彎曲試驗(yàn)支棍尺寸的規(guī)定及與測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性研究

彎曲試驗(yàn)支棍尺寸的規(guī)定及與測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性研究彎曲試驗(yàn)是測(cè)定金屬材料承受彎曲塑性變形能力的試驗(yàn)方法，有人將其稱為力學(xué)性能測(cè)試方法，也有人將其稱為工藝性能試驗(yàn)方法，無(wú)論怎么區(qū)分，它都是材料力學(xué)性能試驗(yàn)的基本方法之一，是質(zhì)量控制及應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)。通常情況下，如果不特別規(guī)定，該試驗(yàn)?zāi)J(rèn)是在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。筆者主要從事材料的力學(xué)性能檢測(cè)工作，日常接觸到大量的母材復(fù)驗(yàn)、金屬材料焊接工藝評(píng)定等測(cè)試任務(wù)，多需要開(kāi)展彎曲性能試驗(yàn)。眾所周知，影響金屬材料彎曲試驗(yàn)結(jié)果的主要因素有彎曲角度、壓頭直徑、試樣的寬厚比等，但除此之外，筆者在工作中還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于脆性材料或低塑性材料而言，其測(cè)試結(jié)果還顯著地受到彎曲試驗(yàn)裝置中支棍尺寸的影響，這與塑性材料有較大的不同。然而，在涉及彎曲試驗(yàn)測(cè)試方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中較少有對(duì)此參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定，文獻(xiàn)中也鮮見(jiàn)相關(guān)研究成果。針對(duì)該問(wèn)題，本文對(duì)常用標(biāo)準(zhǔn)中涉及彎曲裝置支棍尺寸的規(guī)定進(jìn)行了匯總，并通過(guò)試驗(yàn)探究支棍尺寸對(duì)脆性或低塑性材料測(cè)試結(jié)果的影響。顧客感知視角的精益服務(wù)研究通過(guò)對(duì)顧客感知的調(diào)查和測(cè)量工具的開(kāi)發(fā)識(shí)別顧客對(duì)“好服務(wù)”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即“精益服務(wù)能為顧客帶來(lái)哪些感知價(jià)值”或“顧客體驗(yàn)到的精益服務(wù)有哪些具體特征”，回應(yīng)“什么是顧客認(rèn)為的好服務(wù)”的問(wèn)題（見(jiàn)表1）⑩邢博.精益服務(wù)：理論構(gòu)建與測(cè)量工具開(kāi)發(fā)［M］.天津：南開(kāi)大學(xué)出版社，2017：185.。1.各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)支棍尺寸的規(guī)定有關(guān)彎曲試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)可分為三大類，分別是母材類彎曲工藝性能測(cè)定、焊接類彎曲工藝性能測(cè)定以及脆性或低塑性材料彎曲力學(xué)性能測(cè)定。各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)彎曲裝置支棍尺寸的規(guī)定如表1所示，表中所列為國(guó)內(nèi)常用的國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其中，GB/T232—2010是最常使用的金屬材料彎曲工藝性能測(cè)試方法，被諸多產(chǎn)品、構(gòu)件檢驗(yàn)以及焊接工藝評(píng)定等所引用，是開(kāi)展相關(guān)彎曲試驗(yàn)的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)文件。該標(biāo)準(zhǔn)自1963年發(fā)布以來(lái)，先后頒布了1982年、1988年、1999年以及2010年幾個(gè)版本，對(duì)于彎曲裝置支棍尺寸的相關(guān)規(guī)定，1988年以前的諸版本中均沒(méi)有任何說(shuō)明，隨后在1999年修訂時(shí)提出了“支棍半徑應(yīng)為1～10倍試樣厚度”的具體要求，然而2010年新版本修訂時(shí)又刪掉了該要求。雖然現(xiàn)用的GB/T232—2010附錄B圖B.1上支棍尺寸標(biāo)注為φ50mm，但此圖為示意圖，在具體操作中，可以為任何尺寸，不具有指導(dǎo)意義。另外，引用GB/T232的GB/T6396與被GB/T232修改采用的ISO7438中對(duì)支棍尺寸的要求也沒(méi)有具體規(guī)定，而ASTME290雖然有“支棍尺寸由產(chǎn)品規(guī)格來(lái)定義，與被測(cè)試樣的厚度有關(guān)”的說(shuō)明，但是，具體要求是多少，也沒(méi)有明確規(guī)定。焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法GB/T2653中有“支棍直徑至少為20mm，除非相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定”的規(guī)定，僅對(duì)彎曲裝置支棍尺寸值的下限進(jìn)行了要求，在實(shí)際操作中，各實(shí)驗(yàn)室只要保證了該要求即符合標(biāo)準(zhǔn)，而被GB/T2653等同采用的ISO5173以及引用GB/T2653的NB/T47014等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)支棍尺寸也沒(méi)有作出任何具體的規(guī)定。YB/T5349中金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法，對(duì)支棍尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定“支棍的直徑宜與壓頭的直徑相同”，并根據(jù)彎曲試樣材料與試樣尺寸的不同，推薦了一系列規(guī)格的支棍尺寸，對(duì)于試驗(yàn)者來(lái)說(shuō)，可以清楚明了地依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇合適的支棍尺寸進(jìn)行試驗(yàn)，這是唯一一個(gè)詳細(xì)規(guī)定了支棍尺寸的標(biāo)準(zhǔn)。