GB∕Z 38434-2019 金属材料 力学性能试验用试样制备指南.pdf
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1、书 书 书犐 犆犛 犎 ?犌犅犣 ?犕犲 狋 犪 犾 犾 犻 犮犿犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊犌狌 犻 犱 犲狋 狅狋 犲 狊 狋狆 犻 犲 犮 犲 狊狆 狉 犲 狆 犪 狉 犪 狋 犻 狅 狀犳 狅 狉犿犲 犮 犺 犪 狀 犻 犮 犪 犾狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义常用力学性能试验用试样试样制备 一般要求 试样制备过程 通用普通装备试样加工程序 通用数控装备试样加工程序 专用数控装备试样加工程序 智能装备试样加工程序附录(规范性附录)常用力学与工艺性能标准试样附录(资料
2、性附录)试样加工常用数控装备和专用数控装备简介 附录(资料性附录)部分试样加工专用数控装备及工艺流程案例 附录(资料性附录)采用不同装备加工中厚钢板力学试样案例 参考文献 犌犅犣 前言本指导性技术文件按照 给出的规则起草。本指导性技术文件由中国钢铁工业协会提出。本指导性技术文件由全国钢标准化技术委员会( )归口。本指导性技术文件起草单位:齐齐哈尔华工机床股份有限公司、冶金工业信息标准研究院、宝山钢铁股份有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司、钢研纳克检测技术股份有限公司、首钢股份公司迁安钢铁公司、五矿营口中板有限责任公司、山东钢铁股份有限公司莱芜分公司、山东钢铁集团日照有限公司、上海申力试验机有
3、限公司。本指导性技术文件主要起草人:王洪亮、周立富、董莉、徐卫星、廉晓洁、高怡斐、周志超、仲阳阳、李涛、高良豪、杨浩源、徐惟诚、方健、王烽、任永秀、赵乃胜、李庆华、闵凡启、王克杰、林小刚。犌犅犣 引言力学性能试验用试样制备涉及众多的标准和规定,如检测标准、产品标准、试样制备装备、试样制备工艺、试样加工方式等。为规范试样制备相关规定与标准相互间的联系,适应试样制备装备与工艺的发展,按照国家标准化改革的要求,编制本指导性技术文件。为了增加本文件的实用性,本文件设置了四个附录。附录介绍了常用力学性能试验用标准试样,附录介绍了力学试样加工常用数控装备及专用数控装备,附录介绍了部分试样加工专用数控装备及
4、不同工艺流程案例,附录介绍了采用不同设备加工中厚钢板力学试样的案例。本文件可供各类力学实验室在规划设计、试样加工程序制定和加工设备选择时参考使用。犌犅犣 金属材料力学性能试验用试样制备指南范围本指导性技术文件给出了金属材料力学性能试验用试样制备的术语和定义,提供了常用力学性能试验用试样、试样制备、试样加工装备、加工程序等的指南。本指导性技术文件适用于金属板材、棒材、管材、带材、型材、铸件、锻件、焊接件等力学性能试验用试样的制备及加工。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
5、本文件。 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 金属材料力学性能试验术语 金属材料试样轴线相对于产品织构的标识术语和定义 和 界定的术语和定义适用于本文件。常用力学性能试验用试样本指导性技术文件列举的常用力学性能试验用试样的名称、参考标准、试样要求和标准试样图、尺寸、公差及相应的加工方法见表和附录。表常用力学性能试验用试样序号试样名称参考标准试样要求室温拉伸试样 高温拉伸试样 厚度方向性能拉伸试样 薄板和薄带狉值和狀值试样 球墨铸铁拉伸试样 弹性模量和泊松比试样 应力腐蚀单轴加载拉伸试样 夏比摆锤冲击试样 室温压缩试样 犌犅犣 表(续)序号试样名称参考标准试样要求 铁素体钢无塑性转变温度落
