弯曲试验支棍尺寸的规定及与测试结果的相关性研究

弯曲试验支棍尺寸的规定及与测试结果的相关性研究弯曲试验是测定金属材料承受弯曲塑性变形能力的试验方法，有人将其称为力学性能测试方法，也有人将其称为工艺性能试验方法，无论怎么区分，它都是材料力学性能试验的基本方法之一，是质量控制及应用设计的重要参考指标。通常情况下，如果不特别规定，该试验默认是在三点弯曲试验装置上进行。笔者主要从事材料的力学性能检测工作，日常接触到大量的母材复验、金属材料焊接工艺评定等测试任务，多需要开展弯曲性能试验。众所周知，影响金属材料弯曲试验结果的主要因素有弯曲角度、压头直径、试样的宽厚比等，但除此之外，笔者在工作中还发现，对于脆性材料或低塑性材料而言，其测试结果还显著地受到弯曲试验装置中支棍尺寸的影响，这与塑性材料有较大的不同。然而，在涉及弯曲试验测试方法的相关标准中较少有对此参数进行详细的规定，文献中也鲜见相关研究成果。针对该问题，本文对常用标准中涉及弯曲装置支棍尺寸的规定进行了汇总，并通过试验探究支棍尺寸对脆性或低塑性材料测试结果的影响。顾客感知视角的精益服务研究通过对顾客感知的调查和测量工具的开发识别顾客对“好服务”的评价标准，即“精益服务能为顾客带来哪些感知价值”或“顾客体验到的精益服务有哪些具体特征”，回应“什么是顾客认为的好服务”的问题（见表1）⑩邢博.精益服务：理论构建与测量工具开发［M］.天津：南开大学出版社，2017：185.。1.各标准对支棍尺寸的规定有关弯曲试验方法的标准可分为三大类，分别是母材类弯曲工艺性能测定、焊接类弯曲工艺性能测定以及脆性或低塑性材料弯曲力学性能测定。各标准对弯曲装置支棍尺寸的规定如表1所示，表中所列为国内常用的国内外相关标准。其中，GB/T232—2010是最常使用的金属材料弯曲工艺性能测试方法，被诸多产品、构件检验以及焊接工艺评定等所引用，是开展相关弯曲试验的指导性标准文件。该标准自1963年发布以来，先后颁布了1982年、1988年、1999年以及2010年几个版本，对于弯曲装置支棍尺寸的相关规定，1988年以前的诸版本中均没有任何说明，随后在1999年修订时提出了“支棍半径应为1～10倍试样厚度”的具体要求，然而2010年新版本修订时又删掉了该要求。虽然现用的GB/T232—2010附录B图B.1上支棍尺寸标注为φ50mm，但此图为示意图，在具体操作中，可以为任何尺寸，不具有指导意义。另外，引用GB/T232的GB/T6396与被GB/T232修改采用的ISO7438中对支棍尺寸的要求也没有具体规定，而ASTME290虽然有“支棍尺寸由产品规格来定义，与被测试样的厚度有关”的说明，但是，具体要求是多少，也没有明确规定。焊接接头弯曲试验方法GB/T2653中有“支棍直径至少为20mm，除非相关标准另有规定”的规定，仅对弯曲装置支棍尺寸值的下限进行了要求，在实际操作中，各实验室只要保证了该要求即符合标准，而被GB/T2653等同采用的ISO5173以及引用GB/T2653的NB/T47014等标准对支棍尺寸也没有作出任何具体的规定。YB/T5349中金属材料力学性能试验方法，对支棍尺寸进行了详细的规定“支棍的直径宜与压头的直径相同”，并根据弯曲试样材料与试样尺寸的不同，推荐了一系列规格的支棍尺寸，对于试验者来说，可以清楚明了地依据该标准来选择合适的支棍尺寸进行试验，这是唯一一个详细规定了支棍尺寸的标准。2.试验条件本文选用塑性较低的TA15钛合金轧制板材作为研究对象，所用钛合金板材的厚度为4mm，弯曲试样按照国标GB/T232的规定进行加工，试样宽度为20mm，保留上下原始的轧制表面；试验采用支棍式弯曲试验装置在INSTRON5587电子材料试验机上进行。为消除压头尺寸对试验结果的影响，所有试验均采用同一压头进行，弯曲试验条件中仅改变试验装置支棍尺寸这一个变量。试验前试样跨距LS的调节按照式（1）进行计算，压头直径、支棍尺寸及跨距的选用如表2所示。在对试样缓慢加载的过程中持续观察试样受拉表面的状态，当出现肉眼可见裂纹时，立即停止试验，随即用角度尺测量并记录试样断裂角度。式中D——压头直径（mm）；近年来，我市各级党委政府在落实国务院《农业保险条例》、贯彻国发〔2014〕29号文件精神、积极探索农业保险工作中，采取先行试点、总结经验、逐步拓展的工作方法，使全市农业保险工作实现了较快发展，取得了明显成效。据统计，2018年全市农业政策性保险已完成381.4万亩，比上年同期增长7.9%。a——试样厚度（mm）；DS——支（承）棍尺寸（mm）。表2弯曲试验各参数的选用试样编号DS/mmD/mmLS/mm10101032151510372020104225251047303010523.试验结果与分析试验过程中，针对每种规格的弯曲支棍，随机选择3件弯曲试样进行试验，试样的断裂角度记录结果如表3所示。从表中可以看出，随着支棍直径尺寸的增大，试样的断裂角度呈现逐渐增大的趋势，所用φ30mm支棍的弯曲试样的断裂角度较φ10mm支棍提高了近40%，换而言之，该材料弯曲试验的测试结果受支棍尺寸的影响极为显著。