彎曲試驗支棍尺寸的規(guī)定及與測試結果的相關性研究

彎曲試驗支棍尺寸的規(guī)定及與測試結果的相關性研究彎曲試驗是測定金屬材料承受彎曲塑性變形能力的試驗方法，有人將其稱為力學性能測試方法，也有人將其稱為工藝性能試驗方法，無論怎么區(qū)分，它都是材料力學性能試驗的基本方法之一，是質量控制及應用設計的重要參考指標。通常情況下，如果不特別規(guī)定，該試驗默認是在三點彎曲試驗裝置上進行。筆者主要從事材料的力學性能檢測工作，日常接觸到大量的母材復驗、金屬材料焊接工藝評定等測試任務，多需要開展彎曲性能試驗。眾所周知，影響金屬材料彎曲試驗結果的主要因素有彎曲角度、壓頭直徑、試樣的寬厚比等，但除此之外，筆者在工作中還發(fā)現，對于脆性材料或低塑性材料而言，其測試結果還顯著地受到彎曲試驗裝置中支棍尺寸的影響，這與塑性材料有較大的不同。然而，在涉及彎曲試驗測試方法的相關標準中較少有對此參數進行詳細的規(guī)定，文獻中也鮮見相關研究成果。針對該問題，本文對常用標準中涉及彎曲裝置支棍尺寸的規(guī)定進行了匯總，并通過試驗探究支棍尺寸對脆性或低塑性材料測試結果的影響。顧客感知視角的精益服務研究通過對顧客感知的調查和測量工具的開發(fā)識別顧客對“好服務”的評價標準，即“精益服務能為顧客帶來哪些感知價值”或“顧客體驗到的精益服務有哪些具體特征”，回應“什么是顧客認為的好服務”的問題（見表1）⑩邢博.精益服務：理論構建與測量工具開發(fā)［M］.天津：南開大學出版社，2017：185.。1.各標準對支棍尺寸的規(guī)定有關彎曲試驗方法的標準可分為三大類，分別是母材類彎曲工藝性能測定、焊接類彎曲工藝性能測定以及脆性或低塑性材料彎曲力學性能測定。各標準對彎曲裝置支棍尺寸的規(guī)定如表1所示，表中所列為國內常用的國內外相關標準。其中，GB/T232—2010是最常使用的金屬材料彎曲工藝性能測試方法，被諸多產品、構件檢驗以及焊接工藝評定等所引用，是開展相關彎曲試驗的指導性標準文件。該標準自1963年發(fā)布以來，先后頒布了1982年、1988年、1999年以及2010年幾個版本，對于彎曲裝置支棍尺寸的相關規(guī)定，1988年以前的諸版本中均沒有任何說明，隨后在1999年修訂時提出了“支棍半徑應為1～10倍試樣厚度”的具體要求，然而2010年新版本修訂時又刪掉了該要求。雖然現用的GB/T232—2010附錄B圖B.1上支棍尺寸標注為φ50mm，但此圖為示意圖，在具體操作中，可以為任何尺寸，不具有指導意義。另外，引用GB/T232的GB/T6396與被GB/T232修改采用的ISO7438中對支棍尺寸的要求也沒有具體規(guī)定，而ASTME290雖然有“支棍尺寸由產品規(guī)格來定義，與被測試樣的厚度有關”的說明，但是，具體要求是多少，也沒有明確規(guī)定。焊接接頭彎曲試驗方法GB/T2653中有“支棍直徑至少為20mm，除非相關標準另有規(guī)定”的規(guī)定，僅對彎曲裝置支棍尺寸值的下限進行了要求，在實際操作中，各實驗室只要保證了該要求即符合標準，而被GB/T2653等同采用的ISO5173以及引用GB/T2653的NB/T47014等標準對支棍尺寸也沒有作出任何具體的規(guī)定。YB/T5349中金屬材料力學性能試驗方法，對支棍尺寸進行了詳細的規(guī)定“支棍的直徑宜與壓頭的直徑相同”，并根據彎曲試樣材料與試樣尺寸的不同，推薦了一系列規(guī)格的支棍尺寸，對于試驗者來說，可以清楚明了地依據該標準來選擇合適的支棍尺寸進行試驗，這是唯一一個詳細規(guī)定了支棍尺寸的標準。2.