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:針對某新建全流程現代鋼鐵企業檢化驗中心成品物理試驗室拉伸試驗當前運行的實際情況,從人員、機器、原料、方法、環境等５個方面重點分析了該物理試驗室從接收拉伸樣坯到試驗數據發送的全過程中對試驗精度有影響的因素.結果表明:操作人員、設備、材料、檢測方法、試驗條件等均對試驗結果的準確性存在不同程度的影響.針對這些影響,提出了改進建議,以提高測試結果的準確性.
關鍵詞:拉伸試驗;鋼板;檢測精度;影響因素
中圖分類號:TG１１５．５＋２ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０９Ｇ０６５０Ｇ０３
金屬材料力學性能試驗是檢測和評定金屬材料產品質量的一種重要方法,其中拉伸試驗是目前最重要的方法之一,拉伸試驗從取樣到檢測整個過程會受到很多因素的影響[１Ｇ２].目前某新建鋼鐵公司檢化驗中心的成品物理試驗室對冷軋產品采用全自動拉伸試驗機進行檢測,對熱軋產品則采用半自動拉伸機進行檢測.由于是新建的試驗室,該試驗室在初始運行階段由于管理和操作人員經驗不足以及試驗設備都是新的,難免會產生各種操作和質量管理上的問題,對試驗結果的準確性存在許多不確定的影響.針 對 這 種 情 況,筆 者 從 人 員 (人)、機 器(機)、原料(料)、方法(法)、環境(環)等５個方面對
影響拉伸試驗精度的因素進行了分析,并提出了改進建議,以確保試驗結果的準確性.
１ 拉伸試驗精度的影響因素分析
在拉伸試驗過程中影響拉伸試驗結果的因素非常多,試驗 過 程 中 所 反 映 的 各 項 拉 伸 性 能 數 據取決于材料 內 在 因 素 和 外 部 試 驗 條 件,是 整 個 試驗工作結果的綜合反映.內在因素是指材料的化學成分、軋制控制狀況、熱處理狀態、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、試驗溫度、試驗機 剛 度、試 驗 設 備 的 精 度、試 驗 軟 件 的 準確性、試樣 測 量、試 樣 裝 夾 對 中 狀 況、試 驗 加 載 速率,包括試 驗 人 員 的 操 作 技 能 水 平 等.當 內 在 因素一定時,鋼 板 的 拉 伸 性 能 結 果 就 隨 外 部 試 驗 條
件的變化而發生改變.
圖１是某新建鋼鐵公司檢化驗中心成品物理試驗室拉伸試驗的全流程圖,以下將對整個過程中影響試驗精度的關鍵步驟逐項進行分析.
１．１ 試驗人員的影響
從整個拉伸試驗流程分析,試驗人員的綜合技能在試驗過程中顯得尤為重要.首先是要能夠準確判斷或識別鋼板的取樣方向,不同方向取的試樣其性能有所差異,橫向取樣、縱向取樣、４５°取樣后的試驗結果是不同的.剪切好目標尺寸的樣后需用銑床進行加工,要確保去除試樣的剪切影響區,保證試樣的平行部分長度、標距、寬度符合要求.要對加工后的試樣關鍵尺寸進行人工檢驗,試樣尺寸測量的準確與否直接影響試驗結果.冷軋鋼板拉伸試驗時,全自動拉伸試驗機要對不同斷后標距的試樣進行檢測,操作人員需要設定相關的試驗程序,并且要根據試驗要求輸入相關參數,若輸入有誤則試驗結果肯定出錯.熱軋鋼板拉伸試驗需要人工測量試樣的斷后標距,最后才能求出其斷后伸長率,在測量過程中游標卡尺若使用不當也將引入誤差.在 GB/T２２８．１－２０１０«金屬材料 拉伸試驗 第１部分:室溫試驗方法»中有兩種拉伸速率控制方式,即應變速率控制方式(方法 A)和應力速率控制方式(方法 B).標準中并沒有規定必須采用哪種方式,方法是指導性的,具體執行還需要試驗人員根據被檢測材料的特性、試驗機的能力、試驗人員的經驗與技術水平來選擇,但這也可能對拉伸試驗結果的準確性帶來影響.
總而言之,人為因素會直接影響到試驗結果的準確度,所以對試驗人員的操作技能要求很高,特別是類似新建鋼廠的試驗人員,更需要抓緊時間進行培訓和考核.
１．２ 試驗設備的影響
拉伸試驗需要使用到的設備有游標卡尺和拉伸試驗機等,其準確度必須要達到測量的標準要求,所以相關的儀器設備、計量器具必須通過具有資質的第三方計量檢測部門計量合格后才可使用.