表1各试验标准中支棍尺寸的规定标准号与名称支棍直径尺寸的规定GB/T232—2010《金属材料弯曲试验方法》无要求ISO7438：2016（E）《金属材料弯曲试验》同GB/T232，对支棍尺寸无规定ASTME290—2014《塑性金属材料弯曲试验方法》支棍尺寸由产品规格来定义，与被测试样的厚度有关GB/T6396—2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》参照GB/T232GB/T2653—2008《焊接接头弯曲试验方法》至少为20mm，除非相关标准另有规定ISO5173：2010《金属材料焊缝破坏试验-弯曲试验》对支棍尺寸无规定NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》参照GB/T2653YB/T5349—2014《金属材料弯曲力学性能试验方法》支棍的直径宜与压头的直径相同，根据弯曲试样材质与试样尺寸的不同，推荐的支棍尺寸有4个，分别为φ5mm、φ10mm、φ20mm及φ30mm表3弯曲试验结果试样编号断裂角度/（°）试样1试样2试样3平均值1047555151.01555535654.72066565960.32565727269.73070737773.3在所用试验机上进行弯曲试验时，能够采集获得弯曲力、压头的移动距离等信息，因此通过GB/T232—2010附录B推荐的公式可将采集获得的压头移动距离转化为弯曲角度，同时，参照YB/T5349—2014中公式（22）可将弯曲力转化为弯曲过程中的实时弯曲强度，由此获得的试验过程中弯曲强度-弯曲角度曲线如图1所示。从图中可以看出，支棍尺寸从φ10mm增加到φ25mm的过程中，虽然试样断裂角度值不断增加，但对应的抗弯强度（最大弯曲强度）并没有显著的差异，只有φ30mm的支棍对应的抗弯强度值有所升高。项目教学法在.NET企业级应用开发系列课程中尤为适用，项目设计可结合生活中实际问题，如开发聊天系统、计算器、备忘录等。学生对问题虽熟悉但未曾从开发者角度看待过，极大激发了学习兴趣。通过分组，小组成员共同分析问题，研究制定解决方案，在这个过程中锻炼学生的沟通表达能力与团队合作能力。解决问题的具体方法需回归到课堂知识的学习和理解上，学生就会自觉学习，通过网络、课本和教师寻求解决方法，达到学习知识和技术的目的。学生也会体会到学习的快乐，增强了自信心。图1弯曲强度-弯曲角度曲线分析认为，产生以上试验规律的原因在于：在开展金属材料的弯曲试验时，如果选用了不同规格的支棍，虽然支棍间距没有发生变化，但实质上试样与支棍两个接触点之间的距离（即跨距）已经发生了改变，在其他试验条件相同的情况下，当试样弯曲至某一角度时，支棍尺寸越小，试样对应的跨距也越小，试样受拉面上承受的弯曲强度就越大（例如图中30°处虚线所示位置）。因此，对于具有相近抗弯强度值的同一批试样而言，所用支棍尺寸越小，试样就越容易达到抗弯强度值，对应的断裂角度就越小。而对于使用φ30mm支棍的试样的抗弯强度值较其他规格支棍的有所提高的现象，分析认为，可能是由以下两个原因造成的，其一，按照YB/T5349—2014中推荐的公式计算弯曲强度，其适用的对象是脆性断裂或低塑性断裂的金属材料，使用φ30mm的支棍时，试样已经有较大的塑性变形，此公式已经不适用于该情况；其二，本方案所设计工装中的支棍不能绕弯曲装置进行旋转，当试样的弯曲角度较大时，试样与支棍之间的摩擦力以及试样与支棍接触部位的轻微挤压变形便不能忽略不计，以至于需要更大的载荷才能保证试样继续弯曲变形，最终导致试验机记录的断裂载荷较真实值更大。4.结语（1）常用的涉及金属材料弯曲试验的测试方法标准中仅有YB/T5349—2014对弯曲装置支棍尺寸提出了详细的规定、GB/T2653—2008中提出了最小值的要求，除此之外，其他标准对弯曲支棍尺寸均未作出任何要求。（2）支棍尺寸大小对塑性较好的金属材料的弯曲试验结果通常没有影响，但对塑性较低的金属材料的影响却极为显著，随着支棍尺寸的增大，材料的断裂角度值明显升高，倾向于不易断裂。（3）在依据GB/T232—2010等标准采用支棍式弯曲装置进行脆性或低塑性金属材料的弯曲工艺性能试验时，为保证各实验室测试结果的一致性或供需双方已产生纠纷需进行仲裁时，首先应对试验装置支棍尺寸这一容易被大家忽略的试验参数进行约定。230℃高油温，加入蒜茸、姜茸以及葱茸炒制出香，炒制约5～8min，锅内无明显水蒸气冒出即可。注意火力不能太大，锅内温度控制在100～110℃；（4）建议就此问题对更多的材料进行相关性验证试验，进而根据研究成果对GB/T232—2010等标准的修订提出指导性意见，从技术层面上对标准的规范进行完善。参考文献：[1]全国钢标准化技术委员会.金属材料弯曲试验方法：GB/T232—2010[S].北京：中国标准出版社，2011.[2]ISO7438：2016（E），Metallicmaterials-Bendtest[S].[3]ASTME290—2014，Standardtestmethodsforbendtestingofmaterialforductility[S].[4]全国钢标准化技术委员会.复合钢板力学及工艺性能试验方法：GB/T6396—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.[5]全国焊接标准化技术委员会.焊接接头弯曲试验方法：GB/T2653—2008[S].2008.[6]ISO5173：2010，Destructivetestso