試驗條件本文選用塑性較低的TA15鈦合金軋制板材作為研究對象，所用鈦合金板材的厚度為4mm，彎曲試樣按照國標GB/T232的規(guī)定進行加工，試樣寬度為20mm，保留上下原始的軋制表面；試驗采用支棍式彎曲試驗裝置在INSTRON5587電子材料試驗機上進行。為消除壓頭尺寸對試驗結果的影響，所有試驗均采用同一壓頭進行，彎曲試驗條件中僅改變試驗裝置支棍尺寸這一個變量。試驗前試樣跨距LS的調節(jié)按照式（1）進行計算，壓頭直徑、支棍尺寸及跨距的選用如表2所示。在對試樣緩慢加載的過程中持續(xù)觀察試樣受拉表面的狀態(tài)，當出現肉眼可見裂紋時，立即停止試驗，隨即用角度尺測量并記錄試樣斷裂角度。式中D——壓頭直徑（mm）；近年來，我市各級黨委政府在落實國務院《農業(yè)保險條例》、貫徹國發(fā)〔2014〕29號文件精神、積極探索農業(yè)保險工作中，采取先行試點、總結經驗、逐步拓展的工作方法，使全市農業(yè)保險工作實現了較快發(fā)展，取得了明顯成效。據統計，2018年全市農業(yè)政策性保險已完成381.4萬畝，比上年同期增長7.9%。a——試樣厚度（mm）；DS——支（承）棍尺寸（mm）。表2彎曲試驗各參數的選用試樣編號DS/mmD/mmLS/mm10101032151510372020104225251047303010523.試驗結果與分析試驗過程中，針對每種規(guī)格的彎曲支棍，隨機選擇3件彎曲試樣進行試驗，試樣的斷裂角度記錄結果如表3所示。從表中可以看出，隨著支棍直徑尺寸的增大，試樣的斷裂角度呈現逐漸增大的趨勢，所用φ30mm支棍的彎曲試樣的斷裂角度較φ10mm支棍提高了近40%，換而言之，該材料彎曲試驗的測試結果受支棍尺寸的影響極為顯著。表1各試驗標準中支棍尺寸的規(guī)定標準號與名稱支棍直徑尺寸的規(guī)定GB/T232—2010《金屬材料彎曲試驗方法》無要求ISO7438：2016（E）《金屬材料彎曲試驗》同GB/T232，對支棍尺寸無規(guī)定ASTME290—2014《塑性金屬材料彎曲試驗方法》支棍尺寸由產品規(guī)格來定義，與被測試樣的厚度有關GB/T6396—2008《復合鋼板力學及工藝性能試驗方法》參照GB/T232GB/T2653—2008《焊接接頭彎曲試驗方法》至少為20mm，除非相關標準另有規(guī)定ISO5173：2010《金屬材料焊縫破壞試驗-彎曲試驗》對支棍尺寸無規(guī)定NB/T47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》參照GB/T2653YB/T5349—2014《金屬材料彎曲力學性能試驗方法》支棍的直徑宜與壓頭的直徑相同，根據彎曲試樣材質與試樣尺寸的不同，推薦的支棍尺寸有4個，分別為φ5mm、φ10mm、φ20mm及φ30mm表3彎曲試驗結果試樣編號斷裂角度/（°）試樣1試樣2試樣3平均值1047555151.01555535654.72066565960.32565727269.73070737773.3在所用試驗機上進行彎曲試驗時，能夠采集獲得彎曲力、壓頭的移動距離等信息，因此通過GB/T232—2010附錄B推薦的公式可將采集獲得的壓頭移動距離轉化為彎曲角度，同時，參照YB/T5349—2014中公式（22）可將彎曲力轉化為彎曲過程中的實時彎曲強度，由此獲得的試驗過程中彎曲強度-彎曲角度曲線如圖1所示。從圖中可以看出，支棍尺寸從φ10mm增加到φ25mm的過程中，雖然試樣斷裂角度值不斷增加，但對應的抗彎強度（最大彎曲強度）并沒有顯著的差異，只有φ30mm的支棍對應的抗彎強度值有所升高。項目教學法在.NET企業(yè)級應用開發(fā)系列課程中尤為適用，項目設計可結合生活中實際問題，如開發(fā)聊天系統、計算器、備忘錄等。