力学性能试样培训

••苏洪英2013年10月2013年04月目录试样的一般要求一拉伸试样二反复弯曲试样三硬度试样四冲击试样五目录金属管压扁试样六弯曲试样七断裂力学及疲劳试样八NDT试样九DWTT试样十试样是力学性能试验的试验对象的一部分。通过对试样的试验来获得评定冶金产品的力学性能数据，进而评定产品的质量。事实上不可能将一批产品都取作试样进行试验以评定产品质量，只能抽取部分产品作为试样。因此，试样的真正意义在于它能代表其所在的一批产品的质量。正确取样是准确评定产品性能的重要一环。取样部位、取样方向和取样数量是取样三要素。这些要素中每一个都对试样力学性能试验结果有影响。试样的一般要求一由于金属材料在冷变形或热变形的加工过程中，变形量不会处处均匀，而变形时金属沿主变形方向流动。加工成材之前的原锭坯内部会有各类缺陷，在加工变形时，缺陷的分布不均匀以及因热处理条件的差异，成材后的金属组织也存在不均匀。此外还有其他诸多工艺变动因素，使得名义上相同的一批，甚至同一产品的不同部位其力学性能出现差异。正因如此，在不同部位取样试验，其结果必然不同。表1为45号钢取样部位对拉伸性能的影响结果。1.取样部位试样的一般要求一表145号钢取样部位对拉伸性能的影响尺寸d=40mmd=45mmd=50mmd=60mm部位中心1/4中心1/4中心1/4中心1/4Rm/MPa649671679702785801584603A/%26.024.212.810.26.28.027.125.7试样的一般要求一1.取样部位GB/T2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》图A1在型钢腿部宽度方向切取样坯的位置图A2在型钢腿部厚度方向切取拉伸样坯的位置图A3在型钢腿部厚度方向切取冲击样坯的位置图A4在圆钢上切取拉伸样坯的位置图A5在圆钢上切取冲击样坯的位置图A6在六角钢上切取拉伸样坯的位置图A7在六角钢上切取冲击样坯的位置图A8在矩形截面条钢上切取拉伸样坯的位置W代表宽度t代表厚度图A9在矩形截面条钢上切取冲击样坯的位置图A10在钢板上切取拉伸样坯的位置图A11在钢板上切取冲击样坯的位置图A12在钢管上切取拉伸及弯曲样坯的位置L代表纵向取样T代表横向取样图A13在钢管上切取冲击样坯的位置图A14在方形钢管上切取拉伸及弯曲样坯的位置图A15在方形钢管上切取拉伸及弯曲样坯的位置冶金产品在生产制造过程中一般通过压力加工使产品具有一定形状的横截面。在制造时，材料的金属晶粒沿主变形方向流动，晶粒被变形拉长，而且夹杂也沿变形方向排列，这就形成所谓的金属纤维，由此造成性能各向异性。此外冷加工成形的制品，会形成织构和残余应力，这也是造成性能各向异性的原因之一。表2是板材沿轧制方向和垂直于轧制方向取样拉伸试验的结果。试样的一般要求一2.取样方向表2取样方向对拉伸性能的影响方向状态Rm/MPaReL/MPaZ/%平行轧制方向P-F47630656P-F（H）44229568垂直轧制方向P-F43127812P-F（H）41427830试样的一般要求一2.取样方向为得到有用的试验结果，对于具体试验，最小试验数量应规定。但这个问题不容易解决。因为试验类型不同，试验条件引起的试验结果分散和材料本身的变化都影响个别试验结果的准确性。目前一般的做法是：根据要进行的试验类型、产品和材料的性能的主要用途、性能的分散性以及经济因素确定最小试验数目。对于生产检验和验收试验的拉伸性能，一般是一批做一个试验。试样的一般要求一3.取样数量用烧割法切取样坯时，从样坯切割线至试样的边缘必须保留有足够的加工余量。一般不小于钢产品的厚度和直径，但最小不得小于20mm。对于厚度和直径大于60mm的钢产品，其加工余量可根据供需双方协议适当减少。试样的一般要求一4.样坯加工余量的选择厚度和直径加工余量≤4＞4～10＞10～20＞20～35＞354厚度和直径101520表3冷剪样坯加工余量单位为毫米试样的一般要求一4.