常州精密钢管博客

精密钢管拉伸试验测试简介

无缝钢管,精密钢管,焊接钢管,其它钢管,等等钢管 在生产完交货前 为了检验钢管的性能能否符合客户的要求,都要进行拉伸试验。今天我们就来聊聊钢管的拉伸试验。

钢管拉伸试验机根据GBT228.1-2010金属材料拉伸试验机、GBT 7314-2005 金属材料 室温压缩试验机、GBT 232-2010 金属材料 弯曲试验机,适用于无缝钢管、铜管、铝管、不锈钢管、棒材、板材等静态物理力学性能测试分析研究,也可根据GB、ISO、JIS、ASTM、DIN、JG、JT、YB、QB、YD、YY、QC、SY、SL、BB、HG等国际标准行业标准进行试验和提供数据,根据产品选配不同附具后可进行拉伸试验。

在说明钢管拉伸试验前,各位常州精密钢管博客的朋友们,我想先给大家聊聊拉伸试验的注意点:

【1】金属拉伸试样几何因素对拉伸性能的影响

众所周知,试样的几何因素是个重要因素。但各企业对拉伸试验的几何尺寸,形状等的规定却存在差别,因此有必要对此进行探讨,便于各生产单位和使用单位之间的相互了解。本文对试样的形状变化、宽度变化、不同平行长度对拉伸试验性能的影响进行了讨论;同时用光弹方法研究了板状样过渡圆弧半径及试样夹持部位等因素对拉伸试验结果的影响。 
一、试验材料及实验条件 
  试验材料分别为薄板08Al、08F;中厚板X60、A3钢。均经化学成分检验,符合标准要求,加工试样精度符合GB 6397-86 金属拉伸试验试样标准, 要求拉伸试验在万能材料试验机上进行。十字头速度恒定为10mm/min;引伸计符合ASTM E83C级要求;标距划线机线间长度误差小于0.1mm;光弹试验在光弹议上进行。 
二、试验结果和讨论 
 1.试样对拉伸性能的影响 
  按照GB/T228-2010 金属拉伸试验标准要求,中厚板既可取保留原表面的板状试样,也可制成棒状试样测试拉伸性能。为表明二者是否存在差异,我们将X60(8mm厚)和A3(10mm厚)钢板分别制成带头板状样和直径为5mm的棒状试样进行实验。采用短比例试样。 
  结果表明:两种形状的试验结果是有差异的。棒状试样的应力σ5较板状试样高得多。我们认为原因在于;棒状试样经加工,表面光滑,缺陷少;而板状试样两表面均为直接轧制面,表面缺陷相对多一些。另外,两种试样在拉伸时的应力和应变状态也有差异。棒状试样的派生应力σ2=σ3,ε2=ε3,四周缩变均匀,而板状试样σ2≠σ3,ε2≠ε3,也造成的试验的结果不同。 
 2.试样宽度对拉伸结果的影响 
  板状拉伸试样的宽度,在其他因素相同的情况下,宽度保准也大不相同。为明确试样宽度对拉伸机械性能的影响。我们分别取08Al冷轧板和08F热轧板进行比较研究。 
  试样基本尺寸符合标准要求,固定其他尺寸,变化试样宽度。 
  结果表明:在固定标距的情况下,随试样宽度增加,σ0.2或(σs)和σb有下降趋势。我们认为:其原因在于随着试样宽度的增加,派生应力σ2增加,试样由单向拉伸逐渐转向平面应力状态,从而使参加流变的材料逐渐增多之故。 
 3.平行长度对板状试样拉伸性能的影响 
  一般都认为:平行试样长度越长,材料变形越均匀,伸长率就越大。但在实际工作中得出的结论却并非完全如此。同时平行长度的增大引起试样重量的增加,对材料也是一种浪费,因而需要明确一个范围,在不同国家的标准中,我们同样发现平行长度有差异,如有l0+b/2, l0+b, l0+2b, (b为试样的宽度)。为进一步明确平行长度对拉伸试样机械性能的影响,我们用08Al冷轧板研究了这一问题。 
  试样尺寸符合标准要求,固定其他尺寸,变化试样平行长度。 
  结果表明:平行长度的变化对σ0.2和σb无显著影响,但却明显影响伸长率。我们认为:这主要是强度指标仅取决于试样上最小截面上所承受的应力,对厚度相同的材料来说,在标距内宽度一样时,强度指标也应相同,但伸长率则不同。在本试验中,平行长度达到一定值后,伸长率值则趋于稳定且略有下降。我们认为:其原因主要在于平行长度增加到一定值后,试验夹具和过渡圆弧不在影响标距部分的变形,失稳点既可出现在标内,也可出现在标外。平行长度越长试样断在中部的几率也越小,伸长率值也就越分散。这一点从平行长度为110mm时测值分散度明显增大可以证明,也就是说平行长度应有一最佳范围。 
 4.光测弹性力学试验及结果分析 
  为了直观定性地研究板状试样过渡圆弧半径及试样夹持部位对拉伸试验机械性能的影响,寻找合理的平行长度范围,我们进行了光弹试验,试样经手工加工,试样尺寸符合要求。为了消除加工应力,对试样进行了退火处理。试验结果可以看出平行长度的确定与过渡圆弧半径R的大小有着密切的关系,过渡圆弧半径R对板状试样的应力分布有明显影响,为保证平行区变形均匀,R值应大于或等于30mm。当取R≥30mm时,按标准GB/T228-2002要求,平行试样长度取l0+b0/2是适宜的。在拉伸试验中,在保证试样不滑落的情况下,试样的夹持部位应该尽可能的远离过渡圆弧。 
三、结论 
 综合上述试验结果和分析,可以得出以下结论: 
  1.中厚板取板状试样所测的试验值有差异,鉴于不少标准对此未做明确的规定,此问题应该引起重视。 
  2.试样宽度对拉伸性能有影响,检验分析时应注意。 
  3.平行长度的变化对应力值影响不大,但显著影响伸长率。当试样长度变化时,伸长率会有一最大值。 
  4.过渡圆弧半径R对板状试样的应力分布有明显影响,为保证平行区变形均匀,R值应大于或等于30mm。 
  5.当取R≥30mm时,按标准GB/T228-2002要求,平行试样长度取l0+b0/2是适宜的。 
  6.在拉伸试验中,在保证试样不滑落的情况下,试样的夹持部位应该尽可能的远离过渡圆弧。 
   