2.試驗(yàn)條件本文選用塑性較低的TA15鈦合金軋制板材作為研究對(duì)象，所用鈦合金板材的厚度為4mm，彎曲試樣按照國(guó)標(biāo)GB/T232的規(guī)定進(jìn)行加工，試樣寬度為20mm，保留上下原始的軋制表面；試驗(yàn)采用支棍式彎曲試驗(yàn)裝置在INSTRON5587電子材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。為消除壓頭尺寸對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，所有試驗(yàn)均采用同一壓頭進(jìn)行，彎曲試驗(yàn)條件中僅改變?cè)囼?yàn)裝置支棍尺寸這一個(gè)變量。試驗(yàn)前試樣跨距LS的調(diào)節(jié)按照式（1）進(jìn)行計(jì)算，壓頭直徑、支棍尺寸及跨距的選用如表2所示。在對(duì)試樣緩慢加載的過(guò)程中持續(xù)觀察試樣受拉表面的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)裂紋時(shí)，立即停止試驗(yàn)，隨即用角度尺測(cè)量并記錄試樣斷裂角度。式中D——壓頭直徑（mm）；近年來(lái)，我市各級(jí)黨委政府在落實(shí)國(guó)務(wù)院《農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)條例》、貫徹國(guó)發(fā)〔2014〕29號(hào)文件精神、積極探索農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)工作中，采取先行試點(diǎn)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、逐步拓展的工作方法，使全市農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)工作實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展，取得了明顯成效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全市農(nóng)業(yè)政策性保險(xiǎn)已完成381.4萬(wàn)畝，比上年同期增長(zhǎng)7.9%。a——試樣厚度（mm）；DS——支（承）棍尺寸（mm）。表2彎曲試驗(yàn)各參數(shù)的選用試樣編號(hào)DS/mmD/mmLS/mm10101032151510372020104225251047303010523.試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)過(guò)程中，針對(duì)每種規(guī)格的彎曲支棍，隨機(jī)選擇3件彎曲試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試樣的斷裂角度記錄結(jié)果如表3所示。從表中可以看出，隨著支棍直徑尺寸的增大，試樣的斷裂角度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，所用φ30mm支棍的彎曲試樣的斷裂角度較φ10mm支棍提高了近40%，換而言之，該材料彎曲試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果受支棍尺寸的影響極為顯著。表1各試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中支棍尺寸的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)號(hào)與名稱支棍直徑尺寸的規(guī)定GB/T232—2010《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》無(wú)要求ISO7438：2016（E）《金屬材料彎曲試驗(yàn)》同GB/T232，對(duì)支棍尺寸無(wú)規(guī)定ASTME290—2014《塑性金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》支棍尺寸由產(chǎn)品規(guī)格來(lái)定義，與被測(cè)試樣的厚度有關(guān)GB/T6396—2008《復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法》參照GB/T232GB/T2653—2008《焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法》至少為20mm，除非相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定ISO5173：2010《金屬材料焊縫破壞試驗(yàn)-彎曲試驗(yàn)》對(duì)支棍尺寸無(wú)規(guī)定NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》參照GB/T2653YB/T5349—2014《金屬材料彎曲力學(xué)性能試驗(yàn)方法》支棍的直徑宜與壓頭的直徑相同，根據(jù)彎曲試樣材質(zhì)與試樣尺寸的不同，推薦的支棍尺寸有4個(gè)，分別為φ5mm、φ10mm、φ20mm及φ30mm表3彎曲試驗(yàn)結(jié)果試樣編號(hào)斷裂角度/（°）試樣1試樣2試樣3平均值1047555151.01555535654.72066565960.32565727269.73070737773.3在所用試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時(shí)，能夠采集獲得彎曲力、壓頭的移動(dòng)距離等信息，因此通過(guò)GB/T232—2010附錄B推薦的公式可將采集獲得的壓頭移動(dòng)距離轉(zhuǎn)化為彎曲角度，同時(shí)，參照YB/T5349—2014中公式（22）可將彎曲力轉(zhuǎn)化為彎曲過(guò)程中的實(shí)時(shí)彎曲強(qiáng)度，由此獲得的試驗(yàn)過(guò)程中彎曲強(qiáng)度-彎曲角度曲線如圖1所示。從圖中可以看出，支棍尺寸從φ10mm增加到φ25mm的過(guò)程中，雖然試樣斷裂角度值不斷增加，但對(duì)應(yīng)的抗彎強(qiáng)度（最大彎曲強(qiáng)度）并沒(méi)有顯著的差異，只有φ30mm的支棍對(duì)應(yīng)的抗彎強(qiáng)度值有所升高。