反復(fù)彎曲試驗夾具的改進及應(yīng)用

(天津海關(guān)化礦金屬材料檢測中心, 天津 300456)

鋼絲的反復(fù)彎曲次數(shù)是反映鋼絲韌性的重要指標之一，其試驗方法是將鋼絲夾持在一定半徑的圓弧鉗口中，對鋼絲施加一定的張力，進行180°的反復(fù)彎曲，試驗裝置如圖1所示。

在試驗中，對鋼絲反復(fù)彎曲次數(shù)有著決定性影響的是試驗方法和試驗條件，如彎曲半徑、彎曲速率、夾持方法、張緊力、彎曲角度等都會不同程度地影響鋼絲的反復(fù)彎曲次數(shù)[1]。在日常的鋼絲彎曲試驗過程中，某些鋼絲的反復(fù)彎曲次數(shù)極限值相差較大，個別鋼絲繩拆股后的反復(fù)彎曲次數(shù)遠大于質(zhì)量證明書上的要求值，而有的鋼絲繩拆股后的反復(fù)彎曲次數(shù)遠小于質(zhì)量證明書上的要求值。

圖1 反復(fù)彎曲試驗裝置圖Fig.1 Diagram of repeated bending test device

1 試驗室現(xiàn)有反復(fù)彎曲裝置情況分析

某試驗室現(xiàn)有試驗設(shè)備為濟南盛良機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的JWJ-10型機動式彎折試驗機，試驗時當試樣彎曲斷裂后，電機自動停止。該試驗機符合GB/T 238-2013《金屬材料 線材 反復(fù)彎曲試驗方法》的要求。

GB/T 238-2013中對于試驗設(shè)備只提出了基本尺寸的要求，理論上該JWJ-10型試驗機及現(xiàn)有夾具的尺寸參數(shù)均滿足GB/T 238-2013的要求。但在鋼絲的反復(fù)彎曲過程中，當鋼絲彎曲單側(cè)90°方向時，部分鋼絲(帶肋鋼絲、直徑處于規(guī)定范圍臨界點的鋼絲)可能會受到夾具邊緣的損傷導(dǎo)致鋼絲過早斷裂，影響試驗結(jié)果。

現(xiàn)有夾具共有10套，在使用過程中，根據(jù)不同鋼絲的規(guī)格，需要不斷更換夾具，操作不便，部分舊夾具如圖2所示。

圖2 部分舊夾具圖Fig.2 Diagram of some old clamps

2 對現(xiàn)有裝置的改進

針對上述問題，將兩種相近規(guī)格的夾具集成設(shè)計在一起，試驗時只需將相近規(guī)格的鋼絲按照順序排好，更換夾具時無需多次挑選，只需要變換方向即可，增加了操作的便利性，改進后的夾具如圖3所示。

圖3 改進后的夾具圖Fig.3 Diagram of improved clamps

3 試驗結(jié)果對比

依據(jù)GB/T 238-2013，選取直徑分別為1.5，2.0 mm的一般用途鋼絲進行反復(fù)彎曲試驗，對相同直徑的鋼絲在新、舊夾具上施加相同的張緊力進行試驗。

圖4 φ1.5 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗結(jié)果Fig.4 Repeated bending test results of φ1.5 mm steel wires

圖5 φ2.0 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗結(jié)果Fig.5 Repeated bending test results of φ2.0 mm steel wires

3.1 反復(fù)彎曲試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如圖4和圖5所示，可見鋼絲在新夾具和舊夾具的夾持下，其反復(fù)彎曲試驗的結(jié)果并沒有較大偏離，使用新夾具的反復(fù)彎曲次數(shù)略高于使用舊夾具的。

在鋼絲的反復(fù)彎曲試驗過程中，影響試驗結(jié)果的因素是多方面的。在設(shè)備方面，裝置是否符合要求、試樣軸線是否與夾具軸線垂直等對試驗結(jié)果的影響較大；在操作過程中，試樣夾持不緊對試驗結(jié)果也有較大影響；在試驗過程中，試樣應(yīng)盡可能平直，可進行人為矯正，矯正過程不能損壞鋼絲表面[2-5]。一些試驗表明[6-9]，直徑較小的鋼絲所選取的試驗彎曲半徑相對較小，使得反復(fù)彎曲有可能不在同一點上進行，也易導(dǎo)致反復(fù)彎曲試驗結(jié)果的離散大，重復(fù)性較差。

3.2 斷口分析

圖6 舊夾具夾持下φ2.0 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗斷口微觀形貌Fig.6 Micro morphology of repeated bending test fracture of φ 2.0 mm steel wire clamped by old clamp

圖7 新夾具夾持下φ2.0 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗斷口微觀形貌Fig.7 Micro morphology of repeated bending test fracture of φ 2.0 mm steel wire clamped by new clamp

圖6為φ2.0 mm鋼絲在舊夾具夾持下進行反復(fù)彎曲試驗后的斷口微觀形貌，圖7為φ2.0 mm鋼絲在新夾具夾持下進行反復(fù)彎曲試驗后的斷口微觀形貌?？梢娫诜磸?fù)彎曲試驗后，無論是使用新夾具還是舊夾具進行試驗的鋼絲斷口上都有多個位于相應(yīng)位置的裂紋源，新、舊夾具夾持下鋼絲的反復(fù)彎曲斷口均可見裂紋源區(qū)、裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū)，二者斷口形貌無明顯差別。

4 結(jié)論

新夾具夾持下的鋼絲反復(fù)彎曲試驗結(jié)果與舊夾具夾持下的鋼絲反復(fù)彎曲試驗結(jié)果一致。改進后的新夾具解決了舊夾具在反復(fù)彎曲試驗過程中易對鋼絲表面產(chǎn)生損傷的問題，減少了夾具的總數(shù)量，提高了夾具的使用效率。