金属工艺性能试验

金属工艺性能试验上海材料研究所检测中心凌霄力学性能与工艺性能力学性能：材料在外力作用下应力与应变的关系；它是材料的使用性能；结构强度设计的依据。工艺性能：材料适应某种加工工艺的能力。它是力学性能试验的一种补充试验。特点•试验过程与材料的加工工艺过程、使用条件相似。•试验结果能反映材料的宏观塑性、韧性及部分外表质量问题。•试样容易加工。•试验方法简便，无需复杂的试验设备即可实现。分类•棒材：顶锻试验、弯曲试验等•型材：展平弯曲、反复弯曲等•板材：弯曲、反复弯曲、锻平、杯突等•管材：液压、扩口、缩口、弯曲、压扁、卷边等•线材：反复弯曲、扭转等•丝、带材：常用试验标准•金属材料弯曲试验方法(GB/T232-1999)•金属管扩口试验方法(GB/T242-1997)•金属管压扁试验方法(GB/T246-1997)•焊接接头弯曲及压扁试验方法（GB/T2653-1989）•金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验(GB/T4156-2007)试验标准•金属材料顶锻试验方法（GB/T233-2000)•金属管弯曲试验方法(GB/T244-1997)•金属管卷边试验方法(GB/T245-1997)•金属材料反复弯曲试验方法(GB/T235-1999)•金属材料线材反复弯曲试验方法(GB/T238-2002)•金属线材扭转试验方法(GB/T239-1999)•金属材料线材缠绕试验方法(GB/T2976-2004)金属弯曲试验•目的：定性检验在给定试验条件下，试样承受弯曲变形的能力，并揭露其缺陷。•原理：将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上,以规定直径的弯心将试样弯曲到所要求的角度后,卸除试验力检查试样承受变形的能力。•弯曲试验与弯曲力学性能试验区别：前者定性后者定量；前者用于韧性材料后者用于脆性材料。取样定义•纵向：试样长轴平行于轧制或锻造时的最大延伸方向•横向：试样长轴垂直于轧制或锻造时的最大延伸方向•径向：试样长轴沿圆半径方向且垂直于轴向•切向：试样长轴沿圆周方向且垂直于轴向弯曲试样－通则•试样可为圆形、方形、长方形或多边形横截面。•取样位置、方向按产品标准或GB/T2975•弯曲表面不得有划痕和损伤。•方形和长方形试样的棱边应锉圆，其半径不应大于厚度1/10。•棱边倒圆时不应形成影响结果的横向毛刺、伤痕或刻痕。•用机加工方法去除剪切或火焰切割等形成的影响材料性能的区域，并保留一侧原表面。•弯曲试验时，原表面应位于弯曲的拉伸面。弯曲试样尺寸－宽度•按相关产品标准要求•产品标准未规定时：–产品宽度≤20mm---试样采用原宽度–产品宽度＞20mm•厚度＜3mm---试样宽度为20mm±5mm•厚度≥3mm---试样宽度为20~50mm弯曲试样尺寸－厚度•按相关产品标准要求•产品标准未规定时：–产品厚度≤25mm--试样采用原厚度–产品厚度＞25mm--机加工减薄至≥25mm弯曲试样尺寸－直径•产品直径≤50mm--试样采用原横截面，如试验机能力不足，对直径超过30~50mm的产品，可加工成横截面内切圆直径＞25mm的试样。•产品直径＞50mm--可加工成横截面内切圆直径＞25mm的试样。•钢筋类产品一般均应以其全截面进行试验。•非仲裁试验，经协议可用宽度和厚度大于以上规定的试样。焊接试板弯曲—术语•横弯：焊缝轴线与试样纵轴垂直时的弯曲。•纵弯：焊缝轴线与试样纵轴平行时的弯曲。•正弯：试样受拉面为焊缝正面的弯曲。–双面不对称焊缝、焊缝最大宽度面为正面；双面对称焊缝，先焊面为正面。•背弯：试样受拉面为焊缝背面的弯曲。•侧弯：试样受拉面为焊缝纵剖面的弯曲。•焊接试板弯曲分类：横向正弯、横向背弯、横向侧弯、纵向正弯、纵向背弯。焊接试板弯曲试样尺寸•横弯试样：厚度为焊接接头的试件厚度，宽度≥1.5试件厚度（最小20mm）；•侧弯试样：厚度≥10mm，宽度等于焊接接头母材厚度；•样胚原则上取焊板的全厚度，如无法实现(例如:对于横弯厚度大于30mm;对于側弯厚度大于40mm)，则可取多个试样样胚，而且所取的试样样胚应覆盖焊板的全厚度。弯曲试验设备•支辊式弯曲装置L=(d+3a)±0.5a•V型模具式弯曲装置•虎钳式弯曲装置•翻板式弯曲装置L=(d+2a)±2~6mm弯曲试验程序及结果•试样在力作用下弯至规定的弯曲角度后卸载，并查看试样受拉表面；•缓慢施加弯曲力；•按相关产品标准评定结果；•产品标准规定的弯曲角度认作为最小值，规定的弯曲半径认作为最大值。弯曲试验的影响因素•宽厚比：宽度越大要求越严格；•弯心直径：直径越小要求越严格；•弯曲角度：角度越大要求越严格。