PDF《拉伸试样断头原因分析》

拉伸试样断头原因分析 李军伟 ( 鞍钢股份鲅鱼圈分公司 化检验中心, 营口1

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7 ) 摘要: 金属材料在拉伸测试过程中常会发生拉伸试样断头现象, 影响拉伸试样伸长率的准确 测定.

就拉伸试样断头现象进行分析, 找出了拉伸试样潜在的材料、 形状、 尺寸及标记等影响因素, 针对这些因素在拉伸试样尺寸、 制样及检验环节制定针对性的措施, 在一定程度上可对拉伸试样的 断头进行有效控制, 为降低甚至避免拉伸试样的断头提供必要的参考. 关键词: 金属;

拉伸试样;

断头;

拉伸测试 中图分类号: T B

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2 .

1 文献标志码: A 文章编号:

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0 2 镒 状镒 状 状 遄謇 遄踝椽(BayuquanS u b s i d i a r yT e s tC e n t e r , A n s h a n I r o na n dS t e e lC o . , L t d . , Y i n g k o u1

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7 , C h i n a ) :Itw a ss o m e t i m e su n a v o i d a b l et h a tas p e c i m e no fm e t a l l i cm a t e r i a l f r a c t u r e da t t h ee n dd u r i n ga t e n s i l e t e s t , a n d t h e e l o n g a t i o no f s p e c i m e nw a s i n f l u e n c e db yt h i s . T h ep h e n o m e n o no f f r a c t u r i n ga t t h ee n do f a t e n s i l es p e c i m e n w a s a n a l y z e d ,a n d t h e p o t e n t i a li n f l u e n c ef a c t o r s w e r ef o u n di n c l u d i n g m a t e r i a l ,f o r m, d e t e r m i n a t i o n a n dm a r k f a c t o r e t c . T h em e a s u r ew a s e s t a b l i s h e dd u r i n g t h e p r o c e d u r e o f t h e d e t e r m i n a t i o n s e l e c t i o n , m a c h i n i n ga n d t e s t i n go f t h e s p e c i m e n i n t h e t e r m s o f f a c t o r s . Ac e r t a i nd e g r e e s h o u l db e c o n t r o l l e dw i t h t h e t e n s i l e s p e c i m e n f r a c t u r e da t t h e e n d , a n d i t c o u l db e r e f e r e n c e d f o r t h e r e d u c t i o ne v e na v o i d i n g t h e f r a c t u r i n ga t t h e e n do f t h e t e n s i l e s p e c i m e n . :metallicm a t e r i a l ;

t e n s i l e s p e c i m e n ;

f r a c t u r e a t t h e e n d ;

t e n s i l e t e s t i n g 按照 G B / T2

2 8 . 1-2

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0 [

1 ] 制备的拉伸试样, 在拉伸试样材料本身均匀的情况下, 原则上拉伸试 样是随机断裂在平行部分范围内接近中央部位;

实 际上由于拉伸试样均匀性、 制样加工、 形状尺寸、 标 距标记以及拉伸测试等的影响, 拉伸试样的断裂位 置往往偏向一侧, 甚至发生断头, 更有甚者断头出现 在试样的端部, 紧靠过渡弧处. 在拉伸测试过程中, 拉伸试样由于受种种因素 的影响, 其断裂处往往不在与最接近的标距标记的 距离小于原始标距的1 / 3处[

1 ] , 这种情况以下简称 拉伸试样发生断头;

如果拉伸试样发生断头, 且测得 的断后伸长率不合格, 原则上应该重新取样测试, 而 不能直接取复验试样进行复验测试;

经常性的断头 导致重 新取样测试势必造成了人力、 物力的浪收稿日期:

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0 9 作者简介: 李军伟(

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7 9 -), 男, 工程师. 费, 检验成本的增加. 拉伸试样的断头是一个看似简单的复杂难题, 说其简单, 是因为这种现象很明确、 直观, 处理的方 法也在标准中明确规定, 而且经常会遇到, 比较常 见;

说其复杂, 是因为避免断头的发生比较麻烦, 并 不是每次重新制样、 测试就可以解决的.事实证明, 减轻甚至消除断头发生的概率并不是无处着手, 还 是有案可查的, 有时必须应用多种方法共同着手方 能解决.为此, 笔者推荐从拉伸试样制样、 尺寸及检 验环节入手, 采取多种措施对拉伸试样的断头概率 进行有效控制.

1 拉伸试样断头的影响因素

1 .

1 材料 一般来说, 高强度钢种拉伸试样发生断头的几 率远远高于相对较低强度钢种的拉伸试样的几率;

强度大意味着材料的脆硬性增加, 塑性指标下降, 断791李军伟: 拉伸试样断头原因分析 后伸长率明显降低, 在断裂上越来越趋于敏感, 越容 易受到拉伸试样形状、 打标机标记原始标距以及拉 伸测试时拉伸试样的夹持等因素影响而发生断头;

在同等情况下, 其他钢种拉伸试样没有发生断头现 象, 而强度较高的钢种其拉伸试样很可能会发生断 头现象;

所以在日常生产检验上, 高强度钢的断头现 象均属于此种情况.

