不同直徑芯棒沖擊試樣取樣點(diǎn)的選擇

李成鑫

(天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司，天津300301)

芯棒是一種用于無(wú)縫鋼管擴(kuò)孔定型的重要工具。國(guó)際上通常采用的芯棒材質(zhì)為H13鋼，對(duì)應(yīng)我國(guó)的4Cr5MoSiV1鋼。H13鋼具有高淬透性、高韌性、優(yōu)良的抗熱裂性和抗軟化能力等優(yōu)點(diǎn)。芯棒工作條件相當(dāng)惡劣，承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時(shí)也承受一定的拉應(yīng)力，還受到?jīng)_擊載荷的作用。在軋制鋼管時(shí)，芯棒與熱管坯接觸時(shí)間長(zhǎng)，因此芯棒需要具有較高的高溫強(qiáng)度、足夠的韌性、良好的耐熱疲勞性和較高的耐磨性。在熱處理調(diào)質(zhì)后要對(duì)芯棒的性能進(jìn)行理化檢驗(yàn)。文章主要介紹我廠在選取取樣位置時(shí)的思路與爭(zhēng)議。

1 兩種取樣方式分析

在芯棒本體帽口端與錠尾端取試片，再在芯棒的橫切試片上取沖擊試樣。GB/T2975—1998規(guī)定了力學(xué)試樣取樣位置及試樣制備要求。按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，在選定沖擊試樣取樣位置時(shí)要具有代表性，選取的沖擊試樣能代表整個(gè)取樣芯棒的沖擊性能。GB/T2975—1998明確規(guī)定了圓鋼的取樣位置，如圖1所示。由于芯棒直徑均大于50 mm，因此在芯棒橫切片的一條半徑的1/2處取沖擊試樣。但標(biāo)準(zhǔn)中給出的只是一個(gè)沖擊試樣的取樣位置，而具有代表性的一組沖擊試樣是由至少三個(gè)沖擊試樣構(gòu)成的。對(duì)于這一問(wèn)題我廠存在兩種不同的意見(jiàn)：

(1)一點(diǎn)取樣：在芯棒切片任一條半徑線的1/2位置堆疊取三個(gè)沖擊試樣，如圖2所示。

圖1 圓鋼的取樣位置Figure 1 The sampling position of round steel

圖2 一點(diǎn)取樣示意圖Figure 2 The sketch of one sampling point

圖3 三點(diǎn)取樣示意圖Figure 3 The sketch of three sampling points

(2)三點(diǎn)取樣：在芯棒切片上互成90°的3條半徑線上1/2位置分別取一個(gè)沖擊試樣，試樣開(kāi)口方向朝向試片圓心，如圖3所示。

堅(jiān)持第一種意見(jiàn)的技術(shù)人員認(rèn)為，一組三個(gè)沖擊試樣是為了更好的代表取樣這一點(diǎn)的沖擊值。因?yàn)榱W(xué)試驗(yàn)過(guò)程中存在著很多不確定因素，如操作、設(shè)備、人員等，而在同一點(diǎn)并排取三個(gè)沖擊試樣就是為了更好的代表這一點(diǎn)的沖擊功。

而堅(jiān)持三點(diǎn)取樣的技術(shù)人員則認(rèn)為，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)就是為了得出對(duì)整支芯棒具有代表性的沖擊功，可以更好的代表整只芯棒的沖擊性能，而三個(gè)取樣點(diǎn)恰恰是對(duì)應(yīng)芯棒的三個(gè)互成90°的三個(gè)面。熱處理生產(chǎn)的過(guò)程中往往存在著一些問(wèn)題：例如芯棒哪一個(gè)面靠近熱處理爐的燒嘴，受熱就快一些；哪一個(gè)面靠近墊鐵，受熱就慢一些：在淬火液冷時(shí)，如兩支芯棒一同出爐入液，兩支芯棒靠近的面就會(huì)冷卻的慢。受熱、冷卻的快慢會(huì)影響芯棒在熱處理過(guò)程中組織轉(zhuǎn)變的程度，對(duì)沖擊性能造成一定的影響。因此，為了更好的代表芯棒的沖擊性能，要求進(jìn)行三點(diǎn)取樣。

一點(diǎn)取樣是基于直徑較小芯棒，認(rèn)為外界干擾因素對(duì)沖擊性能影響不大。而三點(diǎn)取樣是基于直徑較大的芯棒，認(rèn)為外界干擾因素可以直接影響芯棒加熱冷卻速度并產(chǎn)生陰陽(yáng)面。對(duì)兩種觀點(diǎn)不好盲目下定論，因此我們決定做一組試驗(yàn)以驗(yàn)證芯棒直徑的大小是否會(huì)導(dǎo)致芯棒的沖擊性能不均勻。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由于我廠生產(chǎn)的芯棒以?198 mm、?352.8 mm規(guī)格居多，因此選取5支直徑為?198 mm的芯棒及5支直徑為?352.8 mm的芯棒進(jìn)行試驗(yàn)。取樣圖見(jiàn)圖4，試片厚度為45 mm。沖擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 ?198 mm芯棒的沖擊功Table 1 The impact energy of ?198 mm mandril

圖4 試驗(yàn)取樣示意圖Figure 4 The sketch of sampling for test

芯棒序號(hào)取樣位置試樣1沖擊功/J試樣2沖擊功/J試樣3沖擊功/J1樣點(diǎn)1取樣點(diǎn)2取樣點(diǎn)317.7914.3424.0320.6317.3621.4119.4717.0922.082取樣點(diǎn)1取樣點(diǎn)2取樣點(diǎn)315.3819.0820.0714.1721.9718.8718.9621.7418.433取樣點(diǎn)1取樣點(diǎn)2取樣點(diǎn)316.4124.4924.1718.7419.5726.1316.5120.8525.194取樣點(diǎn)1取樣點(diǎn)2取樣點(diǎn)328.2124.8419.1232.6826.5420.8729.1223.4723.115取樣點(diǎn)1取樣點(diǎn)2取樣點(diǎn)317.3621.0720.6317.5220.418.9816.7320.1519.63

從表1、表2可以看出，?352.8 mm芯棒存在沖擊性能不均勻現(xiàn)象，而?198 mm芯棒的沖擊性能較相近。

3 結(jié)論

對(duì)于?352.8 mm芯棒，外界因素對(duì)芯棒性能影響較大，應(yīng)采取三點(diǎn)取樣的方式取沖擊試樣，以獲得芯棒每一面的沖擊性能值。而?198 mm芯棒在一點(diǎn)取樣即可。

[1] GB/T2975—1998，鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備.