反復(fù)彎曲試驗(yàn)夾具的改進(jìn)及應(yīng)用

(天津海關(guān)化礦金屬材料檢測(cè)中心, 天津 300456)

鋼絲的反復(fù)彎曲次數(shù)是反映鋼絲韌性的重要指標(biāo)之一，其試驗(yàn)方法是將鋼絲夾持在一定半徑的圓弧鉗口中，對(duì)鋼絲施加一定的張力，進(jìn)行180°的反復(fù)彎曲，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

在試驗(yàn)中，對(duì)鋼絲反復(fù)彎曲次數(shù)有著決定性影響的是試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件，如彎曲半徑、彎曲速率、夾持方法、張緊力、彎曲角度等都會(huì)不同程度地影響鋼絲的反復(fù)彎曲次數(shù)[1]。在日常的鋼絲彎曲試驗(yàn)過(guò)程中，某些鋼絲的反復(fù)彎曲次數(shù)極限值相差較大，個(gè)別鋼絲繩拆股后的反復(fù)彎曲次數(shù)遠(yuǎn)大于質(zhì)量證明書上的要求值，而有的鋼絲繩拆股后的反復(fù)彎曲次數(shù)遠(yuǎn)小于質(zhì)量證明書上的要求值。

圖1 反復(fù)彎曲試驗(yàn)裝置圖Fig.1 Diagram of repeated bending test device

1 試驗(yàn)室現(xiàn)有反復(fù)彎曲裝置情況分析

某試驗(yàn)室現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備為濟(jì)南盛良機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的JWJ-10型機(jī)動(dòng)式彎折試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)時(shí)當(dāng)試樣彎曲斷裂后，電機(jī)自動(dòng)停止。該試驗(yàn)機(jī)符合GB/T 238-2013《金屬材料 線材 反復(fù)彎曲試驗(yàn)方法》的要求。

GB/T 238-2013中對(duì)于試驗(yàn)設(shè)備只提出了基本尺寸的要求，理論上該JWJ-10型試驗(yàn)機(jī)及現(xiàn)有夾具的尺寸參數(shù)均滿足GB/T 238-2013的要求。但在鋼絲的反復(fù)彎曲過(guò)程中，當(dāng)鋼絲彎曲單側(cè)90°方向時(shí)，部分鋼絲(帶肋鋼絲、直徑處于規(guī)定范圍臨界點(diǎn)的鋼絲)可能會(huì)受到夾具邊緣的損傷導(dǎo)致鋼絲過(guò)早斷裂，影響試驗(yàn)結(jié)果。

現(xiàn)有夾具共有10套，在使用過(guò)程中，根據(jù)不同鋼絲的規(guī)格，需要不斷更換夾具，操作不便，部分舊夾具如圖2所示。

圖2 部分舊夾具圖Fig.2 Diagram of some old clamps

2 對(duì)現(xiàn)有裝置的改進(jìn)

針對(duì)上述問(wèn)題，將兩種相近規(guī)格的夾具集成設(shè)計(jì)在一起，試驗(yàn)時(shí)只需將相近規(guī)格的鋼絲按照順序排好，更換夾具時(shí)無(wú)需多次挑選，只需要變換方向即可，增加了操作的便利性，改進(jìn)后的夾具如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的夾具圖Fig.3 Diagram of improved clamps

3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

依據(jù)GB/T 238-2013，選取直徑分別為1.5，2.0 mm的一般用途鋼絲進(jìn)行反復(fù)彎曲試驗(yàn)，對(duì)相同直徑的鋼絲在新、舊夾具上施加相同的張緊力進(jìn)行試驗(yàn)。

圖4 φ1.5 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Repeated bending test results of φ1.5 mm steel wires

圖5 φ2.0 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Repeated bending test results of φ2.0 mm steel wires

3.1 反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示，可見(jiàn)鋼絲在新夾具和舊夾具的夾持下，其反復(fù)彎曲試驗(yàn)的結(jié)果并沒(méi)有較大偏離，使用新夾具的反復(fù)彎曲次數(shù)略高于使用舊夾具的。

在鋼絲的反復(fù)彎曲試驗(yàn)過(guò)程中，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素是多方面的。在設(shè)備方面，裝置是否符合要求、試樣軸線是否與夾具軸線垂直等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較大；在操作過(guò)程中，試樣夾持不緊對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也有較大影響；在試驗(yàn)過(guò)程中，試樣應(yīng)盡可能平直，可進(jìn)行人為矯正，矯正過(guò)程不能損壞鋼絲表面[2-5]。一些試驗(yàn)表明[6-9]，直徑較小的鋼絲所選取的試驗(yàn)彎曲半徑相對(duì)較小，使得反復(fù)彎曲有可能不在同一點(diǎn)上進(jìn)行，也易導(dǎo)致反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果的離散大，重復(fù)性較差。

3.2 斷口分析

圖6 舊夾具夾持下φ2.0 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)斷口微觀形貌Fig.6 Micro morphology of repeated bending test fracture of φ 2.0 mm steel wire clamped by old clamp

圖7 新夾具夾持下φ2.0 mm鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)斷口微觀形貌Fig.7 Micro morphology of repeated bending test fracture of φ 2.0 mm steel wire clamped by new clamp

圖6為φ2.0 mm鋼絲在舊夾具夾持下進(jìn)行反復(fù)彎曲試驗(yàn)后的斷口微觀形貌，圖7為φ2.0 mm鋼絲在新夾具夾持下進(jìn)行反復(fù)彎曲試驗(yàn)后的斷口微觀形貌。可見(jiàn)在反復(fù)彎曲試驗(yàn)后，無(wú)論是使用新夾具還是舊夾具進(jìn)行試驗(yàn)的鋼絲斷口上都有多個(gè)位于相應(yīng)位置的裂紋源，新、舊夾具夾持下鋼絲的反復(fù)彎曲斷口均可見(jiàn)裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)，二者斷口形貌無(wú)明顯差別。

4 結(jié)論

新夾具夾持下的鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果與舊夾具夾持下的鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果一致。改進(jìn)后的新夾具解決了舊夾具在反復(fù)彎曲試驗(yàn)過(guò)程中易對(duì)鋼絲表面產(chǎn)生損傷的問(wèn)題，減少了夾具的總數(shù)量，提高了夾具的使用效率。