材料性能测试用紧凑拉伸试样的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种材料性能测试用紧凑拉伸试样的制造方法以及由该方法得到的 用于材料性能测试的紧凑拉伸试样。
【背景技术】
[0002] 平面应变断裂韧性Kie测试试验一般有两种试样，一种为标准三点应变试样（代号 S(EB))，另一种为紧凑拉伸试样（代号C(T))。紧凑拉伸试样的基本结构是已知的，即包括 外形一般为长方体的试样本体，该试样本体的上表面竖直向下开有一条宽度狭窄且贯穿试 样本体前后表面的深槽，该深槽包括直槽部和位于直槽部底部的尖角部，其中，直槽部具有 设计以试样本体的左侧面与右侧面之间的中心线左右对称的左直壁和右直壁，尖角部具有 同样设计以所述中心线左右对称的左斜壁和右斜壁，左斜壁以及右斜壁的上端分别与左直 壁以及右直壁下端连接，左斜壁的下端与右斜壁的下端之间通过一个内圆角连接；此外，在 试样本体上还开有一对对称设置于深槽左右两侧的圆孔。
[0003] 紧凑拉伸试样中有关其中深槽的尺寸主要有槽宽、槽高、槽深、左斜壁与右斜壁之 间的夹角以及内圆角的半径等。其中，槽宽指左直壁与右直壁之间的宽度；槽高指直槽部顶 端至内圆角底端的距离；槽深指内圆角底端至试样本体下表面的距离。由于在试样断裂韧 性测试过程中，包括上述尺寸在内的试样尺寸、试样材料、应力状态、加载方式、加载速率、 试验温度和试验环境等因素均会断裂韧性的测试结果造成影响，因此，在选择断裂韧性试 验条件时，必须尽可能接近实际工作条件和环境。也就是说，试样尺寸和精度要求需要相应 的根据实际工作条件和环境来设计。
[0004] 本发明的申请人此前在开发一种用于核反应堆压力容器的紧凑拉伸试样，该试样 在反应堆中承受核辐射、核腐蚀，进而会导致物理机械性能下降，为确保反应堆正常运行， 不出现核泄露和核污染，规定每两年从反应堆中取出一定比例的试样进行机械性能试验， 通过测试这些试样的断裂韧性等机械性能，从而对试验数据进行分析以判定反应堆能否继 续运行。该紧凑拉伸试样的尺寸根据其特殊的工作条件和应用环境进行了相应设计，其中， 深槽的设计槽宽为〇. 8至5mm，设计宽高比为0. 02至0. 2,设计槽深为10至35mm，且左斜壁 与右斜壁之间的设计夹角为30至70°，内圆角的设计半径为0. 02至0. 6mm ;同时，要求该 深槽的形位误差很小，以保证测试准确度。
[0005] 由于上述深槽宽度窄深度大且精度要求又比普通试样的精度要求高得多（尤其 对槽宽、槽深、内圆角半径以及深槽左右对称度等关键参数精度要求高），因此该试样的制 造难度极大。由于国外的核电技术发展较早，照理说应该有能够达到类似精度的紧凑拉伸 试样。然而，据申请人了解，国内外对此类紧凑拉伸试样的制造一直采用压力成型、化学腐 蚀、电火花或是线切割的加工方式来成型深槽，这些加工方式加工出的深槽根本达不到较 高的精度要求。为此，申请人开创性采用了砂轮成型磨削来成型深槽（根据一般的看法，槽 宽小于IOmm的深槽不易采用砂轮磨削，否则砂轮易崩裂，磨肩排出和砂轮冷却也是问题， 磨削精度很难保证），同时，为尽量减少磨削中可能产生的问题，先采用线切割割出深槽外 形并预留少量余量，然后再聘请刀具磨高级技师将砂轮修磨成一定形状后成型精磨深槽。 但是，这种方法加工的深槽单就槽宽一项始终与要求的槽宽相差0. 7_左右，完全不能满 足需要。
【发明内容】
[0006] 基于上述背景，本发明所要解决的技术问题在于提供一种改进的材料性能测试用 紧凑拉伸试样的制造方法并提供一种由该方法得到的用于材料性能测试的紧凑拉伸试样。 该试样中深槽的制造精度很高且表面质量理想，更好保证断裂韧性测试试验的准确性。 [0007] 本发明的材料性能测试用紧凑拉伸试样的制造方法，包括精加工出试样本体的外 形、再在精加工出试样本体外形的工件上粗加工出一条从该工件的上表面竖直向下延伸的 宽度狭窄且贯穿所述工件前后表面的深槽，然后对该深槽进行精加工的环节，精加工后的 深槽包括直槽部和位于直槽部底部的尖角部，直槽部具有设计以试样本体的左侧面与右侧 面之间的中心线左右对称的左直壁和右直壁，尖角部具有设计以所述中心线左右对称的 左斜壁和右斜壁，左斜壁以及右斜壁的上端分别与左直壁以及右直壁下端连接，左斜壁的 下端与右斜壁的下端之间通过一个内圆角连接，左直壁与右直壁之间的宽度为槽宽，直槽 部顶端至内圆角底端距离为槽高，内圆角底端至试样本体下表面的距离为槽深，槽宽/槽 高为宽高比，该深槽的设计槽宽为〇. 8至5mm，设计宽高比为0. 02至0. 2,设计槽深为10 至35mm，且左斜壁与右斜壁之间的设计夹角为30至70°，内圆角的设计半径为0. 02至 0. 6mm ；
