CN112161865A - 一种高强钢的室温拉伸试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属材料室温静载拉伸试验领域，目的是提供一种高强钢的室温拉伸试验方法。具体为：首先通过一组常规试验，初步确定滞后环起点，滞后环起点设置为高于预期开始产生屈服时的强度，低于预期规定塑性延伸强度的应力值，且滞后环下反向点为滞后环起点10％的应力值。最后通过滞后环法确定需平移的直线。本发明保证高强钢以及相似材料室温拉伸试验中规定塑性延伸强度的一致性，同时保证不同试验机构或部门获得的数据结果具有一致性和对比性。

Description

一种高强钢的室温拉伸试验方法
技术领域
本发明涉及金属材料室温静载拉伸试验领域，目的是提供一种高强钢的室温拉伸试验方法。
背景技术
根据我国21世纪中长期的科技发展要求，航空航天、交通运输、核电等国防工业领域对材料的强韧性需求越来越高，高强度高韧性是钢铁材料的发展趋势。低碳马氏体高强钢由于具有高强度和高韧性的特点，被广泛用于在一些重要行业中的承载构件上，显著提升了构件服役寿命及承载能力。
规定塑性延伸强度(俗称的屈服强度，Rp0.2)作为高强钢的重要力学性能指标之一，在工程设计和材料选型时，被直接用来衡量高强钢构件的承载能力大小。同时，屈强比(材料屈服强度和抗拉强度之比)在工程中也常作为高强钢的一个重要力学性能指标来衡量其韧脆性。因此，屈服强度的准确测量对高强钢的实际应用和结构设计具有非常重要的意义。
然而很多低碳马氏体高强钢在拉伸变形过程中无明显的屈服平台，且初始阶段加工硬化率较高，根据国标GB/T228《金属拉伸试验方法》规定，Rp规定塑性延伸强度，表征塑性延伸率等于规定的引伸计标距Le百分率时对应的应力。Rp0.2表示规定塑性延伸率为0.2％时的应力，既屈服强度。测试人员按照该国标对高强钢的屈服强度进行测量发现，该材料拉伸曲线弹性段曲率不一致，当弹性段取值范围不同时，Rp0.2取值分散性较大，导致Rp0.2并不是一个稳定值。作为高强钢一个重要力学性能指标，屈服强度测定的不确定，直接影响着高强钢在实际工程中的应用，甚至对高强钢研发人员的设计思路造成困扰。
通过本项目的发明和实施，预期可基本建立一个统一的测试方法，对高强钢的规定塑性延伸强度进行准确测量。作为高强钢一个重要力学性能指标，这一方法的确定可为高强钢在实际工程中的应用提供坚实基础，并对高强钢及相似材料进一步研究提供技术支持。并为进一步升级为国家标准做准备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在室温静载拉伸时呈现弹、塑性曲线段不明确的高强钢材料的室温拉伸试验方法，可以选取有效直线平移与试验曲线交点，确定规定塑性延伸强度。
本发明技术方案如下：
本发明提供了一种高强钢规定塑性延伸强度的室温拉伸试验方法，具体为：首先通过一组常规试验，试验依据为GB/T228.1-2010；在试验温度为25℃的条件下，利用WanceTSE504D试验机，试验速率为0.5mm/min，采用该速率拉伸至应变1.94％，对应强度为1083Mpa时，变速，屈服后横梁位移速率3.5mm/min直至试样拉断。如图1所示。预计开始产生屈服时的强度值约为780Mpa，预期规定塑性延伸强度值为910Mpa。
通过常规试验初步确定滞后环起点，滞后环起点设置为高于预期开始产生屈服时的强度，低于预期规定塑性延伸强度的应力值，且滞后环下反向点为滞后环起点10％的应力值。
最后通过滞后环法确定需平移的直线。
进一步地，所述拉伸试验的试验温度为(23±5)℃。
进一步地，所述高强钢的成分是：13Cr4Ni；也适用于具有类似高强钢屈服阶段曲率不一致现象的相似材料。
进一步地，屈服前横梁位移速率0.5mm/min，屈服后横梁位移速率3.5mm/min。
本发明克服了高强钢(13Cr4Ni)在10℃～35℃室温拉伸时会出现拉伸曲线无明显屈服平台，且初始阶段加工硬化率较高，曲线弹性段曲率不一致现象，进一步明确在既定某一速率条件下，结合一组常规拉伸试验确定滞后环起点的选择范围，针对高强钢的规定塑性延伸强度可建立一个统一的检测方法，保证高强钢以及相似材料室温拉伸试验中规定塑性延伸强度的一致性，同时保证不同试验机构或部门获得的数据结果具有一致性和对比性。
