預拉伸樣坯尺寸對應變時效敏感性試驗結果的影響

徐衛星, 徐惟誠, 陸海兵(上海寶鋼工業技術服務有限公司 檢化驗事業部, 上海 200941)

預拉伸樣坯尺寸對應變時效敏感性試驗結果的影響

徐衛星, 徐惟誠, 陸海兵
(上海寶鋼工業技術服務有限公司 檢化驗事業部, 上海 200941)

采用GB/T 4160-2004要求尺寸的拉伸樣坯，在預拉伸應變量未達到規定應變量時易出現頸縮和夾持部位斷裂現象，導致試驗失敗。為避免出現上述情況，筆者采用形狀和橫截面尺寸不同于該標準規定尺寸的拉伸樣坯，進行5%和10%的兩種應變量的預拉伸，然后對其取樣進行系列溫度夏比沖擊試驗。結果表明：拉伸樣坯尺寸對試樣應變時效沖擊試驗的結果不存在明顯影響；鋼鐵材料的應變時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相同的帶夾持頭部試樣。

應變時效敏感性；樣坯尺寸；預拉伸；夏比沖擊

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

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，并保留一個軋制面。這一規定對于較厚的鋼板，要求測試1/4或1/2厚度位置的應變時效敏感性時無法滿足；其次，由于試樣截面尺寸較小，需提高拉伸試樣的加工精度(雖然標準未給出公差范圍)，才能保證試樣在預變形過程中不會出現局部應力集中。由于拉伸試樣為不帶頭試樣，一旦試樣夾持力偏高、夾片選用不當或試樣夾持不垂直，試樣夾持端與平行段的結合部位會因為應力集中而提前出現截面收縮，致使試樣變形不均勻，如不作無效處理肯定會影響最終的沖擊試驗數據，嚴重時試樣未達到規定應變量即發生斷裂。

沖擊試樣加工中心正逐步進入實驗室，其要求樣坯有較大的尺寸，如某型號的進口設備要求樣坯寬度為50～55 mm，12 mm×12 mm×Lmm的樣坯由于截面尺寸過小，無法滿足沖擊試樣加工中心要求。

應變時效敏感性試驗預拉伸應變量要小于材料的均勻變形量，即小于材料的均勻延伸率。對于平行長度足夠長的拉伸試樣，變形小于材料的均勻延伸率時，試樣橫截面尺寸的大小不會影響試樣有效試驗區域內的均勻變形，可以認為試樣有效區域內各處的應變基本相同。

據此，筆者選取了幾個鋼種，研究增大拉伸樣坯橫截面尺寸對預應變偏差和沖擊性能的影響，擬在保證最終試驗精度的情況下，增大拉伸樣坯尺寸，以適應不同的取樣要求和沖擊制樣設備。

1 試驗材料及試驗方案

依據GB/T 4160-2004推薦的±0.5%預應變偏差，以5%和10%應變量為試驗條件，選擇14MnNbQ和Q345qD兩個鋼種的中厚板進行試驗，人工時效處理條件為250 ℃保溫1 h。預拉伸采用平行長度為230 mm、帶夾持頭部的矩形橫截面拉伸試樣進行試驗。具體試驗方案見表1。

表1 預應變及夏比沖擊試驗方案Tab.1 Test program of pre-stretch and Charpy impact tests

2 試驗方法

2.1 預拉伸試驗

試驗前，選擇表1中鋼板厚度為35,50 mm的試樣，在其表面(軋制面)及側面(加工面)刻劃如圖1所示的標距線，并確定上、下端點和中心點標距測量位置，每條線的間隔為10 mm，以試樣長度中心的標距線為中心線，測量應變前后20，40，60，80，100，120和140 mm標距處的標距長度，且每個標距均測量標距線兩個端點及中心點間的距離。拉伸試驗時的應變量由200 mm標距的引伸計進行監控。

圖1 標距和測量位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of gauge lengths and testing positions

2.2 夏比沖擊試驗

每根經預拉伸的試樣制作3個開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GB/T 229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》[2]進行系列溫度下的沖擊試驗。

3 試驗結果與討論

3.1 預拉伸試驗

上述幾種標距經5%和10%變形后，每個標距應變量平均值和最大偏差如表2所示。分析表2可發現，兩種截面尺寸的拉伸樣坯標距范圍內的應變量均符合GB/T 4160-2004中偏差為±0.5%的規定,同時有效區域內不同位置的應變量無明顯差異,可視為是均勻的。

3.2 夏比沖擊試驗

夏比沖擊試驗結果如圖2所示，其中圖2(a)～(c)中拉伸試樣的應變量為10%，圖2(d)中拉伸樣坯的應變量為5%。從圖2可以看出，不同截面尺寸的預應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變溫度不受預拉伸試樣截面尺寸的影響。

4 結論

(1) 不同橫截面尺寸的拉伸樣坯在均勻延伸率范圍內應變，其有效區域內不同位置的應變量無明顯差異，可視為是均勻的。

表2 不同標距應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) 應變時效敏感性試驗時，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(試樣平行長度要足夠長，保證沖擊試樣缺口處于拉伸試樣的均勻變形區域內)，以防止預拉伸時出現縮頸或斷裂，并方便選取距材料表面不同位置的應變時效敏感性試樣，以及在加工中心制備沖擊試樣。

[1] GB/T 4160-2004 鋼的應變時效敏感性試驗方法(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

徐衛星(1975-),男，工程師，碩士，主要從事鋼鐵產品力學性能檢測工作。

徐惟誠(1963-)，男，高級工程師，學士，主要從事鋼鐵產品力學性能檢測工作，xuweicheng@baosteel.com。

10.11973/lhjy-wl201703009

TG115.5+6

A

1001-4012(2017)03-0185-03