6、锤试样 动态撕裂试样 钢材落锤撕裂试样 单轴拉伸蠕变试样 应力松弛试样 试环试块磨损试样 旋转弯曲疲劳试样 轴向力控制疲劳试样 扭转控制疲劳试样 滚动接触疲劳试样 热疲劳试样 疲劳裂纹扩展试样 焊接接头疲劳裂纹扩展速率试样 平面应变断裂韧度犓试验试样 准静态断裂韧度相关试样 室温扭转试样 弯曲试样 顶锻试样 薄板和薄带埃里克森杯突试样 焊接接头冲击试样 焊接接头拉伸试样 焊缝及熔敷金属拉伸试样 焊接接头弯曲试样 焊接接头硬度试样 焊接接头准静态断裂韧度试样 复合钢板力学及工艺性能试样 试样制备 一般要求 抽样产品验收试样制备前对抽样产品进行验收,验收内容一般包括委托单位、产品名称、规格、炉号批
7、号、检测项目以及轧制方向、试样方向等,并保存验收的相关文件,包括但不限于委托单、样品登记表等。犌犅犣 试样标识抽样产品在加工前需赋予试样可追塑性标识。该标识需在加工过程中正确转移并保留在验收后的试样上。试样标识方法按 规定执行。 试料切割根据检测项目和要求,用切割装备从抽样产品上切取一个或几个用于试样加工的试料。试料需有足够加工余量且能满足去除影响性能的热影响区或冷变形区的最低要求。除有特殊规定外,加工余量的大小按照 的规定执行。 样坯加工根据检测标准或客户要求对试料进行热处理或机械加工。 试样加工把试料或样坯加工成可用于检测的试样。试样加工可选用一种或几种通用加工装备或专用试样加工装备(普通
8、数控) 。 试样验收试样加工完毕后需对试样进行测量并确认能满足检测标准或客户要求。测量内容包括试样的尺寸、几何公差等,并做好验收记录。试样尺寸测量通常包括人工测量、自动测量。 试样制备过程试样制备过程包括试料切割、样坯加工、试样加工和验收全过程,其中试料切割装备和试样加工装备是试样制备程序的重要组成部分,可根据实际检测需求设计试样加工程序。设计加工程序时要综合检测项目、检测性质、数量多少、加工精度、场地限制、人员配置等因素,选择适宜的试料切割和试样加工装备。试料切割和试样加工装备可分为通用普通装备、通用数控装备和数控专用装备三类。试样加工装备可由同类或不同类切割和加工装备组合而成。不同切割和加
9、工装备的主要特征和特点见表。表不同加工装备的基本特征和技术要点类别装备名称基本特征技术要点通用普通装备以手工操作为主控制加工精度和速度适应各种试样加工;需要机床种类较多;操作人员需经专业机加工培训;加工效率相对较低;加工精度控制难度相对较大;适合中小实验室或相对简单形状试样加工;需要实验室场地较大,人员较多通用数控装备以通用数控程序为主控制加工精度和速度可编制试样加工数控程序,加工过程无需人工干预;试样加工精度容易控制;加工效率高于同类通用机床;操作人员无需专业机加工培训;适合复杂形状或加工困难的试样加工;占用场地相对较小,需要人员相对较少犌犅犣 表(续)类别装备名称基本特征技术要点专用数控装
10、备以专用试样卡具、专用数控程序或专用试样加工中心控制加工精度和速度有专用的试样加工数控程序;适合试样加工的结构设计;专用的试样装卸卡具;由不同加工方式组合的试样加工中心;数控或视觉非接触形状尺寸测量和补偿控制;高精度几何公差和尺寸公差;加工方式灵活,可适合科研院所试样加工需求;加工效率高,可适合大批量试样加工;操作人员无需专业机加工培训; 占用场地小,需要人员少; 能适应人工智能试样加工和检测的需求 通用普通装备试样加工程序 试样制备流程通用装备试样制备流程通常包括三部分:试料切割样坯加工试样加工。例如:板材力学试样的通用普通装备加工流程可表述为:用切割装备把抽样产品切割成试料用加工或处理装备