【2】如何精确测量ASTM标准圆形拉伸试样锥度?

 

众所周知,拉伸试验是对拉伸试样施加轴向拉力直至试样断裂,来测试屈服强度抗拉强度和断面收缩率等参数。为获得准确、可靠的强度指标和塑性指标,保证拉伸试样的尺寸符合相关标准的规定非常重要。
 
ASTM拉伸试验方法中的注意点
ASTM E8/E8M-2011《金属材料拉伸试验方法》和ASTM A370-2012《钢产品的力学性能试验方法和定义》(以下简称ASTM标准)规定了圆形拉伸试样在平行长度部位可以有一个锥度。也就是说,在试样平行长度的两端至中间允许有一个斜度。
 
精确测量圆形拉伸试样锥度的重要性
由于在拉伸试验中必须要先测量试样的原始直经,利用公式S=πR2 来计算试样的横截面积。然后,用屈服力和最大力分别除以试样的原始横截面积,才能测出屈服强度和抗拉强度。那么对于塑性指标中的断面收缩率来说,用断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率才能求出断面收缩率。所以,原始横截面积的误差是影响最终测定的强度指标和断面收缩率指标的重要因素之一。因此,精确测量ASTM标准中圆形拉伸试样平行长度部位的锥度,便成为获得以上参数的重要保障。
 
