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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2022-10-28 05:32
依據(jù)GB/T 228.1—2010 《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》的要求及鋼索結(jié)構(gòu)的特殊性，在測(cè)試鋼索的拉伸性能時(shí)，應(yīng)在測(cè)試其破斷拉力的拉伸過(guò)程中，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地測(cè)試鋼索的斷后伸長(zhǎng)率，并配置專用試驗(yàn)機(jī)、專用工裝和檢測(cè)軟件進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有試驗(yàn)條件可以開展破斷拉力測(cè)試，但不具備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)試能力，因此一直未開展該項(xiàng)測(cè)試。為滿足生產(chǎn)部門的測(cè)試需求，來(lái)自中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司產(chǎn)檢中心的于湃、劉天釗、劉俊博等研究人員研究了帶接頭鋼索鋼絲繩斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試的新方法，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備和測(cè)試條件實(shí)現(xiàn)了鋼索斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)試，獲得了準(zhǔn)確可靠的鋼索力學(xué)性能數(shù)據(jù)。
1 試驗(yàn)材料及設(shè)備
1.1 試驗(yàn)材料
采用入廠復(fù)驗(yàn)0Cr18Ni9鋼帶接頭的鋼索鋼絲繩，將鋼索外部的鎧裝銅絲脫去，取軸心部分進(jìn)行試驗(yàn)，鋼索鋼絲繩的力學(xué)性能應(yīng)符合企業(yè)要求，其破斷拉力應(yīng)大于9000N，斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)小于1.0%，鋼索結(jié)構(gòu)及軸心橫截面如圖1所示。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)選用能夠自動(dòng)采集測(cè)試數(shù)據(jù)的電子拉力試驗(yàn)機(jī)，其負(fù)荷精度為±0.5%，應(yīng)變測(cè)試精度為±0.5%，采集間隔為0.5ms，設(shè)備能夠自動(dòng)繪制試驗(yàn)曲線和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其夾具能使試樣正確地承受負(fù)荷，并保證其同心度滿足GB/T 228.1—2010的要求，且試樣上產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)變不超過(guò)軸向應(yīng)變的15%，引伸計(jì)選用大量程全自動(dòng)測(cè)試，量程為1000mm。
2 新測(cè)試方法
依據(jù)GB/T 228.1—2010，利用設(shè)備自帶軟件提前編寫試驗(yàn)程序，使試驗(yàn)機(jī)按要求進(jìn)行加載、保載、卸載等一系列連續(xù)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可以切換到手動(dòng)控制完成斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)試。完成斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試之后，繼續(xù)不間斷地以恒定的試驗(yàn)速率持續(xù)加載，直到試樣斷裂，以得到試樣的破斷拉力。
2.1 專用工裝
鋼索由外面的鎧裝不銹鋼絲和銅絲包裹，里面由多股細(xì)絲組成，因此試驗(yàn)時(shí)無(wú)法采用螺紋連接方式對(duì)其進(jìn)行裝夾。采用液壓式楔形夾持方式進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的結(jié)果顯示：當(dāng)液壓壓力過(guò)大時(shí)，試樣端部易被夾扁而產(chǎn)生應(yīng)力集中，并且?jiàn)A持端單股細(xì)絲出現(xiàn)了連續(xù)的過(guò)早斷裂，使試樣不斷振動(dòng)，無(wú)法實(shí)施斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試；當(dāng)液壓壓力過(guò)小時(shí)，試樣因夾持不牢而出現(xiàn)打滑或拉脫，無(wú)法判斷試樣的斷裂位置。采用小載荷平板夾持方式，則無(wú)法夾緊試樣，因此現(xiàn)有的試驗(yàn)裝夾方式均不適合鋼索斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)試，必須研制出專用工裝，才能做到既將試樣夾持牢固，又不損傷試樣，從而保證試驗(yàn)有效。
