摘 要:分別在不同牌號 H 型鋼的腹板和翼緣取樣,按照標準制備成１A 及１B試樣進行拉伸試 驗,研究了 H 型鋼不同部位、不同尺寸試樣對拉伸試驗結果的影響.結果表明:H 型鋼腹板試樣的 強度比翼緣試樣的高,拉伸試樣應盡量在翼緣部位取樣.
關鍵詞:H 型鋼;翼緣;腹板;力學性能;拉伸試驗;試樣
中圖分類號:TG１４２．１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０２０)０２Ｇ０００６Ｇ０４
H 型鋼有SS,SM,SN 等多種規(guī)格,因具有抗震 和相對輕便等優(yōu)點而受到越來越多的關注.國家體 育場、港珠澳大橋等世界矚目的建筑均使用大量的 H 型鋼作為梁或支架,因此 H 型鋼的質量也成為整 個建筑質量的重中之重.
對于 H 型鋼力學性能的測試,不同位置所取試 樣的測試結果會有所不同.因此拉伸試樣的取樣部 位及加工尺寸在國內外相關標準中均有明確規(guī)定. JISG０４１６:２００６«鋼及鋼產品 力學性能試樣取樣位 置及試樣制備»中第 A．２．１b)條規(guī)定對于法蘭寬度 小于１５０mm 的 H 型鋼,可以從筒體采集測試試樣 即腹板取樣;GB/T２９７５－２０１８ [１]也較１９９８版增加 了“對于翼緣無傾斜且大于１５０mm 的產品應從翼 緣取拉伸試樣”的內容.
為了更好地研究 H 型鋼產品的力學性能,深入 了解不同類型試樣對拉伸試驗結果的影響,筆者針 對不同牌號、不同規(guī)格的 H 型鋼分別在翼緣和腹板 取樣,并 按 照 JIS G０４１６:２００６,JISZ２２４１:２０１１ «金屬材料拉伸試驗方法»的要求加工成１A 和１B 試樣進行了對比試驗.
１ 試樣制備
選取牌號為 SS４００和 SM４９０B 相同規(guī)格的 H 型鋼各 兩 根,并 對 其 進 行 編 號.對 于 翼 緣 寬 度 為 ３００mm 的試樣,分別制備１A 及１B 試樣各３個. 對于翼緣寬度為１００mm 的試樣,在腹板取樣加工 成１A 和１B試樣各３個,由于翼緣寬度較窄,只取 １B試樣３個;具體制樣方案見表１,拉伸試樣宏觀 形貌見圖１,各試樣尺寸見表２.
２ 試驗設備
使用德國 Zwizk公司的 Z１２００Y 型材料試驗機 進行拉伸試驗,該設備配備有雙肩平板夾具、０．５級軸 向引伸計以及０．５級載荷傳感器.拉伸試驗機參數 設置同時符合國標及日標要求.在彈性范圍至上屈 服階段,應力速率設置為１５MPa??s－１;在塑性變形范 圍至規(guī)定強度,應變速率設置為０．００１５s－１,平行長 度內的應變速率應盡可能保持恒定;測定屈服強度或 者塑性延伸強度之后,應變速率設置為０．００６s－１.
３ 試驗結果與討論
拉伸斷裂 后 試 樣 的 宏 觀 形 貌 如 圖 ２ 所 示,各 試樣測試結果如表３所示.可以看出同一取樣部 位、同一類 型 試 樣 的 上 屈 服 強 度、抗 拉 強 度、斷 后 伸長率基 本 相 同.對 于 取 自 翼 緣 的 試 樣,其 斷 后 伸長 率 由 于 橫 截 面 積 不 同 會 有 所 差 別. 根 據 Oliver公式,即
式中:A 為斷后伸長率;S０ 為試樣原始橫截面積; L０ 為試樣原始標距長度;α、m 為材料相關系數.
可知１A 試樣的斷后伸長率約為１B試樣的１．１ 倍.該試驗所得數據與 Oliver公式計算結果基本 一致,但腹板１A,１B試樣的屈服強度及抗拉強度均 比翼緣試樣的高,尤其是腹板試樣的屈服強度明顯 高于翼緣試樣的.從軋制工藝來看,在截面相同時, 流到腹板或淤積在腹板上的冷卻水比翼緣上的多, 腹板的冷卻速度快,獲得的組織較細,因此強度比翼 緣的高,可見試驗結果也與軋制工藝相吻合.
計 算 得 出 ２０ ℃ 時 的 電 阻 系 數 ρ２０ ＝ ０．０１７４Ω??mm２??m－１.
３．２．３ 擴展不確定度的評定
取置信概率為９５％,包含因子k＝２,擴展不確 定 度 為 U９５ ＝ k ??u２(ρ２０)＝ ２ × ０．００１ ３ ＝ ０．００２６Ω??mm２??m－１.
３．３ 不確定度報告
電阻系 數 測 量 結 果 為ρ２０ ＝０．０１７４±U９５ ＝ (０．０１７４±０．００２６)Ω??mm２??m－１.
４ 結論
(１)稱重法測得的截面積和電阻系數擴展不確 定度均大于計算法測得的.
(２)在d 實測值和f 值均符合產品標準要求 時,采用 計 算 法 測 量 試 樣 截 面 積 更 為 可 靠,這 與 GB/T３５１－１９９５ 對 圓 形 截 面 積 導 體 的 測 量 要 求 一致.
(３)稱重法測量截面積的不確定度主要受卡尺 最大允許誤差影響,這也是導致稱重法不確定度大 于計算法不確定度的主要原因.采用最大允許誤差 較小的 卡 尺 可 在 一 定 程 度 上 減 小 稱 重 法 的 不 確 定度.
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