摘 要:對于鋼管產(chǎn)品的拉伸試驗,國標、美標以及ISO標準對試樣尺寸的測量方法要求有所不 同,鋼管產(chǎn)品具有軋制特性,存在壁厚不均勻現(xiàn)象,壁厚的測量精度對于試驗誤差的控制有較大影 響。對比了不同標準規(guī)定的試樣尺寸測量方法,并選用兩種標準方法對鋼管弧形試樣進行拉伸試 驗,對拉伸試驗結果進行對比,研究了試樣尺寸測量方法對鋼管力學性能的影響。
關鍵詞:鋼管;標準;試樣尺寸;測量方法;力學性能
中圖分類號:TB31;TG115.3 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2023)03-0005-03
拉伸試驗是材料力學性能測試中重要的試驗方 法之一。室溫拉伸試驗一般是指試樣在室溫環(huán)境, 承受軸向拉伸載荷的條件下,測定材料特性的試驗 方法。不同的拉伸試驗標準對試樣原始橫截面積測 量和計算方法有所不同,ASTM 標準(ASTM E8— 2021《金 屬 材 料 拉 伸 試 驗 的 標 準 試 驗 方 法》和 ASTM A370—2021《鋼產(chǎn)品機械性能測試的方法 和定義》)對弧形試樣橫截面積測量的要求如表1所 示,國標(GB/T228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》)及ISO 標準(ISO6892- 1:2019《金屬材料-拉伸試驗-第1部分:室溫下 試驗方法》)對弧形試樣橫截面積測量的要求如表2 所示。為了驗證標準要求與實際操作的符合性,筆 者依據(jù) ASTM A370—2021和 GB/T228.1—2021 對鋼管弧形試樣進行拉伸試驗,研究了試樣尺寸測 量方法對鋼管弧形試樣力學性能的影響。
1 試樣制備及試驗方法
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 保證試驗結果的一致性,所有試樣的平行段寬度均按 照25.4mm進行加工,加工方式如表3所示。
1.2 試驗方法
采用Z330型電子拉伸試驗機,配備全自動引 伸計,引伸計標距為50mm。依據(jù) ASTM A370— 2021 對 試 樣 1~5 進 行 拉 伸 試 驗,依 據(jù) GB/T 228.1—2021對試樣6~10進行拉伸試驗。使用壁 厚千分尺測量試樣1~10的原始壁厚,使用外徑千 分尺測量試樣1~10的寬度。
試樣1~10均在減縮段劃分成5個區(qū)域,在每 個區(qū)域內(nèi)測量壁厚并進行記錄(見圖1),試樣1~ 5直接測量中心部位(點3),按最小值進行計算; 試樣6~10在平行段部位測量寬度,按平均值進 行計算。
2 試驗結果
試樣1~5的力學性能測試結果如表4所示,試 樣6~10 的力學性能測試結果如表 5 所示。由 表4,5可以看出:按照 ASTM A370—2021進行拉 伸試驗,試樣寬度方向在減縮段中心呈錐度,中間寬 度最小,在寬度最小部位測量壁厚,測量結果差異較 小;按照 GB/T228.1—2021進行拉伸試驗,試樣壁 厚測 量 結 果 的 差 異 在 整 個 平 行 段 方 向 最 大 為 0.78mm,選擇3點平均與5點平均的計算方法,強 度差異約15MPa。
3 綜合分析
鋼管產(chǎn)品加工弧形試樣,在壁厚方向會出現(xiàn)螺 旋狀的起伏,導致在壁厚測量上存在爭議,寬度方向 的尺寸精度由數(shù)控加工設備進行控制,形狀公差不 超過0.03mm,尺寸公差控制在-0.1~0.1mm 范 圍內(nèi)。從表4可以看出,寬度的測量結果差異較小, 但在整個平行段測量中,壁厚的測量結果差異較大, 因此測量誤差主要來源于壁厚測量。
根據(jù)表4,5所示的斷裂部位進行分析,當寬度 基本一致時,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標準加工試樣,加工時規(guī)定可以在減縮段加工 一個錐度,控制減縮段中間最小部位的寬度比兩側 寬度小0.04mm,測量時直接測量中間最小部位的 寬度,并在該部位測量壁厚,測量3次取最小值,從 斷裂部位看,基本都斷裂在測量部位,說明該試樣的 力學性能測試結 果 更 接 近 真 實 值。按 照 GB/T 228.1—2021標準要求,在試樣平行段測量足夠的 點數(shù),并取平均值參與橫截面積計算,對于壁厚差異 較小的試樣,可選擇3點平均法進行計算,對于壁厚 差異較大的試樣,使用5點或5點以上平均法進行 計算,利于減少測量結果的誤差,使力學性能的測試 結果更接近真實值。
ASTM A370—2021標準規(guī)定,試樣人為加工 最小橫截面,寬度及壁厚的測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 以保證試樣的力學性能測試結果更接近真實值。 GB/T228.1—2021標準對試樣橫截面積的計算提 出了要求,對于壁厚差異較大的試樣,可以利用重復 多次測量的方法來減少力學性能測試結果的誤差,但斷裂部位有較大概率出現(xiàn)偏在一邊的情況,會影 響試樣斷后伸長率的測量。
4 結論
(1)對于鋼管弧形試樣,在寬度不作為主要誤 差來源時,壁厚差異越大,尺寸測量誤差帶來力學性 能測試結果的誤差就越大。
(2)根據(jù) ASTM A370—2021標準,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、穩(wěn)定的測量結果,并能保證斷裂部位和測量部位 基本一致。
(3)根據(jù)GB/T228.1—2021標準,在平行段測 量足夠的點數(shù),采用平均值法計算橫截面積,對于壁 厚差異較小的試樣,可選擇3點平均法進行計算,對 于壁厚差異較大的試樣,可以采用5點或5點以上 平均法進行計算,使試樣的力學性能測試結果更接 近真實值。
(4)GB/T228.1—2021標準可以考慮在加工試樣 時,在平行段增加錐度,在壁厚差異較小的情況下,既能 得到滿意的結果,又能保證斷裂部位在平行段中間。