根據(jù)鋼索結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出兩種工裝，第一種工裝采用圓盤纏繞+凸輪鎖緊方式，其連接拉伸過(guò)程如圖2所示。由圖2可知，這種工裝夾持牢固，不易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，為避免夾持時(shí)因應(yīng)力集中而使試樣在非平行段位置斷裂，故將其設(shè)計(jì)成上、下夾具經(jīng)圓盤纏繞和凸輪鎖緊，但夾持部分需要一定的長(zhǎng)度，因此該工裝夾具僅適合長(zhǎng)試樣的拉伸試驗(yàn)，無(wú)法完成長(zhǎng)度在1000mm以下短試樣的斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試。
第二種工裝采用組合式的鎖緊方式，即將工裝設(shè)計(jì)成帶2塊有V型槽口的組合夾塊，采用螺栓和螺帽連接的方式使試樣夾持部分均勻受力并牢固鎖緊(見(jiàn)圖3)。采用該工裝夾具進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試樣不易出現(xiàn)打滑，避免了應(yīng)力集中，試樣在有效位置斷裂，因其平行段之外的夾持部分相對(duì)較短，故該工裝夾具適合不同長(zhǎng)度試樣的測(cè)試。此外，該工裝夾具還具備加工簡(jiǎn)單、方便操作的優(yōu)點(diǎn)，因此，此次試驗(yàn)采用第二種工裝夾具。
2.2 應(yīng)變速率
試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)變速率對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響，即抗拉強(qiáng)度隨著應(yīng)變速率的增大而減小，靜態(tài)斷后伸長(zhǎng)率隨著應(yīng)變速率的增大而增大。因?yàn)橹皼](méi)有開展過(guò)鋼索動(dòng)態(tài)斷后伸長(zhǎng)率的測(cè)試，所以有必要分析應(yīng)變速率對(duì)試樣破斷拉力和動(dòng)態(tài)斷后伸長(zhǎng)率的影響，才能制定合理的試驗(yàn)應(yīng)變速率。依據(jù)GB/T 228.1—2010，塑性范圍內(nèi)試樣平行長(zhǎng)度的應(yīng)變速率不應(yīng)超過(guò)0.008 s-1。不同應(yīng)變速率下斷后伸長(zhǎng)率和破斷拉力的測(cè)試結(jié)果如圖4，5所示。
從圖4可以看出：選用不同的應(yīng)變速率對(duì)試樣斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果影響不大，斷后伸長(zhǎng)率平均值基本在0.9047%上下波動(dòng)，且隨著應(yīng)變速率增大略有降低，當(dāng)應(yīng)變速率不小于0.008s-1時(shí)，試樣的斷后伸長(zhǎng)率趨于平穩(wěn)，采用0.010s-1應(yīng)變速率時(shí)，試樣出現(xiàn)過(guò)一次打滑現(xiàn)象，重新夾持后完成試驗(yàn)。
從圖5可以看出：隨著應(yīng)變速率的增大，試樣的破斷拉力呈逐步下降趨勢(shì)，當(dāng)應(yīng)變速率為0.006s-1時(shí)，曲線趨于平穩(wěn)，表明應(yīng)變速率增加到一定值時(shí)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響作用不大；應(yīng)變速率過(guò)慢會(huì)使測(cè)試效率變低，應(yīng)變速率過(guò)快試樣會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，即應(yīng)變速率過(guò)慢或過(guò)快都會(huì)影響測(cè)試的一次成功率，因此比較合理的試驗(yàn)應(yīng)變速率為0.006s-1。
2.3 標(biāo)距標(biāo)記方法
鋼索試樣在拉伸時(shí)沒(méi)有明顯的集中變形，而是整體均勻伸長(zhǎng)，因此必須保證足夠長(zhǎng)的標(biāo)距，才能真實(shí)反映出試樣的塑性指標(biāo)。試樣的總長(zhǎng)度應(yīng)不小于460mm，除去鋼索兩端夾持所需的余量外，應(yīng)保持試樣平行段長(zhǎng)度不小于200mm，以便于安裝引伸計(jì)。
鋼索由多股細(xì)絲組成，橫截面呈不規(guī)則的幾何形狀，因此常規(guī)試樣標(biāo)距的標(biāo)記方法不適用，應(yīng)探索其他方法進(jìn)行標(biāo)記。采用大量程引伸計(jì)法可直接將引伸計(jì)的標(biāo)距作為試樣標(biāo)距，無(wú)需在試樣上進(jìn)行原始標(biāo)距的標(biāo)定。因鋼索表面存在油漬，在試樣延伸過(guò)程中，引伸計(jì)夾持端不易夾緊，在引伸計(jì)跟蹤鋼索的變形位移過(guò)程中，試樣會(huì)間斷出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，故可以用丙酮或酒精擦洗試樣被夾持的部分來(lái)避免試樣打滑。因此，試樣平行段內(nèi)的標(biāo)距長(zhǎng)度選定為100mm，與生產(chǎn)廠家的要求相一致。
3 結(jié)果驗(yàn)證
3.1 結(jié)果可靠性分析
采用新測(cè)試方法在不同型號(hào)的試驗(yàn)機(jī)A，B上分別對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)速率在屈服前均為0.1mm/min，屈服后均為2mm/min，測(cè)試結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用新測(cè)試方法在不同型號(hào)試驗(yàn)機(jī)上獲得的試樣抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率結(jié)果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差均一致，表明新測(cè)試方法得到的數(shù)據(jù)可靠。
