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在新產(chǎn)品研發(fā)、改進(jìn)工藝時，通常會在熱模擬機(jī)上進(jìn)行軋制模擬、焊接熱影響區(qū)模擬、熱處理、測試過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線、等溫轉(zhuǎn)變(TTT)曲線等模擬試驗，而完成熱模擬試驗的壓縮圓餅試樣高度只有12mm，直徑約為20mm，無法在常規(guī)試驗機(jī)夾具上對其進(jìn)行拉伸試驗，只能進(jìn)行金相檢驗和硬度測試。如果需要得到抗拉強(qiáng)度，通常要根據(jù)GB/T 1172—1999 《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》標(biāo)準(zhǔn)，由硬度進(jìn)行換算。硬度換算方法只是一種間接的方式，雖然效率高，但是準(zhǔn)確度難以判定，無法用該參數(shù)指導(dǎo)產(chǎn)品的力學(xué)性能。對于海工鋼、橋梁鋼、低合金高強(qiáng)鋼、管線鋼、船板鋼等對強(qiáng)度指標(biāo)要求特別高的材料，可以通過熱模擬試驗摸索出合適的工藝參數(shù)，得到直觀的抗拉強(qiáng)度。

試樣制備和試驗方法

1.1、試樣制備

將高度為12mm，直徑約20mm的熱模擬試驗壓縮圓餅試樣加工成工字型小試樣，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。工字型小試樣的加工步驟及表面磨拋工藝為：①取已完成熱模擬高溫壓縮試驗的小圓餅試樣，用線切割方法沿小圓餅試樣中部切割成直徑為20mm，厚度為1mm的薄片;②用磨樣機(jī)磨拋薄片試樣，使厚度均勻，表面粗糙度小于0.8μm，滿足GB/T 228.1—2021 《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》的要求;③用線切割方法將小圓餅試樣切割成中間寬度為2mm，平行長度為8mm，過渡圓弧半徑為2mm的工字型試樣;④用磨樣裝置將試樣表面和側(cè)面進(jìn)一步打磨，表面粗糙度小于0.8μm。將模具鋼加工成小尺寸工字型試樣夾具，其外觀如圖2所示。

1.2、試驗方法

檢測依據(jù)GB/T 228.1—2021標(biāo)準(zhǔn)。電子拉伸試驗機(jī)通過計量檢定，精度為0.5級，試驗機(jī)額定載荷為±5kN，應(yīng)變速率為1×10-3s-1。硬度測試選用 全自動維氏硬度計。

試驗結(jié)果與討論

2.1、小試樣拉伸試驗結(jié)果

選擇8種不同強(qiáng)度級別的試樣進(jìn)行熱模擬壓縮試驗，將其加工成8組小尺寸拉伸試樣，每組測試5個試樣，取平均值，表1為不同強(qiáng)度級別試樣的抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果，可見強(qiáng)度為375~1279MPa，試樣斷裂位置均在平行段，說明試樣的形狀設(shè)計、加工合理，工字型夾具與試驗機(jī)匹配，同軸度較好。

2.2、硬度測試結(jié)果

在8組熱模擬壓縮圓餅試樣余料上切取硬度試樣，經(jīng)磨樣機(jī)磨拋后，在全自動維氏硬度計上進(jìn)行硬度測試，設(shè)定載荷為49N，保載時間為12s，每個試樣中間區(qū)域測試5個點(diǎn)，每個點(diǎn)的間隔為1mm，試驗結(jié)果如表2所示。試樣的硬度為114~409HV，依次增大，與所選材料的抗拉強(qiáng)度逐漸升高具有較好的對應(yīng)關(guān)系。

2.3、抗拉強(qiáng)度與維氏硬度的關(guān)系

根據(jù)式(1)，比較1#~8#試樣的抗拉強(qiáng)度和維氏硬度的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)果如表3所示。

可見，試樣的硬度與抗拉強(qiáng)度呈正比，隨著抗拉強(qiáng)度的升高，硬度也隨之升高，實測抗拉強(qiáng)度與維氏硬度的相關(guān)系數(shù)為3.1228~3.2895。

2.4、驗證試驗

因熱模擬試樣尺寸較小，無法將其加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，所以采用其他碳鋼的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣和小試樣進(jìn)行對比試驗，來驗證小試樣測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4.1 方案1

試樣材料為Q355鋼，厚度為16mm，經(jīng)過正火處理，890℃保溫，40min空冷，分別加工成規(guī)格為2mm×1mm(寬度×厚度)，中間平行長度為8mm的啞鈴狀小試樣和10mm(直徑)標(biāo)準(zhǔn)試樣，拉伸試驗時每組測試5個試樣，結(jié)果如表4所示。

2.4.2 方案2

選用厚度為1mm的鍍鋅板，分別加工成規(guī)格為2mm×1mm(寬度×厚度)，中間平行長度為8mm的啞鈴狀小試樣和規(guī)格為12.5mm×1mm(寬度×厚度)的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行拉伸試驗，結(jié)果如表5所示。

由表4，5可知：Q355鋼小試樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差均為2.70;鍍鋅板小試樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.48和1.00。這表明小試樣與標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的試驗結(jié)果偏差較小，得到的抗拉強(qiáng)度基本一致，二者可視為等效。

結(jié)論

（1）根據(jù)圓餅試樣規(guī)格設(shè)計了小試樣，再通過自制的工裝夾具與拉伸試驗機(jī)連接，解決了圓餅試樣無法進(jìn)行拉伸試驗的問題。

（2）維氏硬度與抗拉強(qiáng)度呈正比，隨著抗拉強(qiáng)度的升高，硬度也隨之升高，實測相關(guān)系數(shù)為3.1228~3.2895。

（3）小試樣和標(biāo)準(zhǔn)試樣的拉伸試驗結(jié)果基本一致，標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.00，表明小試樣拉伸試驗?zāi)茌^準(zhǔn)確地測定出材料的抗拉強(qiáng)度。