卢美娇1,李荣锋2,3,吕 超1,历 妍1

[1.宝钢湛江钢铁有限公司 制造管理部,湛江 524072;2.广东(东莞)材料基因高等理工研究院,东莞 523808; 3.中国核动力研究设计院 反应堆燃料及材料重点实验室,成都 610213]

摘 要:根据 GB/T228.1-2010中断后伸长率的测量方法,选取塑性富余量较小的 BW300TP 耐磨钢板进行拉伸试验,分析了采用机器测量方法和手工测量方法测得的断后伸长率结果有差异 的原因,并对标准提出修订建议。结果表明:因断裂位置偏离标距中心,机器测量的断后伸长率小 于手工测量的断后伸长率,可用关系式y=0.8505x+5.1838对机器测量的断后伸长率结果进行 补偿和修正。建议 GB/T228.1-2010中P7带头试样的平行长度最小值修改为60mm;取消附录 D中矩形截面非比例试样平行长度Lc≥L0+1.5 S0 的规定;增加不同试验材料的机器测量断后 伸长率的修正方法及修正建议值。

关键词:断后伸长率;测量方法;补偿修正;平行长度;断后标距 中图分类号:TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2021)04-0015-04

在金属材料拉伸试验中,断后伸长率是反映金 属材料塑性的一个重要指标,其值越大,表示金属材 料的塑性越好[1-3]。在实际的室温拉伸试验中,某些 塑性指标富余量较小的拉伸试样未断裂在引伸计标 距的中部而产生断裂位置偏移的现象非常普遍[4],

而在此状态下机器自动测量断后伸长率所产生的误 差很大[5-7]。此时,需要采用其他方式测量断后伸长 率,如手工测量(包括移位法测量)或重新进行试样 加工再试验等。而上述做法使得拉伸试验的工作繁 琐复杂,大大降低了检验效率。 在目前的钢铁试验室拉伸试验断后伸长率的检 验工作中,大多数试验室采取机器测量断后伸长率 的方式,但因断后位置不在标距中部而得到的断后 伸长率误差通常较大[5]。因机器测量误差导致断后 伸长率未达到用户需求,产品被判废,极大地影响了 钢厂的钢卷成材率。GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》中对拉伸试验 断后伸长率有以下描述:“原则上,断裂发生在引伸 计标距 Le 以内方为有效,但断后伸长率等于或大 于规定值,不管断裂位置处于何处均为有效”。在高 强钢的拉伸试验中,当引伸计标距 Le 和试样平行 长度Lc 相差过大时,试样断裂位置在引伸计标距 Le 外且 断 后 伸 长 率 未 达 到 规 定 值 的 概 率 极 大。 GB/T228.1-2010中没有对试样断偏后处理方法 及机器测量结果修正方法的相关描述。一些学者提 出用最大力总延伸率代替断后伸长率,但在高强钢 拉伸试验的实际实施过程中,其结果并不理想。为 了分析采用机器测量和手工测量两种方法获得断后 伸长率的结果差异,笔者设计了以下试验,以分析两 者的结果差异,并提出了机器测量断后伸长率的修 正方式。通过验证,证实了修正方式的合理性,并对 GB/T228.1-2010修订提出了相应建议。

1 试样制备及试验方法

1.1 试样制备

由于 BW300TP耐磨钢在进行拉伸试验时,试 样断偏现象较为常见,断后伸长率的机器测量值和 手工测量 值 存 在 明 显 差 异,所 以 试 验 材 料 选 定 为 BW300TP耐磨钢板。选取某钢铁厂生产的厚度为 3.5~4.0 mm 的 BW300TP 耐磨钢板,按照 GB/T 228.1-2010的试样制备方法,制备出批量平行长 度为75mm,原始宽度为25mm,标距为50mm 的 纵向矩形截面 P14拉伸试样。

1.2 试验设备

试验采用试验室配备的电子式拉伸试验机,力 值测量范围为0~600kN,测量精度为0.5级。引 伸计采用 接 触 式 全 自 动 纵 向 引 伸 计,测 量 范 围 为 0~200mm,测量精度为1级。游标卡尺的量程为0~150mm,允许误差为±0.02mm。 1.3 试验方法 试验前先用打点机在拉伸试样平行段内标记出 间隔为5mm 的一系列标记点,应保证标记点不会造 成引起试样过早断裂的缺陷。将标记好标记点的拉 伸试样按照 GB/T228.1-2010的方法B在拉伸试验 机上拉伸至断裂,试样的引伸计标距Le 和原始标距 L0 均为50mm。试验结束后,取下断样,将试样断口 对接在一起,且保证其轴线位于同一直线上,然后用 游标卡尺手工测量断后标距,计算得到手工测量的断 后伸长率,记为Amauaul。拉伸试验机直接输出的断后 伸长率为机器测量的断后伸长率,记为Aauto。

