CN103512813A - 一种热拉伸试验的试样断面收缩率的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热拉伸试验的试样断面收缩率的检测方法，特点是，通过拓印的方法检测出试样任意形状断口的横断面面积，并对原始横断面图像与热拉伸破断断口图像进行同时扫描，并将所得图像照片输入计算机。得到各个温度下的断口面积的相对值S₁ 、S₂和S₀，以此面积相对试样原始横断面面积的减少再与试样原始横断面面积的比值，代入公式

，得到断面收缩率值。本发明的有益效果在于正确检测试样任意形状断口的横断断口面积，有效地减少了采用近似或估算的方法计算具有不规则形状断口试样横断面面积而导致的误差，从而使断面收缩率值更接近实际值，对连铸过程铸坯裂纹的产生与否作出更精确的判断。

Description

一种热拉伸试验的试样断面收缩率的检测方法

技术领域

本发明涉及一种在金属材料高温拉伸试验中检测试样破断后的断面收缩率的方法，具体涉及一种热拉伸试验的试样断面收缩率的检测方法。

背景技术

铸坯在凝固过程中，从结晶器弯月面坯壳的凝固温度冷却到切割处铸坯温度，其塑性和强度经历三个温度区：熔点脆化区，延性区，第二脆化区。铸坯从上向下运动过程中，当外力综合作用超过了钢的高温临界强度、临界变形，铸坯就会产生裂纹，因此，找出塑性和强度的三个温度区至关重要。

目前，研究铸坯在连铸过程中的塑性和强度性能，普遍采用热模拟试验机将试样加热到高温区，保温一段时间，然后降到某一温度进行热拉伸，直至拉断，最后检测出拉断后试样的横断面面积，从而得出断面收缩率。专利号为CN200620045221.1的“圆形试样断后伸长率和断面收缩率的快速测量装置”和专利号为CN200820020540.6的“试样延伸率和断面收缩率测量的辅助装夹装置”所采用的断面收缩率检测方法只适用于断口为圆形的情况。对于横断面形状规则的断口，如圆形或椭圆形，可以通过游标卡尺测量直径或长短轴长度，然后根据圆形或椭圆形的面积计算公式得出其面积，然而，模拟连铸过程，试样需在较高温度条件下被拉断，由于试样的不均匀性，很容易使其在拉伸过程中的流动性不均，导致异形断口，对于断口形状不规则的试样，就难于得到准确的横断面面积值，硅钢产品发生这种异形断口的现象尤为明显。在这种情况下，往往采用近似或者估算的方法进行检测，在进行断面收缩率的计算时，这必然会导致较大的人为误差，使测量数据不准确，严重时会导致对连铸坯产生裂纹与否的错误判断。

发明内容

本发明目的在于提出一种热拉伸试验的试样断面收缩率的检测方法，该方法通过拓印的方法检测出试样任意形状断口的横断面面积，以此面积相对试样原始横断面面积的减少再与试样原始横断面面积的比值，得到试样断面收缩率，有效地减少了采用近似或估算的方法在检测具有不规则形状断口试样横断面面积的误差，从而使断面收缩率的检测更准确。

本发明方法包括以下步骤：

1、断口形状的获取

通过拓印的方法获取热拉伸试验中的试样断口。

为了避免误差，分别将破断为两段的热拉伸试样垂直拓印面且断口朝向拓印面，然后，在相对于断口的一端在竖直方向上施加一定的按压力，直至断口的边缘完全拓印在拓印面上。拓印过程中，要避免产生除断口之外的污渍。按此拓印方法，依次拓印在其它各个温度下破断试样的断口，最后在断口的旁边对应地标定试样在各个温度下拉伸破断的温度值。同时试样原始态的横断面应用同样的方法获取。

2、断口形状采集

将步骤1中拓印好的试样断口拓印面置于水平，然后，应用高分辨率数码相机或扫描仪采集步骤1中的拓印图像，若用数码相机采集，在采集过程中保持数码相机的聚焦方向垂直于拓印面，并将所得图像照片输入计算机。

3、断面拓印面的处理

对于断口横断面是规则图形的断口，可以按照规则图形的面积计算公式进行计算。

如图1、图2中的常规断口分别为圆形或椭圆形，其面积可以通过测量圆的直径以及椭圆的长、短轴，按照相应的圆形（

）或椭圆形（

）的面积计算公式计算。将所得的面积值与试样原始横断面面积值之差的绝对值除以原始横断面面积值，就得到了断面收缩率。

但对于断口横断面是不规则图形的断口，如图3所示。对步骤2中采集得到的图像进行如下处理。

若设试样破断后的两段试样的横断面面积分别为S₁和S₂，取平均值，则

$\stackrel{\¯}{S}=\frac{S_1+S_2}{2}---\left(1\right)$

即试样拉伸断裂后的横断面面积为

，若设试样原始横断面面积为S₀，同理，断面收缩率可以按照如下公式计算：

破断后的两段试样的横断面面积的计算方法如下：

将步骤2中采集的图像细分为n行，每行宽度设为b, 之后逐行扫描图像得到图形轮廓线上相对两点间的距离l，之后采用如下公式进行面积计算：

$S={\displaystyle \underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{l}_i}\×b_i---\left(3\right)$