11、把试料加工成样坯用加工装备把样坯精加工成试样。试样标识和试样验收由人工完成,如图所示。说明: 抽样产品; 试料; 样坯; 试样。注:图所示为通用制备流程,实验室制定试样制备程序时可根据实际需要增减流程。图板材力学试样通用普通装备制备简易流程示意图 试料切割装备通用普通试料切割装备可用于把抽样产品切割成试料。常用通用普通试料切割装备如表所示,制定试样制备程序时,可根据试样的产品类别、产品规格、试样形状和试样加工装备选择。犌犅犣 表常用通用普通试料切割装备序号装备名称主要技术特征火焰切割装备热影响区较大,中厚板常用等离子切割机热影响区小于火焰切割,板材常用剪板机冷变形区较大,较薄板材适用普通带锯床
12、基本没有冷热影响区,板棒材适用圆盘锯床基本没有冷热影响区,高强钢常用水切割机没有冷热影响区,高强钢常用 试样加工装备用通用普通加工装备把试料加工成样坯或试样时,一般需要采用一种或几种普通加工装备。常用通用普通试样加工装备参见表和附录。注:制定试样制备程序时,可根据试料形状和尺寸、试样形状和加工精度、试样数量、场地与人员配置等选择。表常用通用普通试样加工装备序号设备名称主要技术特征车床圆形试样加工立式铣床样坯厚度减薄、矩形带肩试样加工外圆磨床圆形试样表面精加工刨床冲击试样等矩形样坯加工平面磨床冲击试样等试样表面精加工拉床冲击试样缺口加工卧式铣床冲击试样缺口加工,需配置专用卡具 通用数控装备试样加
13、工程序 试样制备流程通用数控装备试样制备流程与 相同。 试料切割装备数控切割装备通常具有冷、热影响区都很小的技术特征,也可在较小的抽样产品上完成多试料样坯和不同试料样坯的组合切割。常用通用数控切割装备参见表。表常用通用数控试料切割装备序号设备名称主要技术特征激光切割机适用于板材大型抽样产品的不同试料组合切割,热影响区小。可配置打号机同时完成试样标识数控带锯床适用于板材、棒材试料切割,基本没有冷、热影响区线切割机适用小试料、高强钢试料切割,热影响区较小犌犅犣 试样加工装备通用数控试样加工装备有单功能数控机床和多功能数控加工中心两类,可以和通用普通装备相结合构成一个试样加工程序。常用通用数控试样加
14、工装备参见表和附录。注:通用数控加工装备一般用于种类多、数量少、精度高,对加工速度要求不严格的试样加工。表常用通用数控试样加工装备序号设备名称主要技术特征数控车床圆形试样加工数控铣床试样厚度减薄、矩形试样加工数控磨床冲击试样等试样表面精加工数控加工中心不同形状的试样加工 专用数控装备试样加工程序 试样制备流程专用数控装备有专用试料切割设备和专用试样加工装备两类,其试样制备流程如图所示。应用实例参见附录。说明: 抽样产品; 试料或样坯; 试样。图专用数控装备板材拉伸试样制备流程示意图 试料切割装备专用数控切割装备可以把抽样产品直接加工成同类试样的多个样坯,或直接加工成不同类型试样的多个样坯。常用
15、专用数控切割装备参见表和附录。注:专用试样切割装备配有专用卡具和专用切割数控程序。犌犅犣 表常用专用数控试料切割装备序号设备名称主要技术特征板材取样系统适用于板材拉伸、弯曲、冲击、金相样坯切割数控试样多功能取样专用机床采用数控系统、专用卡具、带锯切削、通常最大一次加工试料厚度 、具有减少加工环节、无加工影响区域、取样位置精确、功效高、速度快、刀具省、操作简便等特点。主要适合板材批量取样。同时也适合板棒材拉伸、冲击、弯曲、硬度、断裂、金相等多种检测样坯的加工注:板材取样系统可在抽样产品上同时切割多个同类试样和不同类试样的样坯。注:数控试样多功能取样专用机床可在棒材抽样产品的指定位置上同时切割多个