金属管弯曲试验•定义：在带槽弯心上将试样弯曲至规定程度，检验金属管承受弯曲塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。•目的：检验金属管对弯曲加工的适用性。金属管弯曲试验•弯心应具有与管外径轮廓相适应的沟槽。•弯曲装置应能限制管的横截面发生椭圆变形（椭圆短轴最小值≥原外径85%）。•对焊接管，如相关标准对焊缝位置未做规定，焊缝应置于试验位置的中心线。金属管扩口试验•定义：将规定锥度的顶心压入金属管一端，使直径均匀地扩张至规定尺寸，检验金属管径向扩张塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。•原理：用圆锥形顶心扩大管段试样的一端，直至扩大端的最大外径达到相关产品标准所规定的值D0。•目的：检验在给定条件下管子的塑性变形能力，适用于外径150mm壁厚10mm管材；•扩口率：Xd=（D0-D）/D×100%金属管卷边试验•目的：检验圆形横截面金属管塑性变形的能力，适用于外径150mm壁厚10mm管材；•方法：先扩口，再卷边金属管压扁试验•定义：将金属管压扁至规定尺寸，检验其塑性变形能力并显示其缺陷的试验。•原理：垂直于管的纵轴方向对规定长度的试样或管的端部施加力进行压扁，直至在力的作用下两压板之间的距离达到相关产品所规定的值H。如为闭合压扁，试样内表面接触的宽度应至少为试样压扁后其内宽度的1/2。•有时标准要求：H=(1+α)t/(α+t/D)金属管压扁试验•适用于外径600mm壁厚15×600mm管材；•试样长度：10mmL100mm；•焊接管：焊缝与力轴可取90度、45度、或0度金属杯突试验•定义：用球形冲头将夹紧的金属板或带状试样压入规定尺寸的冲模中直至出现穿透裂缝，测量杯突深度值的试验。•目的：检验金属板材（尤其是薄板）适应拉胀成形的极限能力。•试样：一般为厚度0.1～2.0mm、宽度90mm未经加工的薄板。杯突试验示意图•方法步骤•测量试样厚度•加润滑剂•将试样放入压模并加约10kN压紧力•平稳施加压力直至有裂纹穿透试样时停机•测量压头压入的深度，精确到0.1mm影响杯突试验结果的因素•试样夹紧力•润滑条件•试验加力速度•杯突试验终止（裂纹穿透）点的控制金属顶锻试验•定义：对规定尺寸的试样进行锤击或锻打，检验金属在室温或热状态下承受顶锻塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。•锻压比：顶锻后试样高度与锻前试样高度之比，一般取1/3。•试样：横截面尺寸（直径、内切圆直径）为6～30mm，高度h约为直径的1.5倍金属反复弯曲试验•定义：将试样一端固定，绕规定半径的圆柱支座弯曲90度，再沿相反方向弯曲的重复弯曲试验•目的：检查金属线材（0.3～10mm）、薄板和薄带（3mm）在反复弯曲中承受塑性变形的能力并显示其缺陷金属反复弯曲试验•方法步骤•查表选取支座半径及圆柱顶部至拨杆底部距离•夹紧试样下端，并将试样向左弯90度然后返回起始位置作为第1次弯曲，再由此位置向右弯90度并回到起始位置作为第2次弯曲，依次连续进行试验金属反复弯曲试验•以每秒1次的均匀速度进行弯曲操作，直至规定的弯曲次数或出现肉眼可见的裂纹•试样断裂的最后一次弯曲不计入弯曲次数•为确保试样与支座连续接触可施加一些张紧力金属线材缠绕试验•定义：将线材紧密地缠绕在一定直径的芯棒上，以规定圈数成螺旋线圈•目的：测定金属线材在缠绕试验过程中承受塑性变形的能力•试样：直径为0.1～10mm的金属线材金属线材缠绕试验•试验程序•线材没有任何扭转，以1圈/s的均匀速度以螺旋线形式缠绕在规定芯棒上•缠绕时，可在自由端加不超过材料抗拉强度5％的拉紧力•如要求解圈后再缠绕，速度应尽可能慢以防样品发热•按规定检查试样表面，一般未发现裂纹判为合格金属线材扭转试验•单扭定义：试样绕自身轴线向一个方向均匀旋转360度作为一次扭转，至规定次数或试样断裂•双扭定义：试样绕自身轴线向一个方向均匀旋转360度作为一次扭转至规定次数后，向相反方向旋转相同次数或试样断裂•目的：检验线材承受扭转塑性变形的能力，显示材料的不均匀性表面和内部缺陷线材扭转样品及设备•样品：平直的金属线材，可适当矫直•尺寸：根据直径选取夹头间标记长度•设备：俩夹头钳口硬度为55～65HRC，并在试验中保持在同一轴线，一端固定另一端可双向旋转并能沿轴向自由移动，可调节速度，有计数装置和长度标尺金属线材扭转试验程序•按要求选取夹持装置，并可加2％的抗拉强度拉紧力值•按条件选取扭转速度，偏差在10％之内•计数器调零，开机试验并记录不同方向的扭转次数，Nt表示单扭，N1、N2表示双扭•当扭转次数，表面及断口符合要求时，试验有效；若扭转次数未达要求、或断口离夹头2D则试验无效；试样发生劈裂时，最后一次扭转次数不计入