样坯加工余量的选择试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。试样原始标距和原始横截面积有关系者称为00SkL比例试样。国际上试用的比例系数k的值为5.65。原始标距不小于15mm。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值（优先采用11.3的值）或采用非比例试样。非比例试样其原始标距与原始面积无关。00SkL拉伸试样二1.拉伸试样形状与尺寸的一般要求a0=8.12mm,b0=30.02mm，则修约为90mm。mmbaL2.8802.3012.865.50065.50试样的形状试样的夹持头部一般应比其平行长度部分宽。试样头部与平行长度之间应有过渡半经至少为20mm的过渡弧相连接。头部宽度应≥1.2b0。通过协议，也可以使用不带头试样，对于这类试样，两夹头间的自由长度应等于L0+3b0。对于宽度等于或小于20mm的产品，试样宽度可以相同于产品的宽度。拉伸试样二2.厚度0.1mm～3mm薄板和薄带使用的试样类型拉伸试样二试样的尺寸平行长度应不小于L0+b0/2。仲裁试验，平行长度应为L0+2b0。对于宽度等于或小于20mm的不带头试样，除非产品标准中另有规定，原始标距应等于50mm。2.厚度0.1mm～3mm薄板和薄带使用的试样类型b0rk=5.65k=11.3L0Lc试样编号L0LcLc带头不带头带头不带头10≥20≥15≥L0+b0/2仲裁试验L0+2b0L0+3b0P1≥15≥L0+b0/2仲裁试验L0+2b0L0+3b0P0112.5P2P0215P3P0320P4P04表B.1矩形横截面比例试样单位为毫米0S65.50S3.11图1其余表B.2矩形横截面非比例试样单位为毫米b0rL0Lc试样编号带头不带头12.5≥20507587.5P52080120140P62550100120P7拉伸试样二表B.3试样宽度公差单位为毫米试样名义宽度尺寸公差形状公差12.5±0.050.0620±0.100.1225±0.100.12拉伸试样二圆形横截面试样：r≥0.75d0矩形横截面试样：r≥12mm矩形横截面试样推荐其宽厚比不超过8：1。机加工的圆形横截面其平行长度的直径一般不小于3mm。如相关产品标准有规定，型材、线材、棒材等可以采用不经机加工的试样机加工的试样进行试验。拉伸试样二3、厚度≥3mm板材和扁材以及直径或厚度≥4mm线材、棒材和型材使用的试样类型机加工试样的平行长度圆形横截面试样：Lc≥L0+d0/2。矩形横截面试样：Lc≥L0+1.5仲裁试验：Lc=L0+2d0或L0+2不经机加工试样的平行长度试验机两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近夹头间的距离不小于拉伸试样二0S0S0S3、厚度≥3mm板材和扁材以及直径或厚度≥4mm线材、棒材和型材使用的试样类型d0rk=5.65k=11.3L0Lc试样编号L0Lc试样编号25≥0.75d05d0≥L0+d0/2仲裁试验Lc=L0+2d0R110d0≥L0+d0/2仲裁试验Lc=L0+2d0R0120R2R0215R3R0310R4R048R5R056R6R065R7R073R8R08注1.如相关产品标准无具体规定，优先采用R2、R4、R7试样。2.试样的总长度取决于夹持方法，原则上LtLc+4d0表D.1圆形横截面比例试样单位为毫米拉伸试样二b0rk=5.65k=11.3L0Lc试样编号L0Lc试样编号12.5≥12≥L0+1.5仲裁试验L0+2P7≥L0+1.5仲裁试验：L0+2P0715P8P0820P9P0925P10P01030P11P011注：如相关产品标准无具体规定，优先采用比例系数k=5.65的比例试样。