本发明试验方法简单便捷，对试验机及操作者无特殊要求，适用于日常大批量检测，为高强钢在实际工程中的应用提供可靠的数据支撑；并对高强钢及相似材料进一步研究提供技术支持。
附图说明
图1为本发明提供的Wance TSE504D试验机室温拉伸试验应力-应变曲线。
图2为本发明提供的ZwickZ050试验机室温拉伸试验应力-应变曲线。
图3为本发明提供的Instron 5982试验机室温拉伸试验应力-应变曲线。
图4为本发明提供的ZwickZ050试验机国标滞后环法应力-应变曲线。
图5为本发明提供的Instron 5982试验机国标滞后环法应力-应变曲线。
图6为本发明提供的Instron 5982试验机力循环加载法应力-应变曲线。
图7为本发明提供的ZwickZ050试验机新滞后环法应力-应变曲线。
图8为本发明提供的ZwickZ050试验机新滞后环法应力-应变曲线。
图9为本发明提供的ZwickZ050试验机新滞后环法应力-应变曲线。
具体实施方式
对比例1
提供了一种高强钢(13Cr4Ni)规定塑性延伸强度的室温拉伸试验方法，其工艺参数为：屈服前横梁位移速率0.5mm/min，屈服后横梁位移速率3.5mm/min；所述拉伸试验的试验温度为25℃。
参见图2，利用Zwick Z050试验机，采用屈服前横梁位移速率0.5mm/min，屈服后横梁位移速率3.5mm/min进行试验。曲线弹性段曲率不一致，当弹性段取值范围不同时导致Rp0.2取值差异较大，试验具体参数见表1。
表1ZwickZ050试验机室温拉伸试验不同弹性段E与Rp0.2值
Figure BDA0002655532710000041
参见图3，利用Instron 5982试验机，采用屈服前横梁位移速率0.5mm/min，屈服后横梁位移速率3.5mm/min进行试验。曲线弹性段曲率不一致，当弹性段取值范围不同时导致Rp0.2取值差异较大，试验具体参数见表2。
表2Instron 5982试验机室温拉伸试验不同弹性段E与Rp0.2值
Figure BDA0002655532710000051
对比例2
提供了一种高强钢(13Cr4Ni)规定塑性延伸强度的室温拉伸试验方法，其工艺参数为：
横梁位移速率0.5mm/min。滞后环起点超过预期的规定塑性延伸强度，滞后环下反向点为起点值得10％。
所述拉伸试验的试验温度为25℃。
利用Zwick Z050试验机，滞后环起点设定为920MPa，滞后环下反向点设定为92MPa。
开始试验，试样按横梁位移速率0.5mm/min加载至滞后环起点后，按相同速率卸载，卸载至92MPa后，相同速率进行轴向静载拉伸至滞后环闭合且过屈服后变速(3.5mm/min)直至试样断裂。
利用Instron 5982试验机，滞后环起点设定为920MPa，滞后环下反向点设定为92MPa。
开始试验，试样按横梁位移速率0.5mm/min加载至滞后环起点后，按相同速率卸载，卸载至92MPa后，相同速率进行轴向静载拉伸至滞后环闭合且过屈服后变速(3.5mm/min)直至试样断裂。
如图4、5所示，所得滞后环均未闭合。
对比例3
提供了一种高强钢(13Cr4Ni)规定塑性延伸强度的室温拉伸力循环加载试验方法，其工艺参数为：
横梁位移速率0.5mm/min。以0.5kN为增量进行力循环加载试验，测定残余应变差值，反推接近规定塑性延伸强度值的应力值。
所述拉伸试验的试验温度为24℃。
开始试验，利用Instron 5982试验机，循环法起始力为12.5kN对应强度为647MPa，力保持30s，卸力至0.5kN(残余应变为0.166％)，力保持30s，每段加载增加力值为0.5kN，最终循环段应力为18kN对应强度为932MPa，卸载至0.5kN(残余应变为0.280％)，如图6所示。
两残余应变值之差不足0.2％，此数据不能提供有效数据计算得到Rp0.2。
实施例1
本发明提供了一种高强钢(13Cr4Ni)规定塑性延伸强度的室温拉伸试验方法，其工艺参数为：
