摘 要:分別采用試樣兩端壓扁法、人工掰直法和矯直機(jī)矯直法對 H68黃銅盤管和BFe10-1-1 白銅盤管進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn),并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明:對于壁厚不小于1mm、斷后伸 長率不小于60%的金屬盤管,試樣端部壓扁后,可以有效地進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn);對于壁厚小于 1mm、斷后伸長率小于40%的金屬盤管,采用正壓法可以提高試驗(yàn)成功率;當(dāng)試樣允許矯直,或屈 服強(qiáng)度無要求時(shí),將試樣進(jìn)行整體矯直更容易操作。

關(guān)鍵詞:H68黃銅盤管;BFe10-1-1白銅盤管;室溫拉伸試驗(yàn);正壓法;逆壓法;矯直

中圖分類號:TB31;TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-4012(2023)03-0019-03

盤管具有展開長度長、便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),廣泛用 于制作余熱回收、高壓冷卻器的部件[1],但盤管是彎 曲的,很難對其進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。GB/T228.1— 2021《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫拉伸試驗(yàn) 方法》中對引伸計(jì)標(biāo)距、平行長度等的定義,都表明了 試樣傾向于是直的。拉伸試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性受到多 方面因素的影響,引起測量不確定度的主要因素包括 試樣材料的均勻性、試樣的幾何尺寸及橫截面積、測 量重復(fù)性、拉伸速率等[2]。目前沒有盤管進(jìn)行室溫拉 伸試驗(yàn)的專用國家標(biāo)準(zhǔn),市場上對盤管的室溫拉伸試 驗(yàn)均要求按照GB/T228.1—2021或國外等同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行測試,而這些標(biāo)準(zhǔn)均傾向于直的試樣,很難測試彎 曲的試樣。此外,盤管呈橢圓形,壁厚不均,橫截面積 較難精確測量計(jì)算;盤管難以夾持,影響拉伸試驗(yàn)的 操作;試樣中間試驗(yàn)部分易變形,且采用壓扁法進(jìn)行 拉伸試驗(yàn)時(shí),試樣易在頭部斷裂。針對上述問題,筆 者研究了適用于盤管的室溫拉伸試驗(yàn)方法,以期提高 拉伸試驗(yàn)的成功率和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用規(guī)格為24mm×1mm(外徑× 壁厚)、批號為6222040901-1的 H68黃銅盤管以及 規(guī)格為10 mm×0.6 mm(外徑×壁厚)、批號為 2022032201-1的BFe10-1-1白銅盤管。

1.2 試驗(yàn)方法

采用CMT5105型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)、 YYU-5020型引伸計(jì),按照GB/T228.1—2021進(jìn)行 室溫拉伸試驗(yàn);采用外徑千分尺對盤管的外徑進(jìn)行 測量,從外圓弧至內(nèi)圓弧、垂直方向各測量一個(gè)值, 取其平均值;采用壁厚千分尺在外圓弧、內(nèi)圓弧及垂 直的兩側(cè)各測量一個(gè)值,取其平均值。

1.2.1 黃銅盤管

在上述黃銅盤管上截取4套(每套3支)長度為 300mm的整管拉伸試樣,分別按照方案1~4進(jìn)行 室溫拉伸試驗(yàn);在該黃銅盤管上截取一段長度為 4m的管材,在矯直機(jī)上矯直,在頭、尾切除長度約 0.5m后,取一套長度為300mm 的整管拉伸試樣, 按照方案5進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(1)方案1,將一套試樣編號為 H1-1、H1-2、 H1-3,采用從外圓弧壓至內(nèi)圓弧(逆壓法)的壓扁方 式將試樣兩端壓扁(見圖1),壓扁長度約為50mm, 然后進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(2)方案2,將一套試樣編號為 H2-1、H2-2、 H2-3,采用正壓法(垂直于逆壓法的方向)的壓扁方 式將試樣兩端壓扁,壓扁長度約為50mm,然后進(jìn) 行室溫拉伸試驗(yàn)。

(3)方案3,將一套試樣編號為 H3-1、H3-2、 H3-3,試 樣 兩 端 采 用 人 工 掰 直,掰 直 長 度 約 為 50mm,然后進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(4)方案4,將一套試樣編號為 H4-1、H4-2、 H4-3,將試樣整體采用人工掰直,然后進(jìn)行室溫拉 伸試驗(yàn)。

(5)方案5:將一套試樣編號為 H5-1、H5-2、 H5-3,將試樣用矯直機(jī)進(jìn)行矯直處理,然后進(jìn)行室 溫拉伸試驗(yàn)。

1.2.2 白銅盤管

在上述白銅盤管上截取4套(每套3支)長度為 300mm的整管拉伸試樣,分別按照方案6~9進(jìn)行 室溫拉伸試驗(yàn);在該白銅盤管上截取一段長度為 4m的管材,在矯直機(jī)上矯直,在頭、尾切除長度約 0.5m后,取一套長度為300mm 的整管拉伸試樣, 按照方案10進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(1)方案6,將一套試樣編號為B6-1、B6-2、B6- 3,采用逆壓法的壓扁方式將試樣兩端壓扁,壓扁長 度約為50mm,然后進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(2)方案7,將一套試樣編號為B7-1、B7-2、B7- 3,采用正壓法的壓扁方式將試樣兩端壓扁,壓扁長 度約為50mm,然后進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(3)方案8,將一套試樣編號為B8-1、B8-2、B8- 3,試樣兩端采用人工掰直,掰直長度約為50mm, 然后進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

