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對幾種金屬材料彎曲試驗標準的對比和研究
機械零件或建筑結(jié)構(gòu)在實際使用過程中會承受不同形式和大小的外力,為充分揭示材料的力學行為和性能特點,還常常采用拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮等不同加載方式的試驗方法,以充分反映材料在不同應力狀態(tài)下的力學行為和性能特點。作為一種重要的測定金屬材料承受彎曲塑性變形能力的試驗方法,彎曲試驗在金屬制品出廠檢驗以及監(jiān)督檢驗中被廣泛應用。在日常的檢驗過程中,由于材料類別、形狀的不同、彎曲角度及彎曲形式的不同,彎曲試驗方法也各有不同。為實驗室常見的彎曲試驗機,其中圖1為三點彎曲試驗機,圖2為鋼筋彎曲試驗機。
1.三點彎曲試驗機
2.鋼筋彎曲試驗機
對幾種常用的金屬材料彎曲試驗方法進行對比和研究,包括：《GB/T232-2010金屬材料彎曲試驗方法》、《GB/T235-2013金屬材料薄板和薄帶反復彎曲試驗方法》、《GB/T238-2013金屬材料線材反復彎曲試驗方法》、《GB/T244-2008金屬管彎曲試驗方法》、《GB/T2653-2008焊接接頭彎曲試驗方法》、《GB/T28900-2012鋼筋混凝土用鋼材試驗方法》、《GB/T15825.5-2008金屬薄板成形性能與試驗方法第5部分：彎曲試驗》、《YB/T5126-2003鋼筋混凝土用鋼筋彎曲和反向彎曲試驗方法》和《YB/T5349-2014金屬材料彎曲力學性能試驗方法》等9個標準,以期更好地掌握不同的彎曲試驗方法的側(cè)重點和適用性,對實際的試驗過程中起到更好的指導作用,獲得更加可靠準確的試驗數(shù)據(jù)。
1適用材料
彎曲試驗方法按照材料種類不同分為金屬薄板和薄帶材、金屬管材、金屬焊接接頭、鋼筋或者型鋼等產(chǎn)品類型。除不適用金屬管材和金屬焊接接頭等材料,GB/T232適用于薄板材、薄帶材以及鋼筋、型鋼等金屬材料相關產(chǎn)品標準規(guī)定試樣的彎曲試驗,適用范圍較為廣泛。各種產(chǎn)品由其相應具體彎曲試驗方法標準規(guī)定進行試驗。金屬薄板和薄帶產(chǎn)品按照標準GB/T235-2013的要求進行試驗；金屬線材反復彎曲試驗采用GB/T238-2013標準進行；對于焊接接頭的彎曲試驗方法采用GB/T2653-2008標準要求進行；鋼筋混凝土用鋼材試驗方法采用GB/T28900-2012標準要求；金屬薄板成形性能中彎曲試驗采用GB/T15825.5-2008進行性能參數(shù)的測定；鋼筋混凝土用鋼筋的彎曲和反向彎曲采用YB/T5126-2003標準要求進行測定；YB/T5349-2014標準采用三點彎曲和四點彎曲方法測定彈性直線斜率、規(guī)定塑性彎曲強度、規(guī)定殘余彎曲強度、抗彎強度、斷裂撓度等參數(shù)。
2試樣制備
對于GB/T232標準來說,試樣制備通常按相關的產(chǎn)品標準來執(zhí)行,如未規(guī)定,則按照GB/T2975的要求來制備,試樣寬度和厚度也應按照相關產(chǎn)品標準的要求；對于GB/T235標準來說,試樣的尺寸要求為：厚度為產(chǎn)品的厚度,寬度為機加工取樣,寬度范圍控制在20mm到25mm的范圍內(nèi),若試樣寬度大于25mm,可協(xié)商采用其它寬度,試樣長度約150mm；GB/T238標準規(guī)定試樣應盡可能平直,必要時可以用手矯直,而線材采用原試樣；GB/T244標準規(guī)定試樣應為金屬直管一部分,試樣長度以滿足試驗要求為準；GB/T2653標準規(guī)定試樣的制備應不影響母材和焊縫金屬性能,標準對于厚度和寬度的要求根據(jù)正彎、背彎、側(cè)彎、縱向彎曲的不同作出具體的規(guī)定；GB/T28900標準規(guī)定從符合交貨狀態(tài)的鋼筋產(chǎn)品上制取,從盤卷上制取的試樣,可以進行簡單的彎曲矯直,并確保最小的塑性變形；GB/T15825.5標準推薦采用寬度50mm±0.5mm,長度150mm±2.0mm的條形試樣；GB/T5126標準規(guī)定試樣應保留原軋制表面,并應平直,試樣長度以滿足試驗要求為準；YB/T5349標準規(guī)定試樣形狀和尺寸按照相關產(chǎn)品標準或協(xié)議規(guī)定。
3試驗程序
