分享：对钢板拉伸试验检测精度影响因素的分析

梁燕燕,彭晓枫

(宝钢湛江钢铁有限公司 制造管理部,湛江 ５２４０７２)

    摘 要:针对某新建全流程现代钢铁企业检化验中心成品物理试验室拉伸试验当前运行的实际情况,从人员、机器、原料、方法、环境等５个方面重点分析了该物理试验室从接收拉伸样坯到试验数据发送的全过程中对试验精度有影响的因素.结果表明:操作人员、设备、材料、检测方法、试验条件等均对试验结果的准确性存在不同程度的影响.针对这些影响,提出了改进建议,以提高测试结果的准确性.

    关键词:拉伸试验;钢板;检测精度;影响因素

    中图分类号:TG１１５．５＋２ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０９Ｇ０６５０Ｇ０３

    金属材料力学性能试验是检测和评定金属材料产品质量的一种重要方法,其中拉伸试验是目前最重要的方法之一,拉伸试验从取样到检测整个过程会受到很多因素的影响[１Ｇ２].目前某新建钢铁公司检化验中心的成品物理试验室对冷轧产品采用全自动拉伸试验机进行检测,对热轧产品则采用半自动拉伸机进行检测.由于是新建的试验室,该试验室在初始运行阶段由于管理和操作人员经验不足以及试验设备都是新的,难免会产生各种操作和质量管理上的问题,对试验结果的准确性存在许多不确定的影响.针 对 这 种 情 况,笔 者 从 人 员 (人)、机 器(机)、原料(料)、方法(法)、环境(环)等５个方面对影响拉伸试验精度的因素进行了分析,并提出了改进建议,以确保试验结果的准确性.

１ 拉伸试验精度的影响因素分析

    在拉伸试验过程中影响拉伸试验结果的因素非常多,试验 过 程 中 所 反 映 的 各 项 拉 伸 性 能 数 据取决于材料 内 在 因 素 和 外 部 试 验 条 件,是 整 个 试验工作结果的综合反映.内在因素是指材料的化学成分、轧制控制状况、热处理状态、显微组织、晶粒尺寸等.外 部 条 件 是 指 试 样 取 样 部 位、取 样 方向、试样加工形状尺寸精度和表面粗糙度、试验温度、试验机 刚 度、试 验 设 备 的 精 度、试 验 软 件 的 准确性、试样 测 量、试 样 装 夹 对 中 状 况、试 验 加 载 速率,包括试 验 人 员 的 操 作 技 能 水 平 等.当 内 在 因素一定时,钢 板 的 拉 伸 性 能 结 果 就 随 外 部 试 验 条件的变化而发生改变.

图１是某新建钢铁公司检化验中心成品物理试验室拉伸试验的全流程图,以下将对整个过程中影响试验精度的关键步骤逐项进行分析.

１．１ 试验人员的影响

    从整个拉伸试验流程分析,试验人员的综合技能在试验过程中显得尤为重要.首先是要能够准确判断或识别钢板的取样方向,不同方向取的试样其性能有所差异,横向取样、纵向取样、４５°取样后的试验结果是不同的.剪切好目标尺寸的样坯后需用铣床进行加工,要确保去除试样的剪切影响区,保证试样的平行部分长度、标距、宽度符合要求.要对加工后的试样关键尺寸进行人工检验,试样尺寸测量的准确与否直接影响试验结果.冷轧钢板拉伸试验时,全自动拉伸试验机要对不同断后标距的试样进行检测,操作人员需要设定相关的试验程序,并且要根据试验要求输入相关参数,若输入有误则试验结果肯定出错.热轧钢板拉伸试验需要人工测量试样的断后标距,最后才能求出其断后伸长率,在测量过程游标卡尺若使用不当也将引入误差.

    在 GB/T２２８．１－２０１０«金属材料 拉伸试验 第１部分:室温试验方法»中有两种拉伸速率控制方式,即应变速率控制方式(方法 A)和应力速率控制方式(方法 B).标准中并没有规定必须采用哪种方式,方法是指导性的,具体执行还需要试验人员根据被检测材料的特性、试验机的能力、试验人员的经验与技术水平来选择,但这也可能对拉伸试验结果的准确性带来影响.

    总而言之,人为因素会直接影响到试验结果的准确度,所以对试验人员的操作技能要求很高,特别是类似新 建钢厂的试验人员,更需要抓紧时间进行培训和考核.

