分享：對(duì)鋼板拉伸試驗(yàn)檢測(cè)精度影響因素的分析

梁燕燕,彭曉楓

(寶鋼湛江鋼鐵有限公司 制造管理部,湛江 ５２４０７２)

摘 要:針對(duì)某新建全流程現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)檢化驗(yàn)中心成品物理試驗(yàn)室拉伸試驗(yàn)當(dāng)前運(yùn)行的實(shí)際情況,從人員、機(jī)器、原料、方法、環(huán)境等５個(gè)方面重點(diǎn)分析了該物理試驗(yàn)室從接收拉伸樣坯到試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送的全過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)精度有影響的因素.結(jié)果表明:操作人員、設(shè)備、材料、檢測(cè)方法、試驗(yàn)條件等均對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性存在不同程度的影響.針對(duì)這些影響,提出了改進(jìn)建議,以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性.

關(guān)鍵詞:拉伸試驗(yàn);鋼板;檢測(cè)精度;影響因素

金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)是檢測(cè)和評(píng)定金屬材料產(chǎn)品質(zhì)量的一種重要方法,其中拉伸試驗(yàn)是目前最重要的方法之一,拉伸試驗(yàn)從取樣到檢測(cè)整個(gè)過(guò)程會(huì)受到很多因素的影響[１Ｇ２].目前某新建鋼鐵公司檢化驗(yàn)中心的成品物理試驗(yàn)室對(duì)冷軋產(chǎn)品采用全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè),對(duì)熱軋產(chǎn)品則采用半自動(dòng)拉伸機(jī)進(jìn)行檢測(cè).由于是新建的試驗(yàn)室,該試驗(yàn)室在初始運(yùn)行階段由于管理和操作人員經(jīng)驗(yàn)不足以及試驗(yàn)設(shè)備都是新的,難免會(huì)產(chǎn)生各種操作和質(zhì)量管理上的問(wèn)題,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性存在許多不確定的影響.針 對(duì) 這 種 情 況,筆 者 從 人 員 (人)、機(jī) 器(機(jī))、原料(料)、方法(法)、環(huán)境(環(huán))等５個(gè)方面對(duì)

影響拉伸試驗(yàn)精度的因素進(jìn)行了分析,并提出了改進(jìn)建議,以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性.

１ 拉伸試驗(yàn)精度的影響因素分析

在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中影響拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素非常多,試驗(yàn) 過(guò) 程 中 所 反 映 的 各 項(xiàng) 拉 伸 性 能 數(shù) 據(jù)取決于材料 內(nèi) 在 因 素 和 外 部 試 驗(yàn) 條 件,是 整 個(gè) 試驗(yàn)工作結(jié)果的綜合反映.內(nèi)在因素是指材料的化學(xué)成分、軋制控制狀況、熱處理狀態(tài)、顯微組織、晶粒尺寸等.外 部 條 件 是 指 試 樣 取 樣 部 位、取 樣 方向、試樣加工形狀尺寸精度和表面粗糙度、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)機(jī) 剛 度、試 驗(yàn) 設(shè) 備 的 精 度、試 驗(yàn) 軟 件 的 準(zhǔn)確性、試樣 測(cè) 量、試 樣 裝 夾 對(duì) 中 狀 況、試 驗(yàn) 加 載 速率,包括試 驗(yàn) 人 員 的 操 作 技 能 水 平 等.當(dāng) 內(nèi) 在 因素一定時(shí),鋼 板 的 拉 伸 性 能 結(jié) 果 就 隨 外 部 試 驗(yàn) 條件的變化而發(fā)生改變.

圖１是某新建鋼鐵公司檢化驗(yàn)中心成品物理試驗(yàn)室拉伸試驗(yàn)的全流程圖,以下將對(duì)整個(gè)過(guò)程中影響試驗(yàn)精度的關(guān)鍵步驟逐項(xiàng)進(jìn)行分析.

