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拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測(cè)試中重要的試驗(yàn)方法之一。室溫拉伸試驗(yàn)一般是指試樣在室溫環(huán)境，承受軸向拉伸載荷的條件下，測(cè)定材料特性的試驗(yàn)方法。不同的拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣原始橫截面積測(cè)量和計(jì)算方法有所不同，ASTM標(biāo)準(zhǔn)(ASTM E8—2021《金 屬 材 料 拉 伸 試 驗(yàn) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 試 驗(yàn) 方 法》和ASTM A370—2021《鋼產(chǎn)品機(jī)械性能測(cè)試的方法和定義》)對(duì)弧形試樣橫截面積測(cè)量的要求，國(guó)標(biāo)(GB/T 228.1—2021 《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》)及ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO 6892-1:2019《金屬材料-拉伸試驗(yàn)-第1部分：室溫下試驗(yàn)方法》)對(duì)弧形試樣橫截面積測(cè)量的要求。

1、試樣制備及試驗(yàn)方法

1.1 試樣制備

將性能均勻、穩(wěn)定，規(guī)格為177.8mm×8.05mm(外徑×壁厚)的37Mn5鋼管加工成弧形試樣，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的一致性，所有試樣的平行段寬度均按照25.4mm進(jìn)行加工。

1.2 試驗(yàn)方法

采用電子拉伸試驗(yàn)機(jī)，配備全自動(dòng)引伸計(jì)，引伸計(jì)標(biāo)距為50mm。依據(jù) ASTM A370—2021對(duì)試樣1~5進(jìn) 行拉伸試驗(yàn)，依據(jù)GB/T 228.1—2021對(duì)試樣6~10進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。使用壁厚千分尺測(cè)量試樣1~10的原始壁厚使用外徑千分尺測(cè)量試樣1~10的寬度。

試樣1~10均在減縮段劃分成5個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)測(cè)量壁厚并進(jìn)行記錄(見(jiàn)圖1)，試樣1~5直接測(cè)量中心部位(點(diǎn)3)，按最小值進(jìn)行計(jì)算;試樣6~10在平行段部位測(cè)量寬度，按平均值進(jìn)行計(jì)算。

2、試驗(yàn)結(jié)果

試樣1~5的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表4所示，試樣6~10的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表4，5可以看出：按照ASTM A370—2021進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試樣寬度方向在減縮段中心呈錐度，中間寬度最小，在寬度最小部位測(cè)量壁厚，測(cè)量結(jié)果差異較小;按照 GB/T 228.1—2021進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試樣壁厚測(cè)量結(jié)果的差異在整個(gè)平行段方向最大為0.78mm，選擇3點(diǎn)平均與5點(diǎn)平均的計(jì)算方法，強(qiáng)度差異約15MPa。

3、綜合分析

鋼管產(chǎn)品加工弧形試樣，在壁厚方向會(huì)出現(xiàn)螺旋狀的起伏，導(dǎo)致在壁厚測(cè)量上存在爭(zhēng)議，寬度方向的尺寸精度由數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行控制，形狀公差不超過(guò)0.03mm，尺寸公差控制在-0.1~0.1mm范圍內(nèi)。從表4可以看出，寬度的測(cè)量結(jié)果差異較小，但在整個(gè)平行段測(cè)量中，壁厚的測(cè)量結(jié)果差異較大，因此測(cè)量誤差主要來(lái)源于壁厚測(cè)量。

根據(jù)表4，5所示的斷裂部位進(jìn)行分析，當(dāng)寬度基本一致時(shí)，若排除試樣本身缺陷和加工缺陷的影響，拉伸斷裂較大概率發(fā)生在試樣平行部分原始橫截面尺寸較小的部位附近。按照 ASTM A370—2021標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，加工時(shí)規(guī)定可以在減縮段加工一個(gè)錐度，控制減縮段中間最小部位的寬度比兩側(cè)寬度小0.04mm，測(cè)量時(shí)直接測(cè)量中間最小部位的寬度，并在該部位測(cè)量壁厚，測(cè)量3次取最小值，從斷裂部位看，基本都斷裂在測(cè)量部位，說(shuō)明該試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。按照GB/T 228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)要求，在試樣平行段測(cè)量足夠的點(diǎn)數(shù)，并取平均值參與橫截面積計(jì)算，對(duì)于壁厚差異較小的試樣，可選擇3點(diǎn)平均法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于壁厚差異較大的試樣，使用5點(diǎn)或5點(diǎn)以上平均法進(jìn)行計(jì)算，利于減少測(cè)量結(jié)果的誤差，使力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。

ASTM A370—2021標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣人為加工最小橫截面，寬度及壁厚的測(cè)量均在該處取最小值，在壁厚差異較小的情況下，控制斷裂發(fā)生在此處，可以保證試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。GB/T 228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣橫截面積的計(jì)算提出了要求，對(duì)于壁厚差異較大的試樣，可以利用重復(fù)多次測(cè)量的方法來(lái)減少力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果的誤差，但斷裂部位有較大概率出現(xiàn)偏在一邊的情況，會(huì)影響試樣斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)量。

4、結(jié)論

(1)對(duì)于鋼管弧形試樣，在寬度不作為主要誤差來(lái)源時(shí)，壁厚差異越大，尺寸測(cè)量誤差帶來(lái)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果的誤差就越大。

(2)根據(jù)ASTM A370—2021標(biāo)準(zhǔn)，試樣減縮段呈錐度，在壁厚差異不大的條件下，有利于得到真實(shí)、穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果，并能保證斷裂部位和測(cè)量部位基本一致。

(3)根據(jù)GB/T 228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)，在平行段測(cè)量足夠的點(diǎn)數(shù)，采用平均值法計(jì)算橫截面積，對(duì)于壁厚差異較小的試樣，可選擇3點(diǎn)平均法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于壁厚差異較大的試樣，可以采用5點(diǎn)或5點(diǎn)以上平均法進(jìn)行計(jì)算，使試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。

(4)GB/T 228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)可以考慮在加工試樣時(shí)，在平行段增加錐度,在壁厚差異較小的情況下，既能得到滿意的結(jié)果，又能保證斷裂部位在平行段中間。