GB/T232標準采用三點彎曲試驗方法,試驗速率應為(1±0.2)mm/s；GB/T235標準和GB/T238標準規(guī)定試樣進行反復彎曲,每秒應不超過一次,彎曲時平穩(wěn)無沖擊；GB/T244標準規(guī)定在彎曲過程中彎管試驗機將不帶填充物的管試樣彎曲,試驗時應確保試樣彎曲變形段與金屬管彎芯緊密接觸,直至達到規(guī)定的彎曲角度,若有焊縫,則焊縫應置于與彎曲平面呈90°的位置；GB/T2653標準規(guī)定應根據(jù)彎曲部位及彎曲方式不同來進行彎曲,彎曲采用三點彎曲方法,彎曲角度按相關的產(chǎn)品標準規(guī)定執(zhí)行；GB/T28900標準規(guī)定試樣應在彎芯上彎曲,彎曲角度和彎芯直徑應符合相關產(chǎn)品標準規(guī)定；GB/T15825.5標準采用三點彎曲法,采用一系列具有不同底部弧面半徑的凸模,按規(guī)定彎曲角度,檢查其變形區(qū)外側(cè)表面是否有產(chǎn)生裂紋或顯著凹陷；GB/T5126標準規(guī)定試樣應繞彎曲圓弧面(彎心)進行彎曲和反向彎曲,彎曲角度和彎曲圓弧面(彎心)直徑應符合相關產(chǎn)品標準要求,彎曲速度應不大于20°/s；YB/T5349標準采用三點彎曲試驗裝置或者四點彎曲試驗裝置來進行試驗,測定彈性直線斜率、規(guī)定塑性彎曲強度、規(guī)定殘余彎曲強度、抗彎強度、斷裂撓度等參數(shù)。
圖3為牌號為Q235、厚度為10mm的鋼板試樣的彎曲試驗后的試樣圖片。將此鋼板樣品按照《GB/T232-2010金屬材料彎曲試驗方法》[8]標準要求進行試樣制備,制得試樣寬度為20mm,厚度即為試樣的厚度,彎曲試驗的彎芯即為試樣的厚度10mm,彎曲角度為180°,彎曲試驗速率設置為1mm/s。試驗過程按照GB/T232-2010的標準要求進行彎曲試驗操作,在試驗結(jié)束后,用肉眼觀察試樣的表面(鍍鋅層表面不作為考察表面),發(fā)現(xiàn)金屬受彎曲部位表面無裂紋產(chǎn)生,樣品彎曲試驗符合GB/T232-2010的標準要求。
3鋼板彎曲試驗后形貌
4結(jié)果評定
GB/T232標準規(guī)定應按照相關產(chǎn)品標準的要求評定彎曲實驗結(jié)果。如未規(guī)定具體要求,彎曲試驗后不適用放大儀器觀察,試樣彎曲外表面應無可見裂紋評定為合格；GB/T235和GB/T238標準規(guī)定連續(xù)試驗至相關產(chǎn)品標準中規(guī)定的彎曲次數(shù),或者連續(xù)試驗至試樣*斷裂為止,試樣斷裂的最后一次彎曲不計入彎曲次數(shù)；GB/T244標準規(guī)定對彎曲試驗結(jié)果的說明應依據(jù)相關產(chǎn)品標準的要求。當產(chǎn)品標準中未做規(guī)定時,在不適用放大鏡的情況下,如果無可見裂紋,應評定為合格；GB/T2653標準規(guī)定,彎曲結(jié)束后,試樣的外表面和側(cè)面都應該進行檢驗,應依據(jù)相關標準對彎曲試樣進行評定并記錄,除非另有規(guī)定,在試樣表面上小于3mm長的缺欠應判為合格；GB/T28900標準規(guī)定彎曲試驗應根據(jù)相關的產(chǎn)品標準的規(guī)定進行判定,當產(chǎn)品標準沒有規(guī)定時,若彎曲試樣無目視可見的裂紋,則判定該試樣為合格；GB/T15825.5標準要求計算出最小相對彎曲半徑Rmin/t以及平均最小相對彎曲半徑Rmin/t,計算結(jié)果保留一位小數(shù)；GB/T5126標準規(guī)定,試驗完成后應仔細觀測試樣,若無目視可見的裂紋,則判定為合格；YB/T5349標準依據(jù)相應的性能測定程序,得出彈性直線斜率、規(guī)定塑性彎曲強度、規(guī)定殘余彎曲強度、抗彎強度、斷裂撓度等,并將試驗結(jié)果數(shù)值按照相關產(chǎn)品標準的要求進行修約,如未規(guī)定具體要求,應使用GB/T8170規(guī)定的方法進行修約。
5結(jié)論
對比了九個常用的金屬材料彎曲試驗方法的方法標準的具體要求,對各個方法標準所適用的材料類型、試樣制備過程、試驗程序和結(jié)果評定等方面進行了對比和總結(jié)。可以看出,在實際的檢驗或研究過程中,操作者應按照不同的材料種類以及不同的參數(shù)測定要求來選擇不同的彎曲方法標準,并嚴格按照標準的要求來進行試樣的制備和試驗的操作,并根據(jù)標準判定要求來進行試驗結(jié)果判定。這對在實際試驗過程中彎曲試驗標準的選擇和試驗操作關鍵點的控制起到了指導作用。