今天,我们就来为大家介绍一种利用万能工具显微镜-投影法对圆形拉伸试样在平行长度部位的锥度进行精确测量的方法,供大家参考。
 
试样的尺寸参数及精度要求
1 试样的尺寸参数
ASTM标准规定圆形拉伸试样的主要尺寸为:直径D=(12.5±0.25) mm,平行长度A≥60 mm,过渡段圆角半径R≥10 mm,见图1。
图1 圆形拉伸试样
 
2 试样的锥度及要求
 ASTM标准对试样的锥度作了明确的规定:在试样的平行长度中,可以具有从试样平行长度的两端向中心逐渐减小的一个锥度,并且还要求试样的两端直径尺寸不能比中心部位大1%或不能大于0.10 mm(0.005 in),见图2。

需要说明的是,当在计算圆形拉伸试样的原始横截面积时,应在试样的中心部位测量直径的尺寸,用中心部位最小的直径尺寸(直径D÷2,单位为毫米)来作为乘数计算原始横截面积。另外,试样中心部位的形状并不是V形,也不是凹槽形,而是从试样的两端至中心逐渐减小形成的一个微小的锥度(斜面)。
图2 圆形拉伸试样中心部位及锥度的测量示意图
 
测量设备与测量方法
1 测量设备及参数
测量设备:19JA型万能工具显微镜

技术参数:物镜放大倍数为3倍,目镜放大倍数为10倍,总放大倍数为30倍;读数精度值为0.0005 mm。

2 测量方法
调整万能工具显微镜两端顶针的距离,将试样放在中间位置,使顶针正对试样两个端面的中心孔部位。

调整物镜与试样的焦距,使试样处在目镜的视野中,并达到清晰、明亮、均匀的状态。
由于试样较大,平行长度≥60 mm,因此要分左、右两部分进行测量,才能测量得精确、合理。

测量试样左端部位锥度的方法如下:

观察目镜中的米字线,见图3,使米字线中的中心线与试样影像进行瞄准定位,保证中心线与试样的平行长度相重合。同时还要保证中心线与试样的轴线平行,且不可歪斜。
 
图3 目镜中米字线的中心线与试样左端平行长度重合的示意图
 
旋转测微目镜的读数手轮,使中心线与试样斜面重合,直至米字线呈现出略有倾斜的状态,见图4。此时观测读数显微镜便可显示试样平行长度左侧部位的锥度数值。

测量试样右端部位锥度的方法与测量左端部位锥度的方法相同。
 
图4 中心线与斜面重合示意图

 利用万能工具显微镜-投影法测量圆形拉伸试样平行长度的锥度,操作简便,具有可行性。实际应用证明该方法测量的数值真实、准确、可靠。通过该方法有效控制了试样的加工精度,保证了试样尺寸符合ASTM标准的要求。同时,也为保证准确测试强度指标和塑性指标打下了良好的基础。另外,这种方法发挥了老设备的作用,降低了生产成本,保证了生产质量。

 

下面我们再来聊聊钢管的拉伸试验:

 

对于中小口径的钢管 拉伸机可以夹的,一搬采用整管拉伸,对于口径大的钢管 我们一搬采用切片的方法进行拉伸试验,切片如下图:

拉伸试验的方法一定是按照产品类型而决定,在有效长度内,小直径钢管、薄壁钢管试样末端被压扁,然后进行拉伸;大直径钢管在夹持部分塞入塞头,以免钢管在测试过程中被压扁,采用大型钢管的标准化试样,直接从钢管壁上制取,试样(纵向取样)可能显示的测试结果包含钢管半径曲线的影响是可能的,对于可靠性、在失效之前 - 这中带弧形试样的测试应采用合适的补偿方式,可以将夹持部分压平等。试验力从500 N至2500 kN的材料试验机,及合适的夹具工装。

不锈钢管的拉伸试验:

对于不锈钢成品分析和拉伸试验的同一批不锈钢管应由任意同一炉钢制造的具有相同尺寸和壁厚的不锈钢钢管组成,每一规格尺寸小于DN150的不锈钢管,每批次不大于400根及其余数为一批;每一个规格尺寸大于等于DN150的不锈钢管,每批次不大于200根及其余数为一批。对于弯曲试验,由一批不锈钢管应由任一批同一炉钢制造的具有相同尺寸和壁厚的不锈钢管组成,每一规格尺寸的不锈钢管,每批次不大于400根及其余数为一批。对于压扁试验,一批不锈钢钢管应由同一炉制造的具有相同尺寸和壁厚的不锈钢管组成;没一个规格尺寸大于DN50但小于DN150的不锈钢管,每批次不大于400根及其余数为一批;每一规格尺寸大于等于DN150的不锈钢管,每批次不大于200根激情余数为一批。

  在不锈钢管生产标准中规定的拉伸试验要求,应从每一批不锈钢钢管抽取一根做试验确定,对于小于等于DN50的不锈钢管,标准中规定的弯曲试验应从每一批不锈钢管抽取一根做试验确定。用于标准要求的弯曲试验应从每批不锈钢管中抽取5%在一端上做出。当一批不锈钢管的数量较少时,至少应对每一根钢管进行试验,若任一试验有机加工缺陷或产生裂纹,则应予以报废,且以另一根试样作替换。

  若任一拉伸试样的伸长率小于表中规定值,且其拉断后的断口距50mm的标距间的中点大于19mm,即试验前在试样表面的标距范围内划有划线,则应允许复式,若试样由于内表面或外表面的裂纹扩展而断裂时,则应允许复式。对大于或等于DN200的钢管拉伸试样,可沿纵向也可沿横向切制;对于小于DN200的不锈钢管应只用纵向试验。当圆形拉伸试样被用于壁厚大于25.4mm的不锈钢管时,如此做试验用的试样的纵向上的长度中距应位于不锈钢管的内、外表面的中间位置。应从不锈钢钢管中切下几截作为第11节规定的弯曲试验试样,以及压扁试验试样。压扁试验试样除用料头制取者外,两端应平整且无毛刺。


钢管拉伸试验首要有以下步调:

(一)用刻线机在原始标距规模内刻划圆周线,将标距内分为等长的10格。用游标卡尺在试件原始标距内的两头及中心处两个彼此垂直的标的目的上各测一次直径,取其算术平均值作为该处截面的直径,然后选用三处截面直径的最小值来计较试件的原始截面面积;

(二)按照管的拉伸强度和原始标本截面积估量的最高负荷,设置装备摆设响应的摆锤,选择合适的测力度盘;

(三)起头试机,使表上升约10mm,为了消弭重量板凳系统的影响。倡议旨在调整指针为零,自动驱动的指针和指针挨近,调整主动画图设备;

(四)先将钢管样品装夹在上夹头内,再将下夹头移动到合适的夹持位置,最后夹紧试件下端;

(五)开动试验机,预加少量载荷(载荷对应的应力不克不及跨越钢管材料的比例极限),然后卸载到零,以查抄试验机工作是否正常;

(六)启动试验机,加载迟缓而平均地扭转细心不雅察指针和筹谋力测量画图设备的图形。注重捕捉的屈就载荷值,计较其屈就点应力的记实。在屈就阶段,加载速度可以更快。将达到最高,遵守“缩颈”的现象。试样断裂当即遏制,记实的最大负荷值;

(七)取下钢管拉伸标本、记实纸;

(八)用游标卡尺测量断后标距及缩颈处最小直径。

钢管拉伸完效果如下图:

拉伸试验试样.jpg

此图为实心圆钢拉伸效果,钢管的拉伸效果类似。

以上文字根据网络内容改写,语言组织上面有点紊乱,但是大体能说明意思,希望读者不要太在意。谢谢您的理解。

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