1 .

2 拉伸试样的形状

1 .

2 .

1 拉伸试样的过渡弧半径 哑铃状拉伸试样端部与平行部之间的过渡弧半 径越小, 越容易产生断头[

2 ] ;

过渡弧半径越大, 越有 利于减轻甚至避免拉伸试样断头的发生.过渡弧避 免了拉伸测试时的应力集中, 更有利于拉伸试样平 行部在拉伸状态下得到充分延伸, 从而使得断裂发 生在拉伸试样平行部中间部位;

这时测得的断后伸 长率最理想, 也代表了材料的真实延伸状态;

这和拉 伸试验国家标准 G B / T2

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1 -

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1 0中规定的只有 断裂发生在拉伸试样中部的情况, 原则上测得的伸 长率才有效相一致.

1 .

2 .

2 拉伸试样平行部公差 由于拉伸试样平行部受设备机械加工的影响, 其基本形状大致分为3种情况[

3 ] : ①一端大另一端 小;

②两端大中间小;

③中间大两端小.最常见的是 一端大另一端小的情况, 拉伸试样在该状态下进行 拉伸测试很容易使其发生断头;

为了尽可能避免这 种情况, 同时使机械加工容易实现, 国家标准规定了 拉伸试样形状公差界限, 原则上只要符合此公差要 求, 机械加工的水平就没有问题;

此时, 控制拉伸试 样断头的发生只能多取试样, 按概率使得其中能有 不出现断头的拉伸结果作为最终结果.当然, 如中 间有伸长率满足产品标准最小值要求的, 应立即终 止试验, 将此伸长率合格结果作为最终结果.

1 .

2 .

3 拉伸试样平行部过长 虽然国家标准只规定了拉伸试样平行部的最小 值, 而没有上限要求, 但并不意味着拉伸试样平行部 越长越好;

实际上, 由于拉伸试样平行部在机械加工 中不可避免地存在一端大、 另一端小的情况, 过长的 平行部会加剧拉伸试样形状公差的增加, 更促使拉 伸试样发生断头现象.

1 .

2 .

4 拉伸试样肩部的对称性 哑铃状拉伸试样的肩部对称性对断头会有一定 的影响, 因其改变了在拉伸测试时承受载荷的分布, 使得应力集中在拉伸试样端部, 从而可能会导致拉 伸试样断头现象的发生.当前在拉伸试样加工过程 中, 大量数控设备的引入基本上可解决肩部对称性 的问题.

1 .

3 拉伸试样的尺寸 对于薄板拉伸试样, 拉伸试样宽度越小越容易 断头.这是由于拉伸试样的原始截面积变小, 对引 起拉伸试样断头的因素敏感性变强;

也就是说, 在相 同的情况下, 宽度大的拉伸试样经拉伸测试会正常 断裂, 宽度小的拉伸试样经拉伸测试会发生断头, 甚 至在端部发生断头;

在标准允许的范围内, 适当改变 拉伸试样的宽度尺寸, 有利于减轻甚至避免拉伸试 样断头的发生.

1 .

4 拉伸试样的夹持 拉伸测试时, 拉伸试样夹持偏离竖直方向不仅 影响其受力变化, 而且容易导致由此产生的拉伸试 样断头.原因在于拉伸试样端部受到水平方向剪力 作用, 使得应力集中于拉伸试样端部而发生断头, 如图1所示, 拉伸测试时拉力 经拉伸试样平行部传 递到下端夹持部位, 产生垂直于拉伸试样纵轴方向 剪力

1 和平行于拉伸试样纵轴方向拉力 2.有的 拉伸试验机本身就带有拉伸试样对中装置, 能很好 地解决该问题;

如条件不具备, 可考虑这方面存在的 问题, 并进一步实施整改. F f

1 f

2 图1 拉伸试样偏离竖直方向受力分析 F i g .

1 S t r e s s a n a l y s i so f t e n s i l e s p e c i m e n d e v i a t i n g f r o mv e r t i c a l

1 .

5 拉伸试样标距标记 有的实验室会使用标点机在拉伸试样上通过打 点来实现标记原始标距的目的, 这样的做法方便、 快捷;

但拉伸试样在拉伸测试时会受到标记干扰使得 断裂发生在标点上, 这种情况下, 虽不一定会发生断 头, 但同样会使测得的伸长率过低, 如果不满足该钢 种产品标准最低要求时, 原则上同样不能直接复验, 而要重新取样测试.原因就在于拉伸试样放置到标 点机上, 标点机各打击针的打击力度及拉伸试样表 ( 下转第2

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1 孙明成等: 热电厂锅炉屏式再热器管开裂原因分析 热器管会在轴向受到浇注料约束不能自由膨胀、 收缩, 因此受到轴向交变热应力, 产生热疲劳损伤. 屏式再热器管裂纹宏观上都是再热器管子上部 的横向裂纹, 说明裂纹是在具有方向性拉应力作用........