１．１ 試驗(yàn)人員的影響

從整個(gè)拉伸試驗(yàn)流程分析,試驗(yàn)人員的綜合技能在試驗(yàn)過(guò)程中顯得尤為重要.首先是要能夠準(zhǔn)確判斷或識(shí)別鋼板的取樣方向,不同方向取的試樣其性能有所差異,橫向取樣、縱向取樣、４５°取樣后的試驗(yàn)結(jié)果是不同的.剪切好目標(biāo)尺寸的樣坯后需用銑床進(jìn)行加工,要確保去除試樣的剪切影響區(qū),保證試樣的平行部分長(zhǎng)度、標(biāo)距、寬度符合要求.要對(duì)加工后的試樣關(guān)鍵尺寸進(jìn)行人工檢驗(yàn),試樣尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接影響試驗(yàn)結(jié)果.冷軋鋼板拉伸試驗(yàn)時(shí),全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)要對(duì)不同斷后標(biāo)距的試樣進(jìn)行檢測(cè),操作人員需要設(shè)定相關(guān)的試驗(yàn)程序,并且要根據(jù)試驗(yàn)要求輸入相關(guān)參數(shù),若輸入有誤則試驗(yàn)結(jié)果肯定出錯(cuò).熱軋鋼板拉伸試驗(yàn)需要人工測(cè)量試樣的斷后標(biāo)距,最后才能求出其斷后伸長(zhǎng)率,在測(cè)量過(guò)程中游標(biāo)卡尺若使用不當(dāng)也將引入誤差.

在 GB/T２２８．１－２０１０«金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第１部分:室溫試驗(yàn)方法»中有兩種拉伸速率控制方式,即應(yīng)變速率控制方式(方法 A)和應(yīng)力速率控制方式(方法 B).標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有規(guī)定必須采用哪種方式,方法是指導(dǎo)性的,具體執(zhí)行還需要試驗(yàn)人員根據(jù)被檢測(cè)材料的特性、試驗(yàn)機(jī)的能力、試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平來(lái)選擇,但這也可能對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來(lái)影響.

總而言之,人為因素會(huì)直接影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度,所以對(duì)試驗(yàn)人員的操作技能要求很高,特別是類(lèi)似新建鋼廠的試驗(yàn)人員,更需要抓緊時(shí)間進(jìn)行培訓(xùn)和考核.

１．２ 試驗(yàn)設(shè)備的影響

拉伸試驗(yàn)需要使用到的設(shè)備有游標(biāo)卡尺和拉伸試驗(yàn)機(jī)等,其準(zhǔn)確度必須要達(dá)到測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)要求,所以相關(guān)的儀器設(shè)備、計(jì)量器具必須通過(guò)具有資質(zhì)的第三方計(jì)量檢測(cè)部門(mén)計(jì)量合格后才可使用.除了計(jì)量檢定外,在試驗(yàn)室運(yùn)行中對(duì)拉伸試驗(yàn)機(jī)平時(shí)的精度管理也非常必要,也就是統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC),即每天用性能相對(duì)均勻且無(wú)時(shí)效的試樣用試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)(B 管理),對(duì)試樣檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析,能有效地控制試驗(yàn)機(jī)的精度.當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常時(shí)要及時(shí)對(duì)儀器狀態(tài)進(jìn)行檢查,快速找出原因并進(jìn)行分析糾正,確保后續(xù)試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.同時(shí)還要開(kāi)展對(duì)試驗(yàn)機(jī)精度設(shè)施的管理管控(A 管理),即每個(gè)班次對(duì)相同條件的試樣進(jìn)行檢測(cè),分析數(shù)據(jù)的重復(fù)性和再現(xiàn)性.若 A、B管理異常,則要及時(shí)停止試驗(yàn),聯(lián)系技術(shù)人員進(jìn)行原因分析,以便試驗(yàn)機(jī)能夠在保證測(cè)試質(zhì)量的前提下投入使用.

物理試驗(yàn)室選用了幾個(gè)不同設(shè)備制造廠的拉伸試驗(yàn)機(jī),不同試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果也存在一定差異.另外還要注重對(duì)試驗(yàn)軟件的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估.一般情況下,國(guó)內(nèi)對(duì)拉伸試驗(yàn)機(jī)性能的計(jì)量檢定基本上只是對(duì)試驗(yàn)機(jī)測(cè)力機(jī)構(gòu)和變形測(cè)量系統(tǒng)的計(jì)量檢定為主,沒(méi)有對(duì)各個(gè)試驗(yàn)機(jī)廠自行編制的試驗(yàn)軟件的邏輯是否正確可靠進(jìn)行檢定,由于尺度和標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一,對(duì)試驗(yàn)軟件的評(píng)定確實(shí)存在許多困難,缺乏有效的判斷手段.隨著以軟件為主導(dǎo)的控制技術(shù)逐漸成為 測(cè) 試 技 術(shù) 發(fā) 展 的 主 流,我 國(guó) 已 經(jīng) 頒 布 了JJF１１０３－２００３«萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)評(píng)定»,建議試驗(yàn)室結(jié)合自身實(shí)際開(kāi)展對(duì)試驗(yàn)軟件的評(píng)定工作,通過(guò)試驗(yàn)室之間的比對(duì),來(lái)檢驗(yàn)試驗(yàn)軟件的準(zhǔn)確性和可靠性,以保證測(cè)試質(zhì)量,避免發(fā)生低級(jí)錯(cuò)誤[３].