其中，l_i、b_i分别为分段矩形的长和宽；

对原始横断面图像与热拉伸破断断口图像进行同时扫描，两图像被划分相同的行数，应用同样的公式（3）计算面积，因此，不需确定标尺操作。

根据上述方法得到各个温度下的断口面积的相对值S₁ 、S₂和试样原始横断面面积的相对值S₀，代入上述公式（2）即可得到断面收缩率值。

本发明的特征在于，通过拓印的方法获取热拉伸试验中的试样断口，该方法可以减小检测误差，尤其对于试样变形不均匀导致的异形断口，使不规则断口的面积检测成为可能，且所得到的结果更接近实际值。对破断后的两段试样断口进行断面面积计算时取平均值，可以进一步提高检测精度。此外，对原始横断面图像与热拉伸破断断口图像进行同时处理，不必考虑在图片中加注标尺这样的繁杂操作，只需计算断口面积的相对值，就可计算出断面收缩率，使操作简单、快捷。

本发明的有益效果在于通过检测试样任意形状断口的横断面，得到试样断口面积，进而得到试样在拉伸前后面积的减少值，该值与试样原始横断面面积的比值为断面收缩率，该检测方法有效地减少了采用近似或估算的方法计算具有不规则形状断口试样横断面面积而导致的误差，从而使断面收缩率值更接近实际值，在连铸过程中，对铸坯裂纹的产生与否作出更精确的判断。

附图说明

图1为拉伸破断后的断口为圆形时的拓印示意图；

图2为拉伸破断后的断口为椭圆形时的拓印示意图。

图3为拉伸破断后的断口为不规则图形时的拓印示意图；

图4为处理拉伸破断断口为不规则形状的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明。

1、断口形状的获取

通过拓印的方法获取热拉伸试验中的试样断口。

为了避免误差，分别将破断为两段的热拉伸试样垂直拓印面且断口朝向拓印面，然后，在相对于断口的一端在竖直方向上施加一定的按压力，直至断口的边缘完全拓印在拓印面上。拓印过程中，要避免产生除断口之外的污渍。按此拓印方法，依次拓印在其它各个温度下破断试样的断口，最后在断口的旁边对应地标定试样在各个温度下拉伸破断的温度值。同时试样原始态的横断面应用同样的方法获取。

2、断口形状采集

将步骤1中拓印好的试样断口拓印面置于水平，然后，应用高分辨率数码相机或扫描仪采集步骤1中的拓印图像，若用数码相机采集，在采集过程中保持数码相机的聚焦方向垂直于拓印面，并将所得图像照片输入计算机。

3、断面拓印面的处理

对于断口横断面是规则图形的断口，可以按照规则图形的面积计算公式进行计算。

如图1、图2中的常规断口分别为圆形或椭圆形，其面积可以通过测量圆的直径以及椭圆的长、短轴，按照相应的圆形（

）或椭圆形（）的面积计算公式计算。将所得的面积值与试样原始横断面面积值之差的绝对值除以原始横断面面积值，就得到了断面收缩率。

但对于断口横断面是不规则图形的断口，如图3所示。对步骤2中采集得到的图像进行如下处理。

若设试样破断后的两段试样的横断面面积分别为S₁和S₂，取平均值，则

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{S_1+S_2}{2}---\left(1\right)$

即试样拉伸断裂后的横断面面积为

，若设试样原始横断面面积为S₀，则断面收缩率可以按照如下公式计算：

破断后的两段试样的横断面面积的计算方法如下：

将步骤2中采集的图像细分为n行，每行宽度设为b, 之后逐行扫描图像得到图形轮廓线上相对两点间的距离l，之后采用如下公式进行面积计算：

$S={\displaystyle \underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{l}_i}\×b_i---\left(3\right)$

