反复弯曲试验夹具的改进及应用

(天津海关化矿金属材料检测中心, 天津 300456)

钢丝的反复弯曲次数是反映钢丝韧性的重要指标之一，其试验方法是将钢丝夹持在一定半径的圆弧钳口中，对钢丝施加一定的张力，进行180°的反复弯曲，试验装置如图1所示。

在试验中，对钢丝反复弯曲次数有着决定性影响的是试验方法和试验条件，如弯曲半径、弯曲速率、夹持方法、张紧力、弯曲角度等都会不同程度地影响钢丝的反复弯曲次数[1]。在日常的钢丝弯曲试验过程中，某些钢丝的反复弯曲次数极限值相差较大，个别钢丝绳拆股后的反复弯曲次数远大于质量证明书上的要求值，而有的钢丝绳拆股后的反复弯曲次数远小于质量证明书上的要求值。

图1 反复弯曲试验装置图Fig.1 Diagram of repeated bending test device

1 试验室现有反复弯曲装置情况分析

某试验室现有试验设备为济南盛良机械设备有限公司生产的JWJ-10型机动式弯折试验机，试验时当试样弯曲断裂后，电机自动停止。该试验机符合GB/T 238-2013《金属材料 线材 反复弯曲试验方法》的要求。

GB/T 238-2013中对于试验设备只提出了基本尺寸的要求，理论上该JWJ-10型试验机及现有夹具的尺寸参数均满足GB/T 238-2013的要求。但在钢丝的反复弯曲过程中，当钢丝弯曲单侧90°方向时，部分钢丝(带肋钢丝、直径处于规定范围临界点的钢丝)可能会受到夹具边缘的损伤导致钢丝过早断裂，影响试验结果。

现有夹具共有10套，在使用过程中，根据不同钢丝的规格，需要不断更换夹具，操作不便，部分旧夹具如图2所示。

图2 部分旧夹具图Fig.2 Diagram of some old clamps

2 对现有装置的改进

针对上述问题，将两种相近规格的夹具集成设计在一起，试验时只需将相近规格的钢丝按照顺序排好，更换夹具时无需多次挑选，只需要变换方向即可，增加了操作的便利性，改进后的夹具如图3所示。

图3 改进后的夹具图Fig.3 Diagram of improved clamps

3 试验结果对比

依据GB/T 238-2013，选取直径分别为1.5，2.0 mm的一般用途钢丝进行反复弯曲试验，对相同直径的钢丝在新、旧夹具上施加相同的张紧力进行试验。

图4 φ1.5 mm钢丝反复弯曲试验结果Fig.4 Repeated bending test results of φ1.5 mm steel wires

图5 φ2.0 mm钢丝反复弯曲试验结果Fig.5 Repeated bending test results of φ2.0 mm steel wires

3.1 反复弯曲试验结果

试验结果如图4和图5所示，可见钢丝在新夹具和旧夹具的夹持下，其反复弯曲试验的结果并没有较大偏离，使用新夹具的反复弯曲次数略高于使用旧夹具的。

在钢丝的反复弯曲试验过程中，影响试验结果的因素是多方面的。在设备方面，装置是否符合要求、试样轴线是否与夹具轴线垂直等对试验结果的影响较大；在操作过程中，试样夹持不紧对试验结果也有较大影响；在试验过程中，试样应尽可能平直，可进行人为矫正，矫正过程不能损坏钢丝表面[2-5]。一些试验表明[6-9]，直径较小的钢丝所选取的试验弯曲半径相对较小，使得反复弯曲有可能不在同一点上进行，也易导致反复弯曲试验结果的离散大，重复性较差。

3.2 断口分析

图6 旧夹具夹持下φ2.0 mm钢丝反复弯曲试验断口微观形貌Fig.6 Micro morphology of repeated bending test fracture of φ 2.0 mm steel wire clamped by old clamp

图7 新夹具夹持下φ2.0 mm钢丝反复弯曲试验断口微观形貌Fig.7 Micro morphology of repeated bending test fracture of φ 2.0 mm steel wire clamped by new clamp

图6为φ2.0 mm钢丝在旧夹具夹持下进行反复弯曲试验后的断口微观形貌，图7为φ2.0 mm钢丝在新夹具夹持下进行反复弯曲试验后的断口微观形貌。可见在反复弯曲试验后，无论是使用新夹具还是旧夹具进行试验的钢丝断口上都有多个位于相应位置的裂纹源，新、旧夹具夹持下钢丝的反复弯曲断口均可见裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区，二者断口形貌无明显差别。

4 结论

新夹具夹持下的钢丝反复弯曲试验结果与旧夹具夹持下的钢丝反复弯曲试验结果一致。改进后的新夹具解决了旧夹具在反复弯曲试验过程中易对钢丝表面产生损伤的问题，减少了夹具的总数量，提高了夹具的使用效率。