[0008] 其中，对深槽的精加工具体包括如下步骤：
[0009] 一、粗磨深槽
[0010] a、选用硬度为L至N级的第一砂轮并采用左右对称修磨方式对其进行修磨，修磨 后第一砂轮的实际厚度比设计槽宽（在未指明设计尺寸的公差上限值和下限值时，一律指 设计基本尺寸）窄0. 02至0. 12mm ;然后用第一砂轮粗磨所述直槽部，粗磨时将第一砂轮 的左右对称中心线与所述左侧面与右侧面之间的中心线保持重合，第一砂轮的转速控制为 3200至4000转/分钟，第一砂轮的移动速度控制为15至40米/分钟，当第一砂轮每沿试 样本体的前后方向往复运动一次以上则将第一砂轮向下进给一次，每次进给量为〇. 01至 0. 05mm，第一砂轮每向下进给2至4次喷一次冷却液；
[0011] b、若a步修磨时未将第一砂轮轮缘尖角及尖角尖端处外圆角修磨到位，则采用左 右对称修磨方式对第一砂轮进行二次修磨后再进入后续操作，二次修磨后第一砂轮尖角处 的实际角度为左斜壁与右斜壁之间的设计夹角角度±2°范围内，第一砂轮的尖角尖端处 外圆角实际半径为所述内圆角的设计半径±0. 〇5mm范围内，若a步修磨时已将第一砂轮 轮缘尖角及尖角尖端处外圆角修磨到位则直接进入后续操作；使用第一砂轮粗磨所述尖角 部，粗磨时将第一砂轮的左右对称中心线与所述左侧面与右侧面之间的中心线保持重合， 第一砂轮的转速控制为3200至4000转/分钟，第一砂轮的移动速度控制为15至40米/分 钟，当第一砂轮每沿试样本体的前后方向往复运动一次以上则将第一砂轮向下进给一次， 每次进给量为〇. 01至〇. 〇5mm，第一砂轮每向下进给2至4次喷一次冷却液；
[0012] 二、精磨深槽
[0013] c、选用硬度为L至N级的第二砂轮并采用左右对称修磨方式对其进行修磨，修磨 后第二砂轮的实际厚度比设计槽宽的上限值（指公差的上限值）小0.0 l至0. 025mm ;使用 第二砂轮精磨所述直槽部，精磨时将第一砂轮的左右对称中心线与所述左侧面与右侧面之 间的中心线保持重合，第一砂轮的转速控制为2800至3200转/分钟，第一砂轮的移动速度 控制为10至18米/分钟，当第一砂轮每沿试样本体的前后方向往复运动一次以上则将第 一砂轮向下进给一次，每次进给量为0. 001至0. 〇〇5_，第一砂轮每向下进给1至3次喷一 次冷却液；
[0014] d、采用对称修磨方式对第二砂轮进行二次修磨，二次修磨后第二砂轮尖角处的实 际角度为左斜壁与右斜壁之间的设计夹角角度±2°范围内，第二砂轮的尖角尖端处外圆 角实际半径为所述内圆角的设计半径±0. 〇5mm范围内；然后，使用第二砂轮精磨所述尖角 部，精磨时将第一砂轮的左右对称中心线与所述左侧面与右侧面之间的中心线保持重合， 第一砂轮的转速控制为2800至3200转/分钟，第一砂轮的移动速度控制为10至18米/分 钟，当第一砂轮每沿试样本体的前后方向往复运动一次以上则将第一砂轮向下进给一次， 每次进给量为〇. 001至〇. 〇〇5_，第一砂轮每向下进给1至3次喷一次冷却液。
[0015] 进一步的是，在上述方法中的精磨深槽环节中，至少d步可重复操作两次以上，在 每一次重复操作d步时，均可采用一块新的第二砂轮修磨后用来加工，且每一次新使用的 第二砂轮的粒度应比使用的前一第二砂轮的粒度更小，即第二砂轮的粒度根据其使用先后 顺序依次递减。这样，可以更好的保证内圆角的半径以及槽深的加工精度。
[0016] 上述方法一般通过线切割粗加工出所述深槽，粗加工后的深槽预留余量优选为 0. 2至0. 5mm。此外，所述步骤a、步骤b、步骤c和/或步骤d中的冷却液优选采用WD-40除 湿防锈润滑剂。"WD-40除湿防锈润滑剂"是美国WD-40公司的商品。在加工过程中，发明 人注意到，砂轮接触工件产生的热能较高，由于砂轮很薄，槽的宽高比较大，因此砂轮散热 性也差；砂轮精加工时产生的磨肩易附着在砂轮的切削面上从而改变砂轮的形状及尺寸， 加大摩擦力，升温加剧，进而导致砂轮粘接剂性能改变，尖角处的砂粒容易脱落，磨损比较 明显。因此，为解决砂轮冷却和砂粒脱落问题，发明人试用了国内外的十几种型号的油基、 水基冷却液验证对比后，发现WD-40除湿防锈润滑剂能够分解、清洗附着的磨肩，并起到出 乎意料的冷却效果，从而保障了加工的优质高效。此外，上述方法中的第一砂轮和第二砂轮 均优选诺顿砂轮，该诺顿砂轮具体是指法国圣戈斑集团的"NORTON"砂轮，其中第一砂轮的 具体型号优选为WA80