１．２ 试验设备的影响

    拉伸试验需要使用到的设备有游标卡尺和拉伸试验机等,其准确度必须要达到测量的标准要求,所以相关的仪器设备、计量器具必须通过具有资质的第三方计量检测部门计量合格后才可使用.除了计量检定外,在试验室运行中对拉伸试验机平时的精度管理也非常必要,也就是统计过程控制(SPC),即每天用性能相对均匀且无时效的试样用试验机进行试验(B 管理),对试样检测的数据进行趋势分析,能有效地控制试验机的精度.当发现数据有异常时要及时对仪器状态进行检查,快速找出原因并进行分析纠正,确保后续试验机检测数据的准确性.同时还要开展对试验机精度设施的管理管控(A 管理),即每个班次对相同条件的试样进行检测,分析数据的重复性和再现性.若 A、B管理异常,则要及时停止试验,联系技术人员进行原因分析,以便试验机能够在保证测试质量的前提下投入使用.

    物理试验室选用了几个不同设备制造厂的拉伸试验机,不同试验机的试验结果也存在一定差异.另外还要注重对试验软件的准确性进行评估.

    一般情况下,国内对拉伸试验机性能的计量检定基本上只是对试验机测力机构和变形测量系统的计量检定为主,没有对各个试验机厂自行编制的试验软件的逻辑是否正确可靠进行检定,由于尺度和标准难以统一,对试验软件的评定确实存在许多困难,缺乏有效的判断手段.随着以软件为主导的控制技术逐渐成为 测 试 技 术 发 展 的 主 流,我 国 已 经 颁 布 了JJF１１０３－２００３«万能试验机计算机数据采集系统评定»,建议试验室结合自身实际开展对试验软件的评定工作,通过试验室之间的比对,来检验试验软件的准确性和可靠性,以保证测试质量,避免发生低级错误[３].

１．３ 材料本身的影响

    钢材本身化学成分的不同是导致其拉伸性能出现差异的主要因素.碳含量越高,拉伸强度就越高;反之,则强度越低.钢板的生产和热处理工艺也会对钢板的力学性能产生影响.在试验过程中如发生同炉号钢板在相邻位置取样时其试验性能存在很大差异的情况,原因要么是试样在加工和试验过程中不规范的影响因素多,要么是材料内部本身不均匀.如碰到这种情况,试验室需要重新取样进行试验,若数据差异不大则说明是加工试验精度误差引起的;若数据仍然差异很大则说明是钢板本身性能不稳定.

１．４ 夹持法的影响

    冷轧产品采用全自动拉伸试验机进行试验,其试样夹持对中相对有保证.热轧板试验采用半自动拉伸试验机,在试验时试验人员会采用手动夹持的方法对其进行操作,如果出现夹持试样操作不当或者试样夹持位置偏移轴线中心的情况,试验结果肯定会产生一定的误差.拉伸试验时应尽量避免试样夹持不对中情况的发生,可以在设备上安装辅助对中装置,一是可以减少偏心力的产生,二是确保有良好的试样断裂位置,提高断后伸长率测试的准确性.

    冷轧产品试验虽然使用的是全自动拉伸试验机,但也要对 夹 具 定 时 进 行 维 护,确 保 夹 持 位 置 不 偏移[４Ｇ６].

１．５ 试验温度的影响

     试验温度是影响材料力学性能的一个重要因素.一般金属材料的抗拉强度会随着温度的不断升高而下降.所以在加工试样时要用乳化液不间断降温,加工完毕后还要对试样进行吹扫降温.同时,控制拉伸试验室内的温度也尤为重要,一般要控制在１８~３５ ℃,要求高的试验应在(２３±５)℃的环境下进行.若温度不在范围内则要停止试验,然后对试验环境进行适当处理.

２ 对执行现行拉伸试验方法标准

    可能会产生试验结果误差的分析GB/T２２８．１－２０１０中的附录 F虽然是资料性附录,但试验机刚度对试验结果肯定存在影响.试验机的刚度与试验机主机架、负荷、试样夹具(夹块齿型、磨损程度、润滑等)、试样材料、试样尺寸等都相关.试验机的刚度是变量,较为复杂,在实际操作中如何去准确判定和修正确实比较困难[７Ｇ８].

    GB/T２２８．１－２０１０中对拉伸试样加工没有标注粗糙度的要求,这对试验室管理和认证以及不同试验室的比对试验会产生许多不确定的影响.GB/T２２８．１－２０１０中对矩形横截面试样断裂后最小横截面积的测量位置缺乏规定,会影响断面收缩率测量结果的统一性.

３ 结束语

    通过对试验室拉伸试验检测精度影响因素的分析可见,试验人员、试验设备、试样材料、试验方法、试验条件等对试验结果的准确性都存在不同程度的影响.试验室要制定正确的试验规程,严格执行试验规范,对影响试验精度的因素提出切实有效的解决措施.新建试验室可以通过一系列的改进措施来不断提高试验人员的技术操作水平,以确保试验室的测试质量和测试周期。

（文章来源：材料与测试网-理化检验－物理分册 > 2018年 > 9期 > pp.650）