中心加工的不同頂針孔深度的Q235H鋼沖擊試樣的沖擊試驗結果，結合表4可見，當沖擊試樣一端無頂針孔或頂針孔深度不大于8 mm時，沖擊試樣的沖擊吸收能量實測平均值較穩(wěn)定，在正常范圍(110～120 J)波動；當頂針孔深度達到9 mm并高于該數(shù)值時，試樣沖擊吸收能量會普遍低于正常范圍。

表1 不同沖擊標準試樣沖擊吸收能量的分析結果Tab.1 Analysis results of impact absorption energy of different impact standard specimens J

表2 不同標準中標準沖擊試樣沖擊吸收能量的標準偏差范圍Tab.2 Standard deviation range of impact absorption energy of standard impact specimen in different standards J

表3 采用傳統(tǒng)工藝加工的42CrMo鋼和Q235H鋼沖擊 試樣沖擊試驗結果Tab.3 Impact test results of 42CrMo and Q235H steel impact specimens processed by traditional technology J

3 結論

對于42CrMo鋼和Q235H鋼，采用新型加工中心加工的頂針孔深度為5 mm的沖擊試樣的沖擊吸收能量實測平均值和采用傳統(tǒng)工藝加工的沖擊試樣的一致，且測試結果較穩(wěn)定。

表4 采用新型加工中心加工的頂針孔深度為5 mm 沖擊試樣的沖擊試驗結果Tab.4 Impact test results of impact specimen with pin hole depth of 5 mm processed by new machining center J

對于沖擊標準試樣和Q235H鋼沖擊加工試樣，當沖擊試樣一端無頂針孔或頂針孔深度不大于8 mm時，沖擊試樣的沖擊吸收能量實測平均值較穩(wěn)定，在正常范圍(110～120 J)波動；當頂針孔深度達到9 mm并高于該數(shù)值時，試樣沖擊吸收能量實測平均值普遍低于正常范圍。

表5 采用新型加工中心加工的不同頂針孔深度的Q235H鋼 沖擊試樣的沖擊試驗結果Tab.5 Impact test results of Q235H steel impact specimens with different pin hole depth processed by new machining center J