(4)方案9,將一套試樣編號為B9-1、B9-2、B9- 3,將試樣整體采用人工掰直,然后進(jìn)行室溫拉伸 試驗(yàn)。

(5)方案10:將一套試樣編號為B10-1、B10-2、 B10-3,將試樣用矯直機(jī)進(jìn)行矯直處理,然后進(jìn)行室 溫拉伸試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 黃銅盤管

H68黃銅盤管測得的室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。由表1可知:方案1與方案2的試驗(yàn)過程無異 常,試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定;方案3的試驗(yàn)過程無異常,抗拉強(qiáng) 度與斷后伸長率的試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定,與方案1和方案2 的試驗(yàn)結(jié)果一致性較好,但測得的屈服強(qiáng)度偏高,原 因是人工掰直試樣端部導(dǎo)致試樣中間非夾持區(qū)域受 力變形;方案4的試驗(yàn)過程無異常,抗拉強(qiáng)度與斷后 伸長率的試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定,與方案1和方案2的試驗(yàn)結(jié) 果一致性較好,但測得的屈服強(qiáng)度偏高,且結(jié)果不穩(wěn) 定;方案5的試驗(yàn)過程無異常,抗拉強(qiáng)度與斷后伸長 率的試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定,與方案1和方案2的一致性較 好,但測得的屈服強(qiáng)度偏高,試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定。

人工掰直試樣導(dǎo)致試樣中間非夾持區(qū)域受力變 形,屈服強(qiáng)度升高,人工掰直的加載力具有不穩(wěn)定 性,使屈服強(qiáng)度的測試結(jié)果產(chǎn)生較大波動。塑性變 形量增大,要求停留在障礙密集處的位錯(cuò)也開始運(yùn) 動,在同向加載時(shí),位錯(cuò)會遇到較大阻力,使同向加 載時(shí)的屈服強(qiáng)度變大[3]。矯直機(jī)矯直試樣也會導(dǎo)致 試樣中間非夾持區(qū)域受力變形,屈服強(qiáng)度升高,但矯 直機(jī)的矯直加載力具有穩(wěn)定性,因此測得的屈服強(qiáng) 度結(jié)果穩(wěn)定。

2.2 白銅盤管

BFe10-1-1白銅盤管測得的室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果 如表2所示。由表2可知:方案6中的2個(gè)試樣拉 伸斷裂在頭部,試驗(yàn)失敗,原因是盤管的外圓弧屬于壁厚減薄區(qū)域,內(nèi)圓弧屬于壁厚增大區(qū)域,壓扁 后容易開裂或產(chǎn)生微裂紋,使得拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣 斷裂在頭部;方案7的試驗(yàn)過程無異常,試驗(yàn)結(jié)果 穩(wěn)定;方案8測得的抗拉強(qiáng)度與斷后伸長率結(jié)果 穩(wěn)定且無異常,與方案2的試驗(yàn)結(jié)果一致性較好, 屈服強(qiáng)度沒有出現(xiàn)個(gè)別數(shù)據(jù)增大較多的情況,原 因是試樣的規(guī)格小,容易將端部掰直,避免了非夾 持區(qū)域變形的情況發(fā)生;方案9測得的抗拉強(qiáng)度 與斷后伸長率結(jié)果穩(wěn)定且無異常,但測得的屈服 強(qiáng)度偏高,且結(jié)果不穩(wěn)定;方案10測得的抗拉強(qiáng) 度與斷后伸長率結(jié)果穩(wěn)定且無異常,但測得的屈 服強(qiáng)度偏高,結(jié)果穩(wěn)定。

3 結(jié)論與建議

(1)采用壓扁法可以測試金屬盤管的室溫拉伸 性能;對于壁厚小于1mm、斷后伸長率小于40%的 金屬管材,建議采用正壓法將試樣端部壓扁,以提高 室溫拉伸試驗(yàn)的成功率。

(2)將盤管試樣端部人工掰直后進(jìn)行室溫拉伸 試驗(yàn)具有可行性,但應(yīng)避免試樣中間非夾持區(qū)域受 力變形,造成屈服強(qiáng)度測試結(jié)果偏高的現(xiàn)象。

(3)對試樣進(jìn)行整體矯直,可以測試盤管的抗 拉強(qiáng)度與斷后伸長率,但測得的屈服強(qiáng)度偏高;當(dāng)試 樣允許矯直時(shí)或屈服強(qiáng)度無要求時(shí),建議使用該方 法對盤管進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn):

[1] 李剛,龍建南,陳奇.核主泵高壓冷卻器盤管制造工藝 開發(fā)[J].水泵技術(shù),2021(增刊1):78-80.

[2] 劉武.金屬板材室溫拉伸試驗(yàn)室間比對及分析[J].理 化檢驗(yàn)(物理分冊),2021,57(10):32-36,39.

[3] 江宇蓉,宋忠政,陳美寶.預(yù)變形對 X60管線鋼拉伸 性能的影響[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào),2006,8(2):54- 56.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊 > 59卷 > 3期 (pp:19-21)>