除了計量檢定外,在試驗室運行中對拉伸試驗機平時的精度管理也非常必要,也就是統計過程控制(SPC),即每天用性能相對均勻且無時效的試樣用試驗機進行試驗(B 管理),對試樣檢測的數據進行趨勢分析,能有效地控制試驗機的精度.當發現
數據有異常時要及時對儀器狀態進行檢查,快速找出原因并進行分析糾正,確保后續試驗機檢測數據的準確性.同時還要開展對試驗機精度設施的管理管控(A 管理),即每個班次對相同條件的試樣進行檢測,分析數據的重復性和再現性.若 A、B管理異常,則要及時停止試驗,聯系技術人員進行原因分析,以便試驗機能夠在保證測試質量的前提下投入使用.
物理試驗室選用了幾個不同設備制造廠的拉伸試驗機,不同試驗機的試驗結果也存在一定差異.另外還要注重對試驗軟件的準確性進行評估.
一般情況下,國內對拉伸試驗機性能的計量檢定基本上只是對試驗機測力機構和變形測量系統的計量檢定為主,沒有對各個試驗機廠自行編制的試驗軟件的邏輯是否正確可靠進行檢定,由于尺度和標準難以統一,對試驗軟件的評定確實存在許多困難,缺乏有效的判斷手段.隨著以軟件為主導的控制技術逐漸成為 測 試 技 術 發 展 的 主 流,我 國 已 經 頒 布 了JJF１１０３－２００３«萬能試驗機計算機數據采集系統評定»,建議試驗室結合自身實際開展對試驗軟件的評定工作,通過試驗室之間的比對,來檢驗試驗軟件的準確性和可靠性,以保證測試質量,避免發生低級錯誤[３].
１．３ 材料本身的影響
鋼材本身化學成分的不同是導致其拉伸性能出現差異的主要因素.碳含量越高,拉伸強度就越高;反之,則強度越低.鋼板的生產和熱處理工藝也會對鋼板的力學性能產生影響.在試驗過程中如發生同爐號鋼板在相鄰位置取樣時其試驗性能存在很大差異的情況,原因要么是試樣在加工和試驗過程中不規范的影響因素多,要么是材料內部本身不均勻.如碰到這種情況,試驗室需要重新取樣進行試驗,若數據差異不大則說明是加工試驗精度誤差引起的;若數據仍然差異很大則說明是鋼板本身性能不穩定.
１．４ 夾持法的影響
冷軋產品采用全自動拉伸試驗機進行試驗,其試樣夾持對中相對有保證.熱軋板試驗采用半自動拉伸試驗機,在試驗時試驗人員會采用手動夾持的方法對其進行操作,如果出現夾持試樣操作不當或者試樣夾持位置偏移軸線中心的情況,試驗結果肯定會產生一定的誤差.拉伸試驗時應盡量避免試樣夾持不對中情況的發生,可以在設備上安裝輔助對中裝置,一是可以減少偏心力的產生,二是確保有良好的試樣斷裂位置,提高斷后伸長率測試的準確性.
冷軋產品試驗雖然使用的是全自動拉伸試驗機,但也要對 夾 具 定 時 進 行 維 護,確 保 夾 持 位 置 不 偏移[４Ｇ６].
１．５ 試驗溫度的影響
試驗溫度是影響材料力學性能的一個重要因素.一般金屬材料的抗拉強度會隨著溫度的不斷升高而下降.所以在加工試樣時要用乳化液不間斷降溫,加工完畢后還要對試樣進行吹掃降溫.同時,控制拉伸試驗室內的溫度也尤為重要,一般要控制在１８~３５ ℃,要求高的試驗應在(２３±５)℃的環境下進行.若溫度不在范圍內則要停止試驗,然后對試驗環境進行適當處理.
２ 對執行現行拉伸試驗方法標準可能會產生試驗結果誤差的分析GB/T２２８．１－２０１０中的附錄 F雖然是資料性
附錄,但試驗機剛度對試驗結果肯定存在影響.試驗機的剛度與試驗機主機架、負荷、試樣夾具(夾塊齒型、磨損程度、潤滑等)、試樣材料、試樣尺寸等都相關.試驗機的剛度是變量,較為復雜,在實際操作中如何去準確判定和修正確實比較困難[７Ｇ８].GB/T２２８．１－２０１０中對拉伸試樣加工沒有標注粗糙度的要求,這對試驗室管理和認證以及不同
試驗室的比對試驗會產生許多不確定的影響.
GB/T２２８．１－２０１０中對矩形橫截面試樣斷裂后最小橫截面積的測量位置缺乏規定,會影響斷面收縮率測量結果的統一性.
３ 結束語
通過對試驗室拉伸試驗檢測精度影響因素的分析可見,試驗人員、試驗設備、試樣材料、試驗方法、試驗條件等對試驗結果的準確性都存在不同程度的影響.試驗室要制定正確的試驗規程,嚴格執行試驗規范,對影響試驗精度的因素提出切實有效的解決措施.新建試驗室可以通過一系列的改進措施來不斷提高試驗人員的技術操作水平,以確保試驗室的測試質量和測試周期.