对原始横断面图像与热拉伸破断断口图像进行同时扫描，两图像被划分相同的行数，应用同样的公式（3）计算面积，因此，不需确定标尺操作。

根据上述方法得到各个温度下的断口面积的相对值S₁ 、S₂和试样原始横断面面积的相对值S₀，代入上述公式（2）即可得到断面收缩率值。

其中，l_i、b_i分别为分段矩形的长和宽；

下面介绍本发明的几个最佳实施例

检测热拉伸试验中试样断口面积，采用本发明的方法具体如下。

1.断口形状的获取

选择某成分钢样进行热拉伸实验，在一个拉伸温度下重复实验三次，分别将破断的试样按照次序排列。然后，分别将破断为两段的热拉伸试样断口蘸满墨水，且处于垂直白纸方向，在相对于断口的另一端竖直方向上施加1千克的压力，直至断口的边缘完全拓印到拓印面上。按此拓印方法，依次拓印各个拉伸温度下破断试样的断口，最后在断口的旁边对应地标定拉伸破断的温度值。同时，试样原始态的横断面应用同样的方法获取。

2.断口形状采集

将步骤1中拓印好试样断口的纸面置于水平，然后，应用高分辨率扫描仪采集步骤1中的拓印图像（若采用数码相机，则在采集过程中保持数码相机的聚焦方向垂直于拓印面），并将所得图像照片输入计算机。

3断面拓印面的处理

对步骤2中采集得到的图像进行编号。应用QuantLab-MG金相图像分析系统软件中的“金属材料金相检测分析”部分“铁素体奥氏体型双相不锈钢a-相面积含量金相测定分析工具对步骤2中采集的图像进行分析、计算（不需确定标尺），得到拉伸温度下试样破断后的两段试样的断口面积相对值和试样原始态的横断面面积的相对值S₀，按公式（1）分别计算试样破断后的两段试样的横断面面积平均值

，将

、S₀代入公式（2）即可得到断面收缩率值。

由于数据量较大，可将所分析、计算（不需确定标尺）的数据导入到EXCEL表格中，应用断面收缩率计算公式计算出试样的断面收缩率值，将所得的数据列于表中。

采用本发明对两个钢种热拉伸实验的试样断口面积以及相应断面收缩率的检测。其中，表1为硅钢的拉伸实验检测数据，表2为桥梁用钢的拉伸实验检测数据。

实施例1

表1

实施例2

表2

Claims (1)

1.一种热拉伸试验的试样断面收缩率的检测方法，其特征在于，通过拓印的方法检测出试样任意形状断口的横断面面积，以此面积相对试样原始横断面面积的减少再与试样原始横断面面积的比值，得到试样断面收缩率，具体步骤如下：

1）断口形状的获取

通过拓印的方法获取热拉伸试验中的试样断口；

分别将破断为两段的热拉伸试样垂直拓印面且断口朝向拓印面，然后，在相对于断口的一端在竖直方向上施加一定的按压力，直至断口的边缘完全拓印在拓印面上；并依次拓印在其它各个温度下破断试样的断口，最后在断口的旁边对应地标定试样在各个温度下拉伸破断的温度值，同时试样原始态的横断面应用同样的方法获取；

2）断口形状采集

将步骤1中拓印好的试样断口拓印面置于水平，然后，应用高分辨率数码相机或扫描仪采集步骤1中的拓印图像，若用数码相机采集，在采集过程中保持数码相机的聚焦方向垂直于拓印面，并将所得图像照片输入计算机；

3）断面拓印面的处理

对于断口横断面是规则图形的断口，可以按照规则图形的面积计算公式进行计算，圆形（

）或椭圆形（

）的面积计算公式计算，将所得的面积值与试样原始横断面面积值之差的绝对值除以原始横断面面积值，就得到了断面收缩率；

对于断口横断面是不规则图形的断口，对步骤2中采集得到的图像进行如下处理，

若设试样破断后的两段试样的横断面面积分别为S₁和S₂，取平均值，则

$\stackrel{\¯}{S}=\frac{S_1+S_2}{2}---\left(1\right)$

即试样拉伸断裂后的横断面面积为

，若设试样原始横断面面积为S₀，则断面收缩率可以按照如下公式计算：

破断后的两段试样的横断面面积按照如下方法计算：

将步骤2中采集的图像细分为n行，每行宽度设为b, 之后逐行扫描图像得到图形轮廓线上相对两点间的距离l，之后采用如下公式进行面积计算：

$S={\displaystyle \underset{i=1}{\overset{n}{\∑}}{l}_i}\×b_i---\left(3\right)$

其中，l_i、b_i分别为分段矩形的长和宽；

对原始横断面图像与热拉伸破断断口图像进行同时扫描，两图像被划分相同的行数，应用同样的公式（3）计算面积S₀；

由此得出试样破断后的两段试样的横断面面积S₁和S₂，代入公式（2），即可得到断面收缩率；

根据上述方法得到各个温度下的断口面积的相对值S₁ 、S₂及原始横断面面积为S₀，代入上述公式（2）即可得到试样在不同拉伸温度下，破断后的断面收缩率值。

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