3.2 結(jié)果有效性分析
選用3個(gè)鋼索試樣進(jìn)行斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試，隨后以恒定速率持續(xù)加載試樣,直至試樣被拉斷，從而得出試樣的破斷拉力測(cè)試結(jié)果，結(jié)果顯示：3個(gè)試樣的斷后伸長(zhǎng)率均小于1.0%，破斷拉力均滿足最小破斷拉力，屬于有效試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。拉斷后試樣的宏觀形貌如圖6所示。
3.3 結(jié)果準(zhǔn)確性分析
為考察一次試驗(yàn)成功率及試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與廠家數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。取20個(gè)同爐批次入廠的復(fù)驗(yàn)余料進(jìn)行斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與廠家數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果如圖7所示。從圖7可知：試驗(yàn)的一次成功率可達(dá)100%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與廠家數(shù)據(jù)曲線的變化趨勢(shì)一致，大部分?jǐn)?shù)據(jù)相等(曲線上的點(diǎn)重合)；其中，廠家數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為6.266，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為5.989。采用F檢驗(yàn)法檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和廠家數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差是否相同，取顯著度α=5%時(shí)，兩組數(shù)據(jù)的自由度均為19，其中Fα (接受區(qū)間的上限為)1.81，F(xiàn) (廠家數(shù)據(jù)方差與試驗(yàn)數(shù)據(jù)方差的比值)為1.05，由于F<Fα，表明兩組數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方差無(wú)顯著差異,即兩組數(shù)據(jù)結(jié)果具有一致性。說(shuō)明新測(cè)試方法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)地反映出鋼索的力學(xué)性能指標(biāo)。
4 綜合分析
由上述分析結(jié)果可知，試驗(yàn)過(guò)程使用的工裝夾具、應(yīng)變速率和標(biāo)距方法是影響測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵因素。采用新測(cè)試方法在不同型號(hào)試驗(yàn)機(jī)上得到的試樣力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果一致，說(shuō)明新測(cè)試方法采用的工裝夾具、應(yīng)變速率與標(biāo)距方法符合要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與廠家數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果顯示，兩組數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差均一致，說(shuō)明二者測(cè)試水平相當(dāng)，試驗(yàn)結(jié)果互為認(rèn)證。此外,依據(jù)JJF 1059—1999 《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度評(píng)估，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(除個(gè)別異常數(shù)據(jù))均落在置信度區(qū)間95%內(nèi)，說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果精確可靠。
5 結(jié)語(yǔ)及建議
采用鋼索鋼絲繩斷后伸長(zhǎng)率的新測(cè)試方法，一次試驗(yàn)成功率達(dá)到90%以上，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，填補(bǔ)了檢測(cè)空白，達(dá)到攻關(guān)目標(biāo)。此方法不僅獲得了更加全面的力學(xué)性能指標(biāo)，而且為設(shè)計(jì)和使用部門提供了試驗(yàn)支持。該方法可直接應(yīng)用于產(chǎn)品的日?？蒲猩a(chǎn)性能測(cè)試中。
建議開展標(biāo)距為200mm和300mm的斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試，以適應(yīng)各種尺寸鋼索鋼絲繩的性能測(cè)試。
來(lái)源：理化檢驗(yàn)物理分冊(cè)
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