横梁位移速率0.5mm/min。滞后环起点超过材料预期产生屈服时的强度，并低于预期的规定塑性延伸强度值，滞后环下反向点为起点值得10％。
所述拉伸试验的试验温度为25℃。
利用Zwick Z050试验机，滞后环起点设定为830MPa，滞后环下反向点设定为83MPa。
开始试验，试样按横梁位移速率0.5mm/min加载至滞后环起点后，按相同速率卸载，卸载至滞后环下反向点后，相同速率进行轴向静载拉伸至过屈服一段距离后变速(3.5mm/min)直至试样断裂。
图7所示，滞后环闭合。
根据GB/T228.1-2010“金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法”中13.1“过滞后环两端点画一直线，然后经过横轴上与曲线原点的距离等效于所规定的塑性延伸率的点，作平行于此直线的平行线。平行线与曲线的交截点给出相应于规定塑性延伸强度。
该实例所得平行线与拉伸曲线交点及规定塑性延伸强度值为882MPa。
实施例2
本发明提供了一种高强钢(13Cr4Ni)规定塑性延伸强度的室温拉伸试验方法，其工艺参数为：
横梁位移速率0.5mm/min。滞后环起点超过材料预期产生屈服时的强度，并低于预期的规定塑性延伸强度值，滞后环下反向点为起点值得10％。
所述拉伸试验的试验温度为25℃。
利用Zwick Z050试验机，滞后环起点设定为860MPa，滞后环下反向点设定为86MPa。
开始试验，试样按横梁位移速率0.5mm/min加载至滞后环起点后，按相同速率卸载，卸载至滞后环下反向点后，相同速率进行轴向静载拉伸至过屈服一段距离后变速(3.5mm/min)直至试样断裂。
图8所示，滞后环闭合。
根据GB/T228.1-2010“金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法”中13.1“过滞后环两端点画一直线，然后经过横轴上与曲线原点的距离等效于所规定的塑性延伸率的点，作平行于此直线的平行线。平行线与曲线的交截点给出相应于规定塑性延伸强度。
该实例所得平行线与拉伸曲线交点及规定塑性延伸强度值为881MPa。
实施例3
本发明提供了一种高强钢(13Cr4Ni)规定塑性延伸强度的室温拉伸试验方法，其工艺参数为：
横梁位移速率0.5mm/min。滞后环起点超过材料预期产生屈服时的强度，并低于预期的规定塑性延伸强度值，滞后环下反向点为起点值得10％。
所述拉伸试验的试验温度为25℃。
利用Zwick Z050试验机，滞后环起点设定为890MPa，滞后环下反向点设定为89MPa。
开始试验，试样按横梁位移速率0.5mm/min加载至滞后环起点后，按相同速率卸载，卸载至滞后环下反向点后，相同速率进行轴向静载拉伸至过屈服一段距离后变速(3.5mm/min)直至试样断裂。
图9所示，滞后环闭合。
根据GB/T228.1-2010“金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法”中13.1“过滞后环两端点画一直线，然后经过横轴上与曲线原点的距离等效于所规定的塑性延伸率的点，作平行于此直线的平行线。平行线与曲线的交截点给出相应于规定塑性延伸强度。
该实例所得平行线与拉伸曲线交点及规定塑性延伸强度值为886MPa。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高强钢的室温拉伸试验方法，其特征在于：滞后环起点设置为高于预期开始产生屈服时的强度，低于预期规定塑性延伸强度的应力值，且滞后环下反向点为滞后环起点10％的应力值。
2.按照权利要求1所述高强钢的室温拉伸试验方法，其特征在于：所述拉伸试验的试验温度为10℃～35℃。
3.按照权利要求1所述高强钢室温拉伸试验方法，其特征在于：屈服前横梁位移速率0.5mm/min，屈服至滞后环闭合且材料过屈服后横梁位移速率3.5mm/min。
4.按照权利要求1所述高强钢室温拉伸试验方法，其特征在于：所述高强钢的成分是：13Cr4Ni。
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