學生對問題雖熟悉但未曾從開發(fā)者角度看待過，極大激發(fā)了學習興趣。通過分組，小組成員共同分析問題，研究制定解決方案，在這個過程中鍛煉學生的溝通表達能力與團隊合作能力。解決問題的具體方法需回歸到課堂知識的學習和理解上，學生就會自覺學習，通過網絡、課本和教師尋求解決方法，達到學習知識和技術的目的。學生也會體會到學習的快樂，增強了自信心。圖1彎曲強度-彎曲角度曲線分析認為，產生以上試驗規(guī)律的原因在于：在開展金屬材料的彎曲試驗時，如果選用了不同規(guī)格的支棍，雖然支棍間距沒有發(fā)生變化，但實質上試樣與支棍兩個接觸點之間的距離（即跨距）已經發(fā)生了改變，在其他試驗條件相同的情況下，當試樣彎曲至某一角度時，支棍尺寸越小，試樣對應的跨距也越小，試樣受拉面上承受的彎曲強度就越大（例如圖中30°處虛線所示位置）。因此，對于具有相近抗彎強度值的同一批試樣而言，所用支棍尺寸越小，試樣就越容易達到抗彎強度值，對應的斷裂角度就越小。而對于使用φ30mm支棍的試樣的抗彎強度值較其他規(guī)格支棍的有所提高的現象，分析認為，可能是由以下兩個原因造成的，其一，按照YB/T5349—2014中推薦的公式計算彎曲強度，其適用的對象是脆性斷裂或低塑性斷裂的金屬材料，使用φ30mm的支棍時，試樣已經有較大的塑性變形，此公式已經不適用于該情況；其二，本方案所設計工裝中的支棍不能繞彎曲裝置進行旋轉，當試樣的彎曲角度較大時，試樣與支棍之間的摩擦力以及試樣與支棍接觸部位的輕微擠壓變形便不能忽略不計，以至于需要更大的載荷才能保證試樣繼續(xù)彎曲變形，最終導致試驗機記錄的斷裂載荷較真實值更大。4.結語（1）常用的涉及金屬材料彎曲試驗的測試方法標準中僅有YB/T5349—2014對彎曲裝置支棍尺寸提出了詳細的規(guī)定、GB/T2653—2008中提出了最小值的要求，除此之外，其他標準對彎曲支棍尺寸均未作出任何要求。（2）支棍尺寸大小對塑性較好的金屬材料的彎曲試驗結果通常沒有影響，但對塑性較低的金屬材料的影響卻極為顯著，隨著支棍尺寸的增大，材料的斷裂角度值明顯升高，傾向于不易斷裂。（3）在依據GB/T232—2010等標準采用支棍式彎曲裝置進行脆性或低塑性金屬材料的彎曲工藝性能試驗時，為保證各實驗室測試結果的一致性或供需雙方已產生糾紛需進行仲裁時，首先應對試驗裝置支棍尺寸這一容易被大家忽略的試驗參數進行約定。230℃高油溫，加入蒜茸、姜茸以及蔥茸炒制出香，炒制約5～8min，鍋內無明顯水蒸氣冒出即可。注意火力不能太大，鍋內溫度控制在100～110℃；（4）建議就此問題對更多的材料進行相關性驗證試驗，進而根據研究成果對GB/T232—2010等標準的修訂提出指導性意見，從技術層面上對標準的規(guī)范進行完善。參考文獻：[1]全國鋼標準化技術委員會.金屬材料彎曲試驗方法：GB/T232—2010[S].北京：中國標準出版社，2011.[2]ISO7438：2016（E），Metallicmaterials-Bendtest[S].[3]ASTME290—2014，Standardtestmethodsforbendtestingofmaterialforductility[S].[4]全國鋼標準化技術委員會.復合鋼板力學及工藝性能試驗方法：GB/T6396—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.[5]全國焊接標準化技術委員會.焊接接頭彎曲試驗方法：GB/T2653—2008[S].2008.[6]ISO5173：2010，Destructivetestso