在金屬材料拉伸試驗(yàn)中，斷后伸長率是反映金屬材料塑性的一個重要指標(biāo)，其值越大，表示金屬材料的塑性越好。在實(shí)際的室溫拉伸試驗(yàn)中，某些塑性指標(biāo)富余量較小的拉伸試樣未斷裂在引伸計標(biāo)距的中部而產(chǎn)生斷裂位置偏移的現(xiàn)象非常普遍，而在此狀態(tài)下機(jī)器自動測量斷后伸長率所產(chǎn)生的誤差很大。此時，需要采用其他方式測量斷后伸長率，如手工測量(包括移位法測量)或重新進(jìn)行試樣加工再試驗(yàn)等。而上述做法使得拉伸試驗(yàn)的工作繁瑣復(fù)雜，大大降低了檢驗(yàn)效率。
在目前的鋼鐵試驗(yàn)室拉伸試驗(yàn)斷后伸長率的檢驗(yàn)工作中，大多數(shù)試驗(yàn)室采取機(jī)器測量斷后伸長率的方式，但因斷后位置不在標(biāo)距中部而得到的斷后伸長率誤差通常較大。因機(jī)器測量誤差導(dǎo)致斷后伸長率未達(dá)到用戶需求，產(chǎn)品被判廢，極大地影響了鋼廠的鋼卷成材率。GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》中對拉伸試驗(yàn)斷后伸長率有以下描述：“原則上，斷裂發(fā)生在引伸計標(biāo)距Le以內(nèi)方為有效，但斷后伸長率等于或大于規(guī)定值，不管斷裂位置處于何處均為有效”。在高強(qiáng)鋼的拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)引伸計標(biāo)距Le和試樣平行長度Lc相差過大時，試樣斷裂位置在引伸計標(biāo)距Le外且斷后伸長率未達(dá)到規(guī)定值的概率極大。GB/T 228.1—2010中沒有對試樣斷偏后處理方法及機(jī)器測量結(jié)果修正方法的相關(guān)描述。一些學(xué)者提出用最大力總延伸率代替斷后伸長率，但在高強(qiáng)鋼拉伸試驗(yàn)的實(shí)際實(shí)施過程中，其結(jié)果并不理想。為了分析采用機(jī)器測量和手工測量兩種方法獲得斷后伸長率的結(jié)果差異，來自寶鋼湛江鋼鐵有限公司制造管理部、廣東(東莞)材料基因高等理工研究院和中國核動力研究設(shè)計院反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的盧美嬌、李榮鋒、呂超、歷妍四位研究人員設(shè)計了以下試驗(yàn)，以分析兩者的結(jié)果差異，并提出了機(jī)器測量斷后伸長率的修正方式。通過驗(yàn)證，證實(shí)了修正方式的合理性，并對GB/T 228.1—2010修訂提出了相應(yīng)建議。
1試樣制備及試驗(yàn)方法
1.1試樣制備
由于BW300TP耐磨鋼在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時，試樣斷偏現(xiàn)象較為常見，斷后伸長率的機(jī)器測量值和手工測量值存在明顯差異，所以試驗(yàn)材料選定為BW300TP耐磨鋼板。選取某鋼鐵廠生產(chǎn)的厚度為3.5~4.0mm的BW300TP耐磨鋼板，按照GB/T 228.1—2010的試樣制備方法，制備出批量平行長度為75mm，原始寬度為25mm，標(biāo)距為50mm的縱向矩形截面P14拉伸試樣。
1.2試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)采用試驗(yàn)室配備的電子式拉伸試驗(yàn)機(jī)，力值測量范圍為0~600kN，測量精度為0.5級。引伸計采用接觸式全自動縱向引伸計，測量范圍為0~200mm，測量精度為1級。游標(biāo)卡尺的量程為0~150mm，允許誤差為±0.02mm。
1.3試驗(yàn)方法
試驗(yàn)前先用打點(diǎn)機(jī)在拉伸試樣平行段內(nèi)標(biāo)記出間隔為5mm的一系列標(biāo)記點(diǎn)，應(yīng)保證標(biāo)記點(diǎn)不會造成引起試樣過早斷裂的缺陷。將標(biāo)記好標(biāo)記點(diǎn)的拉伸試樣按照GB/T 228.1—2010的方法B在拉伸試驗(yàn)機(jī)上拉伸至斷裂，試樣的引伸計標(biāo)距Le和原始標(biāo)距L0均為50mm。試驗(yàn)結(jié)束后，取下斷樣，將試樣斷口對接在一起，且保證其軸線位于同一直線上，然后用游標(biāo)卡尺手工測量斷后標(biāo)距，計算得到手工測量的斷后伸長率，記為Amauaul。拉伸試驗(yàn)機(jī)直接輸出的斷后伸長率為機(jī)器測量的斷后伸長率，記為Aauto。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論
從上述試驗(yàn)結(jié)果中隨機(jī)選取20組數(shù)據(jù)，比對采用機(jī)器測量和手工測量方法獲得BW300TP耐磨鋼拉伸試驗(yàn)斷后伸長率見表1。
表1 兩種方法測得的斷后伸長率
由表1可知，機(jī)器測量的斷后伸長率Aauto和手工測量的斷后伸長率Amauaul的差值均為負(fù)值，也就是說手工測量的斷后伸長率Amauaul均大于機(jī)器測量的斷后伸長率Aauto。產(chǎn)生這種差異的主要原因是這兩種測量方法存在明顯的不同。
