拉伸試驗是材料力學性能測試中重要的試驗方法之一。室溫拉伸試驗一般是指試樣在室溫環(huán)境，承受軸向拉伸載荷的條件下，測定材料特性的試驗方法。不同的拉伸試驗標準對試樣原始橫截面積測量和計算方法有所不同，ASTM標準(ASTM E8—2021《金 屬 材 料 拉 伸 試 驗 的 標 準 試 驗 方 法》和ASTM A370—2021《鋼產(chǎn)品機械性能測試的方法和定義》)對弧形試樣橫截面積測量的要求如表1所示，國標(GB/T 228.1—2021 《金屬材料 拉伸試驗第1部分:室溫試驗方法》)及ISO標準(ISO 6892-1:2019《金屬材料-拉伸試驗-第1部分：室溫下試驗方法》)對弧形試樣橫截面積測量的要求如表2所示。為了驗證標準要求與實際操作的符合性，蔡煜、殷緒強等研究人員依據(jù)ASTM A 370—2021和GB/T 228.1—2021對鋼管弧形試樣進行拉伸試驗，研究了試樣尺寸測量方法對鋼管弧形試樣力學性能的影響。
1、試樣制備及試驗方法
1.1 試樣制備
將性能均勻、穩(wěn)定，規(guī)格為177.8mm×8.05mm(外徑×壁厚)的37Mn5鋼管加工成弧形試樣，為了保證試驗結(jié)果的一致性，所有試樣的平行段寬度均按照25.4mm進行加工，加工方式如表3所示。
1.2 試驗方法
采用電子拉伸試驗機，配備全自動引伸計，引伸計標距為50mm。依據(jù) ASTM A370—2021對試樣1~5進 行拉伸試驗，依據(jù)GB/T 228.1—2021對試樣6~10進行拉伸試驗。使用壁厚千分尺測量試樣1~10的原始壁厚使用外徑千分尺測量試樣1~10的寬度。
試樣1~10均在減縮段劃分成5個區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)測量壁厚并進行記錄(見圖1)，試樣1~5直接測量中心部位(點3)，按最小值進行計算；試樣6~10在平行段部位測量寬度，按平均值進行計算。
2、試驗結(jié)果
試樣1~5的力學性能測試結(jié)果如表4所示，試樣6~10的力學性能測試結(jié)果如表5所示。由表4，5可以看出：按照ASTM A370—2021進行拉伸試驗，試樣寬度方向在減縮段中心呈錐度，中間寬度最小，在寬度最小部位測量壁厚，測量結(jié)果差異較小；按照 GB/T 228.1—2021進行拉伸試驗，試樣壁厚測量結(jié)果的差異在整個平行段方向最大為0.78mm，選擇3點平均與5點平均的計算方法，強度差異約15MPa。
3、綜合分析
鋼管產(chǎn)品加工弧形試樣，在壁厚方向會出現(xiàn)螺旋狀的起伏，導致在壁厚測量上存在爭議，寬度方向的尺寸精度由數(shù)控加工設(shè)備進行控制，形狀公差不超過0.03mm，尺寸公差控制在-0.1~0.1mm范圍內(nèi)。從表4可以看出，寬度的測量結(jié)果差異較小，但在整個平行段測量中，壁厚的測量結(jié)果差異較大，因此測量誤差主要來源于壁厚測量。
根據(jù)表4，5所示的斷裂部位進行分析，當寬度基本一致時，若排除試樣本身缺陷和加工缺陷的影響，拉伸斷裂較大概率發(fā)生在試樣平行部分原始橫截面尺寸較小的部位附近。按照 ASTM A370—2021標準加工試樣，加工時規(guī)定可以在減縮段加工一個錐度，控制減縮段中間最小部位的寬度比兩側(cè)寬度小0.04mm，測量時直接測量中間最小部位的寬度，并在該部位測量壁厚，測量3次取最小值，從斷裂部位看，基本都斷裂在測量部位，說明該試樣的力學性能測試結(jié)果更接近真實值。按照GB/T 228.1—2021標準要求，在試樣平行段測量足夠的點數(shù)，并取平均值參與橫截面積計算，對于壁厚差異較小的試樣，可選擇3點平均法進行計算，對于壁厚差異較大的試樣，使用5點或5點以上平均法進行計算，利于減少測量結(jié)果的誤差，使力學性能的測試結(jié)果更接近真實值。
ASTM A370—2021標準規(guī)定，試樣人為加工最小橫截面，寬度及壁厚的測量均在該處取最小值，在壁厚差異較小的情況下，控制斷裂發(fā)生在此處，可以保證試樣的力學性能測試結(jié)果更接近真實值。GB/T 228.1—2021標準對試樣橫截面積的計算提出了要求，對于壁厚差異較大的試樣，可以利用重復多次測量的方法來減少力學性能測試結(jié)果的誤差，但斷裂部位有較大概率出現(xiàn)偏在一邊的情況，會影響試樣斷后伸長率的測量。
4、結(jié)論
(1)對于鋼管弧形試樣，在寬度不作為主要誤差來源時，壁厚差異越大，尺寸測量誤差帶來力學性能測試結(jié)果的誤差就越大。
(2)根據(jù)ASTM A370—2021標準，試樣減縮段呈錐度，在壁厚差異不大的條件下，有利于得到真實、穩(wěn)定的測量結(jié)果，并能保證斷裂部位和測量部位基本一致。
(3)根據(jù)GB/T 228.1—2021標準，在平行段測量足夠的點數(shù)，采用平均值法計算橫截面積，對于壁厚差異較小的試樣，可選擇3點平均法進行計算，對于壁厚差異較大的試樣，可以采用5點或5點以上平均法進行計算，使試樣的力學性能測試結(jié)果更接近真實值。
(4)GB/T 228.1—2021標準可以考慮在加工試樣時，在平行段增加錐度,在壁厚差異較小的情況下，既能得到滿意的結(jié)果，又能保證斷裂部位在平行段中間。