項(xiàng)目教學(xué)法在.NET企業(yè)級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)系列課程中尤為適用，項(xiàng)目設(shè)計(jì)可結(jié)合生活中實(shí)際問(wèn)題，如開(kāi)發(fā)聊天系統(tǒng)、計(jì)算器、備忘錄等。學(xué)生對(duì)問(wèn)題雖熟悉但未曾從開(kāi)發(fā)者角度看待過(guò)，極大激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)分組，小組成員共同分析問(wèn)題，研究制定解決方案，在這個(gè)過(guò)程中鍛煉學(xué)生的溝通表達(dá)能力與團(tuán)隊(duì)合作能力。解決問(wèn)題的具體方法需回歸到課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解上，學(xué)生就會(huì)自覺(jué)學(xué)習(xí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、課本和教師尋求解決方法，達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)和技術(shù)的目的。學(xué)生也會(huì)體會(huì)到學(xué)習(xí)的快樂(lè)，增強(qiáng)了自信心。圖1彎曲強(qiáng)度-彎曲角度曲線分析認(rèn)為，產(chǎn)生以上試驗(yàn)規(guī)律的原因在于：在開(kāi)展金屬材料的彎曲試驗(yàn)時(shí)，如果選用了不同規(guī)格的支棍，雖然支棍間距沒(méi)有發(fā)生變化，但實(shí)質(zhì)上試樣與支棍兩個(gè)接觸點(diǎn)之間的距離（即跨距）已經(jīng)發(fā)生了改變，在其他試驗(yàn)條件相同的情況下，當(dāng)試樣彎曲至某一角度時(shí)，支棍尺寸越小，試樣對(duì)應(yīng)的跨距也越小，試樣受拉面上承受的彎曲強(qiáng)度就越大（例如圖中30°處虛線所示位置）。因此，對(duì)于具有相近抗彎強(qiáng)度值的同一批試樣而言，所用支棍尺寸越小，試樣就越容易達(dá)到抗彎強(qiáng)度值，對(duì)應(yīng)的斷裂角度就越小。而對(duì)于使用φ30mm支棍的試樣的抗彎強(qiáng)度值較其他規(guī)格支棍的有所提高的現(xiàn)象，分析認(rèn)為，可能是由以下兩個(gè)原因造成的，其一，按照YB/T5349—2014中推薦的公式計(jì)算彎曲強(qiáng)度，其適用的對(duì)象是脆性斷裂或低塑性斷裂的金屬材料，使用φ30mm的支棍時(shí)，試樣已經(jīng)有較大的塑性變形，此公式已經(jīng)不適用于該情況；其二，本方案所設(shè)計(jì)工裝中的支棍不能繞彎曲裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)試樣的彎曲角度較大時(shí)，試樣與支棍之間的摩擦力以及試樣與支棍接觸部位的輕微擠壓變形便不能忽略不計(jì)，以至于需要更大的載荷才能保證試樣繼續(xù)彎曲變形，最終導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)記錄的斷裂載荷較真實(shí)值更大。4.結(jié)語(yǔ)（1）常用的涉及金屬材料彎曲試驗(yàn)的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)中僅有YB/T5349—2014對(duì)彎曲裝置支棍尺寸提出了詳細(xì)的規(guī)定、GB/T2653—2008中提出了最小值的要求，除此之外，其他標(biāo)準(zhǔn)對(duì)彎曲支棍尺寸均未作出任何要求。（2）支棍尺寸大小對(duì)塑性較好的金屬材料的彎曲試驗(yàn)結(jié)果通常沒(méi)有影響，但對(duì)塑性較低的金屬材料的影響卻極為顯著，隨著支棍尺寸的增大，材料的斷裂角度值明顯升高，傾向于不易斷裂。（3）在依據(jù)GB/T232—2010等標(biāo)準(zhǔn)采用支棍式彎曲裝置進(jìn)行脆性或低塑性金屬材料的彎曲工藝性能試驗(yàn)時(shí)，為保證各實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果的一致性或供需雙方已產(chǎn)生糾紛需進(jìn)行仲裁時(shí)，首先應(yīng)對(duì)試驗(yàn)裝置支棍尺寸這一容易被大家忽略的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行約定。230℃高油溫，加入蒜茸、姜茸以及蔥茸炒制出香，炒制約5～8min，鍋內(nèi)無(wú)明顯水蒸氣冒出即可。注意火力不能太大，鍋內(nèi)溫度控制在100～110℃；（4）建議就此問(wèn)題對(duì)更多的材料進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)而根據(jù)研究成果對(duì)GB/T232—2010等標(biāo)準(zhǔn)的修訂提出指導(dǎo)性意見(jiàn)，從技術(shù)層面上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范進(jìn)行完善。參考文獻(xiàn)：[1]全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).金屬材料彎曲試驗(yàn)方法：GB/T232—2010[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.[2]ISO7438：2016（E），Metallicmaterials-Bendtest[S].[3]ASTME290—2014，Standardtestmethodsforbendtestingofmaterialforductility[S].[4]全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法：GB/T6396—2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.[5]全國(guó)焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法：GB/T2653—2008[S].2008.[6]ISO5173：2010，Destructivetestso