表D.2矩形横截面比例试样单位为毫米0S65.50S0S0S0S03.11S表D.3矩形横截面非比例试样b0/mmr/mmL0/mmLc/mm试样编号12.5≥2050≥L0+1.5仲裁试验：L0+2P122080P132550P143850P1540200P160S0S表D.4试样横向尺寸公差单位为毫米名称标称横向尺寸尺寸公差形状公差机加工的圆形横截面直径和四面机加工的矩形横截面试样横向尺寸≥3～6±0.020.03＞6～10±0.030.04＞10～18±0.050.04＞18～30±0.100.05相对两面机加工的矩形横截面试样横向尺寸≥3～6±0.020.03＞6～10±0.030.04＞10～18±0.050.06＞18～30±0.100.12＞30～50±0.150.15通常不经机加工，原始标距为200mm±2mm和100mm±1mm。试验机两夹头间的自由长度应至少为L0+3b0或L0+3d0，最小值为L0+20mm。如不测定断后伸长率，两夹头间的最小自由长度可以为50mm。d0或a0/mmL0/mmLc/mm试样编号≤4100≥120R9200≥220R10表C.1非比例试样拉伸试样二4、直径或厚度小于4mm线材、棒材和型材使用的试样类型分为全壁厚纵向弧形试样、管段试样、全壁厚横向试样，或从管壁厚机加工的圆形横截面试样。通过协议，可采用不带头的纵向弧形试样和不带头的横向试样。仲裁试验采用带头试样。不带头的试样，两夹头间的自由长度应足够，以使试样原始标距的标记与最接近的夹头间的距离不小于1.5拉伸试样二5、管材使用的试样类型0S表E.1纵向弧形试样单位为毫米D0b0a0rK=5.65K=11.3L0Lc试样编号L0Lc试样编号30～5010原壁厚≥12≥L0+1.5仲裁试验：L0+2S1≥L0+1.5仲裁试验：L0+2S01＞50～7015S2S02＞70～10020/19S3/S4S03＞100～20025S5S6＞20038065.5S0S0S0S0S03.11S表E.2管段试样065.5SL0/mmLc/mm试样编号≥L0+D0/2仲裁试验：L0+2D0S750≥100S8机加工的横向矩形横截面试样，管壁厚度小于3mm时，采用表B.1或B.2规定的试样尺寸；管壁厚度大于或等于3mm时，采用表D.2或D.3规定的试样尺寸。管壁厚度机加工的纵向圆形横截面试样应采用表D.1规定的试样尺寸。相关产品标准应根据管壁厚度规定机加工的纵向圆形横截面试样。如无具体规定，根据表E.3选定试样。表E.3管壁厚度机加工的纵向圆形横截面试样管壁厚度a0/mm采用试样8～13R7＞13～16R5＞16R4拉伸试样二取样取样所采用的机械加工方法或热加工方法不得对试样性能产生影响。钢：厚度超过8mm时，不得采用剪切方法。当采用热切割或可能影响切割面性能的其他切割方法从焊件或试件上截取试样时，应确保所有切割面距离试样的表面至少8mm以上。平行于焊件或试件的原始表面的切割，不应采用热切割方法。其他金属材料：不得采用剪切方法和热切割方法，只能采用机械加工方法(如锯或铣、磨等)。6、焊接拉伸试样拉伸试样二机械加工一般要求：公差按照GB/T228规定。位置：试样的厚度ts一般应与焊接接头处母材的厚度相同，参见图2a)。当相关标准要求进行全厚度（厚度超过30mm）试验时，可从接头截取若干个试样覆盖整个厚度，参见图2b)。在这种情况下，试样相对接头厚度的位置应做记录。6、焊接拉伸试样拉伸试样二图2试样的位置示例图3板接头拉伸试样二拉伸试样二图4管接头拉伸试样二表4板及管板状试样尺寸单位为毫米拉伸试样二表面制备试样制备的最后阶段应进行机加工，应采取预防措施避免在表面产生形变硬化或过热。试样表面应没有垂直于试样平行长度Lc方向的划痕或切痕，不得除去咬边，除非相关标准另有要求。超出试样表面的焊缝金属应通过机加工除去。除非另有要求，对于有熔透焊道的整管试样应保留管内焊缝。6、焊接拉伸试样拉伸试样二7、加工班常用圆拉伸试样15R2101015601200.80.812.56.312.5其余φ20φ10φ13φ20φ13图5室温φ10拉伸试样拉伸试样二7、加工班常用圆拉伸试样图6室温φ6拉伸试样R2661445900.80.812.56.312.