2 试验结果及讨论

从上述试验结果中随机选取20组数据,比对采 用机器测量和手工测量方法获得 BW300TP耐磨钢 拉伸试验断后伸长率见表1。 由表1可知,机器测量的断后伸长率 Aauto 和手 工测量的断后伸长率 Amauaul 的差值均为负值,也就 是说手工测量的断后伸长率 Amauaul 均大于机器测 量的断后伸长率 Aauto。产生这种差异的主要原因 是这两种测量方法存在明显的不同[7]。 机器测量断后伸长率时,接触式引伸计选取的 原始标距是固定的,试验完毕后,引伸计不会根据试 样的断裂位置去调整并选择合适的断后标距。而在 实际 BW300TP耐磨钢板的拉伸试验中,绝大多数 试样均不断裂在引伸计标距的中间位置,此时,由于 试样断裂位置的偏移,引伸计所测量出来的原始标 距的伸长量 ΔL 就会偏小。机器测量和手工测量的 断后标距Lu 如图1所示。 手工测量断后伸长率时,由于在试样平行长度 内的标记点是套叠的,无论试样断裂在平行段范围 内的何处,都可以根据断裂位置手工调整选择合适 的断后标距,从而测量出试样在标距范围内最大的 原始标距伸长量 ΔL。手工测量的断后伸长率能更 真 实 地 反 映 出 材 料 的 断 后 伸 长 率。 因 此,在 BW300TP耐磨钢板的拉伸试验中,手工测量方法 得到的断后伸长率通常会大于机器测量的断后伸 长率。 在日常 BW300TP耐磨钢拉伸试样加工时,可 在满足标准前提下,通过缩短平行长度来减小由于 试样断裂位置偏移而造成的机器测量断后伸长率的 偏差,改善和提高机器测量方式获得该材料断后伸 长率的准确性。

3 补偿关系研究

采 用 机 器 测 量 和 手 工 测 量 方 式 获 得 的 BW300TP耐磨钢板的断后伸长率差异是客观存在 的,而在试验室日常断后伸长率检验工作中,直接以 机器测量得出结果是不严谨的,若采用手工测量得 出 结 果,其 工 作 量 巨 大 且 繁 琐。 为 了 提 高 BW300TP耐磨钢板断后伸长率测量的准确性和工 作效率,笔者对机器测量和手工测量结果的补偿进 行了研究。 为获得机器测量断后伸长率和手工测量断后伸 长率之间的补偿关系,需要对大量的试验数据进行 统计分析,笔者所在试验室积累了大量的试验数据。 对该数据进行线性拟合分析,得到了 BW300TP 耐 磨钢板手工测量断后伸长率和机器测量断后伸长率 的拟合曲线,如图2所示。 由图2可知,BW300TP 耐磨钢板的手工测量 的断后伸长率与机器测量的断后伸长率有较明显的 线性关系。通过拟合分析,得到两种断后伸长率之 间的拟合表达式为 y=0.8505x+5.1838 (1) 式中:x 为机器测量的断后伸长率;y 为手工测量的断后伸长率(即修正值)。

4 修正方式验证

取同等加工条件下的20根拉伸试样,编号为 Y1~Y20,对其进行拉伸试验。通过比对手工测量 值Amauaul 和按照式(1)计算得到的修正值 Acount 及 两者的差值,来验证式(1)的合理性,结果见表2。

由表2可知,20根验证试样的手工测量平均值 为19.56%,修正平均值为19.46%。试样 Y3的差 值最 大,为 1.74%,试 样 Y10 的 最 差 值 小,为 0.14%。20根验证试样的差值均小于 ±2%,满足 标准中高强钢再现性相对误差小于 ±13.3% 的要 求,即绝对误差小于2.60%的要求。

5 结论及建议

通过对比 BW300TP耐磨钢板机器测量的断后 伸长率和手工测量的断后伸长率,证实了机器测量 的断后伸长率小于手工测量的断后伸长率,而手工 测量的断后伸长率能够更真实地反映 BW300TP耐 磨钢 板 的 断 后 伸 长 率。 可 以 通 过 关 系 式 y = 0.8505x+5.1838可对机器测 量 的 断 后 伸 长 率 进 行修正。 由于高强钢拉伸试样断裂的位置是未知且无规 律的,所以在进行试样加工的时候,可以在满足标准 的前提下,适当缩短平行长度,试样加工时要确保试 样的加工精度和表面粗糙度,以降低由试样断裂位 置偏移而造成的机器测量的断后伸长率的偏差。 基于以上试验及分析,提出以下对 GB/T228.1 -2010的修订建议。 (1)试样平行长度的修订建议 P7 带 头 试 样 的 平 行 长 度 最 小 值 修 改 为 60mm。 取消附录 D 中矩形截面非比例试样平行长度 Lc≥L0+1.5 S0 的规定,只保留试样平行长度不 应小于L0+1/2b0,仲裁时,平行长度为Lc=L0 + 2b0 的相关规定。 (2)增加机器测量断后伸长率补偿方法的建议 GB/T228.1-2010中,未提及对机器测量断后 伸长率的补偿和修正的方法。建议开展多试验室间 的验证试验,增加不同试验材料对机器测量断后伸 长率的修正方法及修正公式。

来源：材料与测试网