機(jī)器測量斷后伸長率時，接觸式引伸計選取的原始標(biāo)距是固定的，試驗(yàn)完畢后，引伸計不會根據(jù)試樣的斷裂位置去調(diào)整并選擇合適的斷后標(biāo)距。而在實(shí)際BW300TP耐磨鋼板的拉伸試驗(yàn)中，絕大多數(shù)試樣均不斷裂在引伸計標(biāo)距的中間位置，此時，由于試樣斷裂位置的偏移，引伸計所測量出來的原始標(biāo)距的伸長量ΔL就會偏小。機(jī)器測量和手工測量的斷后標(biāo)距Lu如圖1所示。
圖1 斷后標(biāo)距不同測量方法示意圖
手工測量斷后伸長率時，由于在試樣平行長度內(nèi)的標(biāo)記點(diǎn)是套疊的，無論試樣斷裂在平行段范圍內(nèi)的何處，都可以根據(jù)斷裂位置手工調(diào)整選擇合適的斷后標(biāo)距，從而測量出試樣在標(biāo)距范圍內(nèi)最大的原始標(biāo)距伸長量ΔL。手工測量的斷后伸長率能更真實(shí)地反映出材料的斷后伸長率。因此，在BW300TP耐磨鋼板的拉伸試驗(yàn)中，手工測量方法得到的斷后伸長率通常會大于機(jī)器測量的斷后伸長率。
在日常BW300TP耐磨鋼拉伸試樣加工時，可在滿足標(biāo)準(zhǔn)前提下，通過縮短平行長度來減小由于試樣斷裂位置偏移而造成的機(jī)器測量斷后伸長率的偏差，改善和提高機(jī)器測量方式獲得該材料斷后伸長率的準(zhǔn)確性。
3補(bǔ)償關(guān)系研究
采用機(jī)器測量和手工測量方式獲得的BW300TP耐磨鋼板的斷后伸長率差異是客觀存在的，而在試驗(yàn)室日常斷后伸長率檢驗(yàn)工作中，直接以機(jī)器測量得出結(jié)果是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，若采用手工測量得出結(jié)果，其工作量巨大且繁瑣。為了提高BW300TP耐磨鋼板斷后伸長率測量的準(zhǔn)確性和工作效率，盧美嬌、李榮鋒等研究人員對機(jī)器測量和手工測量結(jié)果的補(bǔ)償進(jìn)行了研究。
為獲得機(jī)器測量斷后伸長率和手工測量斷后伸長率之間的補(bǔ)償關(guān)系，需要對大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，研究人員所在試驗(yàn)室積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對該數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合分析，得到了BW300TP耐磨鋼板手工測量斷后伸長率和機(jī)器測量斷后伸長率的擬合曲線，如圖2所示。
圖2 手工測量斷后伸長率與機(jī)器測量斷后伸長率的擬合關(guān)系圖
由圖2可知，BW300TP耐磨鋼板的手工測量的斷后伸長率與機(jī)器測量的斷后伸長率有較明顯的線性關(guān)系。通過擬合分析，得到兩種斷后伸長率之間的擬合表達(dá)式為
式中：x為機(jī)器測量的斷后伸長率;y為手工測量的斷后伸長率(即修正值)。
4修正方式驗(yàn)證
取同等加工條件下的20根拉伸試樣，編號為Y1~Y20，對其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。通過比對手工測量值A(chǔ)mauaul和按照式(1)計算得到的修正值A(chǔ)count及兩者的差值，來驗(yàn)證式(1)的合理性，結(jié)果見表2。
表2斷后伸長率的修正值和手工測量值
由表2可知，20根驗(yàn)證試樣的手工測量平均值為19.56%，修正平均值為19.46%。試樣Y3的差值最大，為1.74%，試樣Y10的最差值小，為0.14%。20根驗(yàn)證試樣的差值均小于±2%，滿足標(biāo)準(zhǔn)中高強(qiáng)鋼再現(xiàn)性相對誤差小于±13.3%的要求，即絕對誤差小于2.60%的要求。
5結(jié)論及建議
通過對比BW300TP耐磨鋼板機(jī)器測量的斷后伸長率和手工測量的斷后伸長率，證實(shí)了機(jī)器測量的斷后伸長率小于手工測量的斷后伸長率，而手工測量的斷后伸長率能夠更真實(shí)地反映BW300TP耐磨鋼板的斷后伸長率?？梢酝ㄟ^關(guān)系式y(tǒng)=0.8505x+5.1838可對機(jī)器測量的斷后伸長率進(jìn)行修正。
由于高強(qiáng)鋼拉伸試樣斷裂的位置是未知且無規(guī)律的，所以在進(jìn)行試樣加工的時候，可以在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，適當(dāng)縮短平行長度，試樣加工時要確保試樣的加工精度和表面粗糙度，以降低由試樣斷裂位置偏移而造成的機(jī)器測量的斷后伸長率的偏差。
基于以上試驗(yàn)及分析，提出以下對GB/T 228.1—2010的修訂建議。
(1) 試樣平行長度的修訂建議
P7帶頭試樣的平行長度最小值修改為60mm。
取消附錄D中矩形截面非比例試樣平行長度
的規(guī)定，只保留試樣平行長度不應(yīng)小于L0+1/2b0，仲裁時，平行長度為Lc=L0+2b0的相關(guān)規(guī)定。
(2) 增加機(jī)器測量斷后伸長率補(bǔ)償方法的建議
GB/T 228.1—2010中，未提及對機(jī)器測量斷后伸長率的補(bǔ)償和修正的方法。建議開展多試驗(yàn)室間的驗(yàn)證試驗(yàn)，增加不同試驗(yàn)材料對機(jī)器測量斷后伸長率的修正方法及修正公式。
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