16、冲击试样样坯。 试样加工装备专用数控试样加工装备有单功能机床和多功能加工中心两类。常用专用试样加工装备参见表和附录,应用实例参见附录和附录。注:专用数控加工装备可根据检测项目、试样类型、加工数量、人员和场地资源等条件选用。注:专用数控加工装备可分别用于大批量、流水线试样制备,小批量、多品种、高精度试样制备,也可采用智能试样制备程序。注:专用数控加工装备可以单独形成试样制备程序,也可以和通用普通数控装备组合成试样制备程序。表常用专用数控试样加工装备序号设备名称主要技术特征数控力矩直驱拉伸试样专用机床采用数控系统、力矩直驱电机、专用卡具、专用盘式铣刀、可多样坯同时加工和两夹持端同时开肩加工,与通常
17、的单一样坯加工具有高效率、高精度、节能、低噪、操作简便等特点。适用于超高强钢、中厚板试样数控拉伸试样专用机床采用数控系统,程序化加工、专用卡具、专用棒铣刀、多样坯双面同时开肩加工、最大一次可以加工样坯厚度 。具有高效、高精度、开肩长度任意可调等特点。适合中厚板、薄板批量加工数控冲击试样成型专用机床采用数控系统、专用卡具,卡具可做 翻转、 翻转、带锯切削、最大一次可以加工厚度 。具有取样位置精确、速度快、效率高、操作简便等特点。适合板材及棒材冲击样坯快速自动定位取样,冲击试样加工中心冲击样坯快速取样、磨床用冲击样坯快速取样冲击试样加工中心采用数控系统、视觉检测系统、机械手和刀库、刀具补偿系统。可
18、以实现冲击试样批量连续全自动加工。加工方式:雕刻方式加工,加工效率 件。加工方式:高速铣削加工,加工效率 件 件。具有快速、高精度、无人操作等特点。具有缺口自动检测验收、自动标识转移等优点。适合中厚板等各类标准冲击试样开肩加工:以过渡弧方式与拉伸试样平行长度相连接的试样夹持端的加工。犌犅犣 智能装备试样加工程序智能装备加工程序采用计算机总线控制系统,从 (实验室信息管理系统)或(企业资源计划系统)获取检测信息,结合智能识别系统,与多台套专用数控装备、运输装备、存储装备一起组成一个智能化无人值守加工系统,可以完成所有实验室所需试样的制备全过程。智能装备试样加工需具备(但不限于)以下特征:)抽样单
19、元自动装卸、信息识别与验收;)试料自动标识;)智能规划、优化加工程序;)依据检测标准自动完成试料切割、样坯加工、试样加工和试样验收;)试样形状、尺寸自动随行识别、控制;)试样自动分类与保存;)加工预料自动分类、存储和处置;)试样加工过程与装备的监控、补偿、预警、处置;)试样制备信息的集成、分类、统计、上传,与试验管理系统形成闭环。犌犅犣 附录犃(规范性附录)常用力学与工艺性能标准试样犃 室温拉伸试样犃 圆形横截面机加工比例拉伸试样犃 圆形横截面机加工比例试样见图 。说明:犱 试样平行长度的原始直径;犔 原始标距;犔 平行长度;犔 试样总长度;狉 过渡弧半径;犛 平行长度的原始横截面积; 夹持头
20、部。注:试样头部形状仅为示意性。图犃 圆形横截面机加工比例拉伸试样犃 圆形横截面机加工比例拉伸试样尺寸见表 。表犃 圆形横截面机加工比例拉伸试样尺寸犱狉比例系数犽 比例系数犽 犔犔试样编号犔犔试样编号 犱犱犔犱仲裁试验:犔犱 犱犔犱仲裁试验:犔犱 如相关产品标准无具体规定时,优先采用、试样。试样总长度取决于夹持方法,原则上犔犔犱。犃 圆形横截面机加工比例拉伸试样横向尺寸公差见表 。犌犅犣 表犃 圆形横截面机加工比例拉伸试样尺寸公差单位为毫米名称公称横向尺寸尺寸公差几何公差机加工的圆形横截面试样直径 如果试样的公差满足本表,原始横截面积可以用公称值,而不必通过实际测量再计算。如果试样的公差不满足
