预拉伸样坯尺寸对应变时效敏感性试验结果的影响

徐卫星, 徐惟诚, 陆海兵(上海宝钢工业技术服务有限公司 检化验事业部, 上海 200941)

预拉伸样坯尺寸对应变时效敏感性试验结果的影响

徐卫星, 徐惟诚, 陆海兵
(上海宝钢工业技术服务有限公司 检化验事业部, 上海 200941)

采用GB/T 4160-2004要求尺寸的拉伸样坯，在预拉伸应变量未达到规定应变量时易出现颈缩和夹持部位断裂现象，导致试验失败。为避免出现上述情况，笔者采用形状和横截面尺寸不同于该标准规定尺寸的拉伸样坯，进行5%和10%的两种应变量的预拉伸，然后对其取样进行系列温度夏比冲击试验。结果表明：拉伸样坯尺寸对试样应变时效冲击试验的结果不存在明显影响；钢铁材料的应变时效拉伸样坯可以不局限于一种横截面尺寸，也可以采用与室温拉伸试验相同的带夹持头部试样。

应变时效敏感性；样坯尺寸；预拉伸；夏比冲击

GB/T 4160-2004《钢的应变时效敏感性试验方法(夏比冲击法)》[1]主要参考前苏联GOST 7268-1982《钢的应变时效冲击韧性试验方法》制定的。其试验原理和目的是测定钢经受规定应变并人工时效后的冲击吸收能量，将经受与未经受规定应变并人工时效试样的冲击吸收能量进行比较，得出钢的应变时效敏感性系数，表征钢的应变时效敏感性。

GB/T 4160-2004要求钢材厚度大于或等于12 mm，拉伸样坯尺寸为12 mm×12 mm×Lmm，并保留一个轧制面。这一规定对于较厚的钢板，要求测试1/4或1/2厚度位置的应变时效敏感性时无法满足；其次，由于试样截面尺寸较小，需提高拉伸试样的加工精度(虽然标准未给出公差范围)，才能保证试样在预变形过程中不会出现局部应力集中。由于拉伸试样为不带头试样，一旦试样夹持力偏高、夹片选用不当或试样夹持不垂直，试样夹持端与平行段的结合部位会因为应力集中而提前出现截面收缩，致使试样变形不均匀，如不作无效处理肯定会影响最终的冲击试验数据，严重时试样未达到规定应变量即发生断裂。

冲击试样加工中心正逐步进入实验室，其要求样坯有较大的尺寸，如某型号的进口设备要求样坯宽度为50～55 mm，12 mm×12 mm×Lmm的样坯由于截面尺寸过小，无法满足冲击试样加工中心要求。

应变时效敏感性试验预拉伸应变量要小于材料的均匀变形量，即小于材料的均匀延伸率。对于平行长度足够长的拉伸试样，变形小于材料的均匀延伸率时，试样横截面尺寸的大小不会影响试样有效试验区域内的均匀变形，可以认为试样有效区域内各处的应变基本相同。

据此，笔者选取了几个钢种，研究增大拉伸样坯横截面尺寸对预应变偏差和冲击性能的影响，拟在保证最终试验精度的情况下，增大拉伸样坯尺寸，以适应不同的取样要求和冲击制样设备。

1 试验材料及试验方案

依据GB/T 4160-2004推荐的±0.5%预应变偏差，以5%和10%应变量为试验条件，选择14MnNbQ和Q345qD两个钢种的中厚板进行试验，人工时效处理条件为250 ℃保温1 h。预拉伸采用平行长度为230 mm、带夹持头部的矩形横截面拉伸试样进行试验。具体试验方案见表1。

表1 预应变及夏比冲击试验方案Tab.1 Test program of pre-stretch and Charpy impact tests

2 试验方法

2.1 预拉伸试验

试验前，选择表1中钢板厚度为35,50 mm的试样，在其表面(轧制面)及侧面(加工面)刻划如图1所示的标距线，并确定上、下端点和中心点标距测量位置，每条线的间隔为10 mm，以试样长度中心的标距线为中心线，测量应变前后20，40，60，80，100，120和140 mm标距处的标距长度，且每个标距均测量标距线两个端点及中心点间的距离。拉伸试验时的应变量由200 mm标距的引伸计进行监控。

图1 标距和测量位置示意图Fig.1 Schematic diagram of gauge lengths and testing positions

2.2 夏比冲击试验

每根经预拉伸的试样制作3个开V型缺口的10 mm×10 mm×55 mm夏比冲击试样，并将其定为一组，根据GB/T 229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》[2]进行系列温度下的冲击试验。

3 试验结果与讨论

3.1 预拉伸试验

上述几种标距经5%和10%变形后，每个标距应变量平均值和最大偏差如表2所示。分析表2可发现，两种截面尺寸的拉伸样坯标距范围内的应变量均符合GB/T 4160-2004中偏差为±0.5%的规定,同时有效区域内不同位置的应变量无明显差异,可视为是均匀的。

3.2 夏比冲击试验

夏比冲击试验结果如图2所示，其中图2(a)～(c)中拉伸试样的应变量为10%，图2(d)中拉伸样坯的应变量为5%。从图2可以看出，不同截面尺寸的预应变拉伸样坯加工出的冲击试样，其冲击吸收能量随温度的变化曲线几乎重合，表明试样的冲击吸收能量和韧脆转变温度不受预拉伸试样截面尺寸的影响。

4 结论

(1) 不同横截面尺寸的拉伸样坯在均匀延伸率范围内应变，其有效区域内不同位置的应变量无明显差异，可视为是均匀的。

表2 不同标距应变量的平均值和最大偏差Tab.2 The actual strain average and the maximum deviation of different gauge lengths

图2 不同厚度钢板的系列温度冲击吸收能量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) 应变时效敏感性试验时，拉伸样坯的截面尺寸可不拘泥于12 mm×12 mm，也可加工成其他横截面尺寸、带夹持头部的矩形横截面拉伸试样(试样平行长度要足够长，保证冲击试样缺口处于拉伸试样的均匀变形区域内)，以防止预拉伸时出现缩颈或断裂，并方便选取距材料表面不同位置的应变时效敏感性试样，以及在加工中心制备冲击试样。

[1] GB/T 4160-2004 钢的应变时效敏感性试验方法(夏比冲击法)[S].

[2] GB/T 229-2007 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法[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

徐卫星(1975-),男，工程师，硕士，主要从事钢铁产品力学性能检测工作。

徐惟诚(1963-)，男，高级工程师，学士，主要从事钢铁产品力学性能检测工作，xuweicheng@baosteel.com。

10.11973/lhjy-wl201703009

TG115.5+6

A

1001-4012(2017)03-0185-03