１．３ 材料本身的影響

鋼材本身化學(xué)成分的不同是導(dǎo)致其拉伸性能出現(xiàn)差異的主要因素.碳含量越高,拉伸強(qiáng)度就越高;反之,則強(qiáng)度越低.鋼板的生產(chǎn)和熱處理工藝也會(huì)對(duì)鋼板的力學(xué)性能產(chǎn)生影響.在試驗(yàn)過(guò)程中如發(fā)生同爐號(hào)鋼板在相鄰位置取樣時(shí)其試驗(yàn)性能存在很大差異的情況,原因要么是試樣在加工和試驗(yàn)過(guò)程中不規(guī)范的影響因素多,要么是材料內(nèi)部本身不均勻.如碰到這種情況,試驗(yàn)室需要重新取樣進(jìn)行試驗(yàn),若數(shù)據(jù)差異不大則說(shuō)明是加工試驗(yàn)精度誤差引起的;若數(shù)據(jù)仍然差異很大則說(shuō)明是鋼板本身性能不穩(wěn)定.

１．４ 夾持法的影響

冷軋產(chǎn)品采用全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),其試樣夾持對(duì)中相對(duì)有保證.熱軋板試驗(yàn)采用半自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī),在試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)人員會(huì)采用手動(dòng)夾持的方法對(duì)其進(jìn)行操作,如果出現(xiàn)夾持試樣操作不當(dāng)或者試樣夾持位置偏移軸線中心的情況,試驗(yàn)結(jié)果肯定會(huì)產(chǎn)生一定的誤差.拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量避免試樣夾持不對(duì)中情況的發(fā)生,可以在設(shè)備上安裝輔助對(duì)中裝置,一是可以減少偏心力的產(chǎn)生,二是確保有良好的試樣斷裂位置,提高斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試的準(zhǔn)確性.

冷軋產(chǎn)品試驗(yàn)雖然使用的是全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī),但也要對(duì) 夾 具 定 時(shí) 進(jìn) 行 維 護(hù),確 保 夾 持 位 置 不 偏移[４Ｇ６].

１．５ 試驗(yàn)溫度的影響

試驗(yàn)溫度是影響材料力學(xué)性能的一個(gè)重要因素.一般金屬材料的抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的不斷升高而下降.所以在加工試樣時(shí)要用乳化液不間斷降溫,加工完畢后還要對(duì)試樣進(jìn)行吹掃降溫.同時(shí),控制拉伸試驗(yàn)室內(nèi)的溫度也尤為重要,一般要控制在１８~３５ ℃,要求高的試驗(yàn)應(yīng)在(２３±５)℃的環(huán)境下進(jìn)行.若溫度不在范圍內(nèi)則要停止試驗(yàn),然后對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)處理.

２ 對(duì)執(zhí)行現(xiàn)行拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果誤差的分析GB/T２２８．１－２０１０中的附錄 F雖然是資料性

附錄,但試驗(yàn)機(jī)剛度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果肯定存在影響.試驗(yàn)機(jī)的剛度與試驗(yàn)機(jī)主機(jī)架、負(fù)荷、試樣夾具(夾塊齒型、磨損程度、潤(rùn)滑等)、試樣材料、試樣尺寸等都相關(guān).試驗(yàn)機(jī)的剛度是變量,較為復(fù)雜,在實(shí)際操作中如何去準(zhǔn)確判定和修正確實(shí)比較困難[７Ｇ８].GB/T２２８．１－２０１０中對(duì)拉伸試樣加工沒(méi)有標(biāo)注粗糙度的要求,這對(duì)試驗(yàn)室管理和認(rèn)證以及不同試驗(yàn)室的比對(duì)試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生許多不確定的影響.

GB/T２２８．１－２０１０中對(duì)矩形橫截面試樣斷裂后最小橫截面積的測(cè)量位置缺乏規(guī)定,會(huì)影響斷面收縮率測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)一性.

３ 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)室拉伸試驗(yàn)檢測(cè)精度影響因素的分析可見(jiàn),試驗(yàn)人員、試驗(yàn)設(shè)備、試樣材料、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性都存在不同程度的影響.試驗(yàn)室要制定正確的試驗(yàn)規(guī)程,嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)規(guī)范,對(duì)影響試驗(yàn)精度的因素提出切實(shí)有效的解決措施.新建試驗(yàn)室可以通過(guò)一系列的改進(jìn)措施來(lái)不斷提高試驗(yàn)人員的技術(shù)操作水平,以確保試驗(yàn)室的測(cè)試質(zhì)量和測(cè)試周期.