21、本表,就很有必要对每个试样的尺寸进行实际测量。沿着试样整个平行长度,规定横向尺寸测量值的最大最小之差。犃 矩形横截面拉伸试样犃 矩形横截面拉伸试样见图 。犪)矩形横截面开肩拉伸试样犫)矩形横截面不开肩拉伸试样说明:犪 试样原始厚度;犫 试样平行长度的原始宽度;犔 原始标距;犔 平行长度;犔 试样总长度;狉 过渡弧半径;犛 平行长度的原始横截面积; 夹持头部。注:试样开肩形状仅为示意性。图犃 矩形横截面拉伸试样 犌犅犣 犃 矩形横截面比例拉伸试样尺寸和编号见表 。矩形横截面比例拉伸试样是开肩试样,开肩试样也可以是非比例试样。矩形横截面非比例拉伸试样的平行长度不小于犔犫。有争议时,该平行长度为犔犫
22、,除非材料尺寸不足够。对于宽度小于或等于 的不开肩试样,除非产品标准中另有规定,原始标距犔需等于 。对于这类试样,两夹头间的自由长度需等于犔犫。较广泛使用的三种矩形横截面非比例拉伸试样尺寸见表 。表犃 矩形横截面比例拉伸试样尺寸犫狉比例系数犽 比例系数犽 犔犔试样编号犔犔试样编号 犛槡 犔犫仲裁试验:犔犫 犛槡 犔犫仲裁试验:犔犫 注:如相关产品无特殊规定,优先采用比例系数犽 的比例试样。表犃 矩形横截面非比例拉伸试样尺寸犫狉犔犔带头不带头试样编号 狉 犃 矩形横截面拉伸试样横向尺寸公差见表 。表犃 矩形横截面拉伸试样横向尺寸公差单位为毫米名称公称横向尺寸尺寸公差几何公差相对两面机加工的矩形横
23、截面试样横向尺寸 如果试样的公差满足本表,试样机加工后的横向尺寸可以用公称值,否则需对每个试样的尺寸进行实际测量。沿着试样整个平行长度,规定横向尺寸测量值的最大最小之差。犃 薄板和薄带拉伸试样犃 薄板和薄带拉伸试样图解见图 。 犌犅犣 犪)薄板和薄带开肩拉伸试样犫)薄板和薄带不开肩拉伸试样犮)薄板和薄带凸耳拉伸试样说明:犪 板试样原始厚度或管壁原始厚度;犫 板试样平行长度的原始宽度;犔 原始标距;犔 平行长度;犔 试样总长度;狉 过渡弧半径;犛 平行长度的原始横截面积; 夹持头部; 凸耳。注:试样头部形状仅为示意性。注:薄板薄带拉伸试样的厚度为 。图犃 薄板和薄带拉伸试样 犌犅犣 犃 薄板和薄
24、带比例拉伸试样尺寸见表 。薄板薄带非比例拉伸试样的平行长度不小于犔犫。有争议时,该平行长度为犔犫,除非材料尺寸不足够。对于宽度小于或等于 的不带头试样,除非产品标准中另有规定,原始标距犔等于 。对于这类试样,两夹头间的自由长度等于犔犫。较广泛使用的三种薄板和薄带非比例试样尺寸见表 。表犃 薄板和薄带比例拉伸试样尺寸犫狉比例系数犽 比例系数犽 犔犔试样编号犔犔试样编号 犛槡 犔犫仲裁试验:犔犫 犛槡 犔犫仲裁试验:犔犫 优先采用比例系数犽 的比例试样。如比例标距小于 ,建议采用表 的非比例试样。如需要,厚度小于 的试样在其平行长度上可带小凸耳以便装夹引伸计。上下两凸耳宽度中心线间的距离为原始标距
25、。表犃 薄板和薄带非比例拉伸试样尺寸犫狉犔犔带头不带头试样编号 犃 薄板和薄带拉伸试样公称宽度尺寸公差见表 。当对每支试样测量尺寸时,试样宽度公差需满足表 。如果试样的宽度与产品宽度相同,按照实际测量的尺寸计算原始横截面积犛。表犃 薄板和薄带拉伸试样公称宽度公差单位为毫米试样公称宽度尺寸公差几何公差 如果试样的宽度公差满足本表,试样机加工后的横向尺寸可以用公称值而不必通过实际测量再计算。试样整个平行长度犔范围,宽度测量值的最大最小之差。犃 棒材、线材、型材拉伸试样犃 棒材、线材、型材拉伸试样通常是产品的一部分,不经机加工试样见图 。 犌犅犣 说明:犛 平行长度的原始横截面积;犔 试样原始标距;
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