一种计算小冲杆试验断后延伸率的方法
【专利摘要】本发明公开了一种计算小冲杆试验断后延伸率的计算方法，其首先采用3D重建技术，得到小冲杆试验后的试样3D模型及尺寸。通过3D模型俯视图找到断裂缺口最大处，从而确定要测量的位置。通过该位置的试样曲线长度与断口长度之差记为Lu，试验前的圆盘直径记为L0，则断后伸长率A=(Lu-L0)/L0×100%。本发明根据材料的断后伸长率的定义，采用3D重建技术，可实现自动寻找最大缺口位置和计算断后伸长率，避免了利用试样中心点位移值拟合得到断后伸长率，从而提高了计算断后伸长率的准确率，为推广小冲杆试验技术提供数据基础。
【专利说明】一种计算小冲杆试验断后延伸率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计算金属材料塑性指标的方法，具体涉及计算小冲杆试验断后延伸率的计算方法。
【背景技术】
[0002]火电、核电、石油化工及冶金行业中有大量的在役锅炉、压力容器和压力管道等承压设备，设备材料长期在高温下服役或中子辐照后会受到不同程度的损伤和性能退化，如何检测、评价材料状况和预测剩余寿命一直是行业内的热点问题。然而，传统常规试验方法只能有损地割取试样，然后进行材料各种性能的测试评定，这种做法对原设备结构有明显的损伤与破坏，既不经济，也限制了在役设备的评定。小冲杆试验是近年来迅速发展起来的一种既具有“无损取样”性又能确定材料性能的新型试验方法。该方法既能测试出材料的实际力学性能指标，又无需对被取样设备进行取后修补。由于其所需的试样十分微小，小冲杆试验技术可以看做是一种近于无损试验的技术。
[0003]参见附图4和附图5,小冲杆试验时一种以微型圆盘状试样(直径为8mnTl0mm,厚度为0.5mm)为试验对象的力学性能试验方法，该方法通过固定圆盘试样边缘，以机械加载方式利用冲杆的半球形冲头或冲杆顶端的钢珠对试样中心处进行加载直至破裂，通过试验数据关联确定材料的力学性能。
[0004]参见附图5，金属材料常用的塑韧性指标为断后伸长率和断面收缩率。而断后伸长率是试验拉断后重新合并，标距的伸长与未拉伸前的原标距Ltl的百分比，用A表示，即
A= (Lu-L0) /L0 X 100% 式 I
相关文献中介绍，利用试样中心点位移u值(即顶出草帽的高度)能反映材料的塑性大小。可以根据试样中心点位移Umax与材料的断后伸长率A进行关联，建立相关方程，进行拟合而得到断面伸长率。
[0005]由以上分析可以得出，文献中试样在小冲杆试验后，通过测量高度来检测变形，也就是说变形仅由中心一点的变形量来表征，忽略其它部位变形，这必将造成结果的不正确性。而根据断后伸长率的定义可以看出，通过测量小冲杆试样直径(相当于固定的标距)的变值来反应断后伸长率是可行方法之一。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的问题在于提供一种计算小冲杆试验断后延伸率的计算方法，用于得到小冲杆试验数据中断面伸长率，避免了由点代替线的拟合过程，提高了计算的准确性。
[0007]为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下:
一种计算小冲杆试验断后延伸率的计算方法，其具体包括以下步骤:
采用3D扫描仪，扫描试验后的小冲杆试样，自动生成模型和各部位尺寸；
找出断裂缺口最大处，确定要测量的位置，并记录缺口长度； 测量通过该缺口位置的试样曲线长度，并与缺口长度之差记为Lu;
试验前的试样直径记为U，则断后伸长率A= (Lu-L0) /L0 X 100%。
[0008]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
本发明所提供的测量方法根据材料的断后伸长率的定义，采用3D重建技术，可实现自动寻找最大缺口位置和计算断后伸长率，避免了利用试样中心点位移值拟合得到断后伸长率，从而提高了计算断后伸长率的准确率，为推广小冲杆试验技术提供数据基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是小冲杆试验后的试样3D模型；
图2是图1的俯视图(显示了断裂缺口最大处)；
图3是通过最大断裂缺口的试样曲线示意图；
图4是目前小冲杆试验过程示意图(即试样的装夹及加载过程示意图)；
图5是常见拉伸试样的断后伸长示意图；
其中，1、断裂缺口 ；2、断裂缺口最大处；3、试样曲线；4、冲杆；5、上夹具；6、小钢珠；7、试样；8、下夹具。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和具体实施例来进一步的说明本发明。
[0011]采用3D扫描仪，扫描试验后的小冲杆试样，自动生成模型和各部位尺寸。找出断裂缺口最大处2，确定要测量的位置，并记录缺口长度。测量通过该缺口位置的试样曲线3长度，并与缺口长度之差记为Lu。试验前的试样直径记为U，则断后伸长率A=(Lu-Ltl)/L0X 100%ο
[0012]下面通过具体实施例来说明:
用于小冲杆试验的试样:材质:15CrMo ;试样厚度:0.507mm ；
用于测量断后延伸率的标准试样:直径为5mm，标距为25mm圆棒试样。
[0013]在24°C下进行小冲杆试验和标准拉伸试验。
[0014]标准试验测定断后伸长率为:A=28.70%
本方法测定值:
小冲杆试样测定值为:LU=12.79471mm ；L0=1mm ;测得断后延伸率为:27.9471%
采用小冲杆常用方法测定值:
断后延伸率A、中心点位移Umax和试样厚度t，经过大量的公式拟合，得到的关系式为:
A=13.158Umax / t_20.756
其中Umax测得值为:1.99096mm
带入公式测得:A=30.9053%
并且上述关系式通过大量的拟合而得，但对某一材料讲，有一定的误差。
[0015]通过上述计算，可以得出本专利提供的方法简单可行，计算准确。
[0016]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种计算小冲杆试验断后延伸率的计算方法，其特征在于:其包括以下步骤: 1)采用3D扫描仪，扫描经小冲杆试验后的圆盘状试样，自动生成其模型和各部位尺寸； 2)找出断裂缺口最大处(2)，确定要测量的位置，并记录缺口长度；3)测量通过该最大断裂缺口位置的试样曲线(3)长度，并与缺口长度之差记为Lu； 4)将试验前的试样直径记为U，则断后伸长率A=(Lu-Lci)ZlciXlOO?^
【文档编号】G01N3/00GK104316389SQ201410481864
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月21日 优先权日:2014年9月21日
【发明者】郑相锋, 牛晓光, 姜运建, 王庆, 柯浩 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司电力科学研究院, 河北省电力建设调整试验所