材料性能測(cè)試用緊湊拉伸試樣的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種材料性能測(cè)試用緊湊拉伸試樣的制造方法以及由該方法得到的 用于材料性能測(cè)試的緊湊拉伸試樣。
【背景技術(shù)】
[0002] 平面應(yīng)變斷裂韌性Kie測(cè)試試驗(yàn)一般有兩種試樣，一種為標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)應(yīng)變?cè)嚇樱ù?hào) S(EB))，另一種為緊湊拉伸試樣（代號(hào)C(T))。緊湊拉伸試樣的基本結(jié)構(gòu)是已知的，即包括 外形一般為長(zhǎng)方體的試樣本體，該試樣本體的上表面豎直向下開(kāi)有一條寬度狹窄且貫穿試 樣本體前后表面的深槽，該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 設(shè)計(jì)以試樣本體的左側(cè)面與右側(cè)面之間的中心線左右對(duì)稱的左直壁和右直壁，尖角部具有 同樣設(shè)計(jì)以所述中心線左右對(duì)稱的左斜壁和右斜壁，左斜壁以及右斜壁的上端分別與左直 壁以及右直壁下端連接，左斜壁的下端與右斜壁的下端之間通過(guò)一個(gè)內(nèi)圓角連接；此外，在 試樣本體上還開(kāi)有一對(duì)對(duì)稱設(shè)置于深槽左右兩側(cè)的圓孔。
[0003] 緊湊拉伸試樣中有關(guān)其中深槽的尺寸主要有槽寬、槽高、槽深、左斜壁與右斜壁之 間的夾角以及內(nèi)圓角的半徑等。其中，槽寬指左直壁與右直壁之間的寬度；槽高指直槽部頂 端至內(nèi)圓角底端的距離；槽深指內(nèi)圓角底端至試樣本體下表面的距離。由于在試樣斷裂韌 性測(cè)試過(guò)程中，包括上述尺寸在內(nèi)的試樣尺寸、試樣材料、應(yīng)力狀態(tài)、加載方式、加載速率、 試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)環(huán)境等因素均會(huì)斷裂韌性的測(cè)試結(jié)果造成影響，因此，在選擇斷裂韌性試 驗(yàn)條件時(shí)，必須盡可能接近實(shí)際工作條件和環(huán)境。也就是說(shuō)，試樣尺寸和精度要求需要相應(yīng) 的根據(jù)實(shí)際工作條件和環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)。
[0004] 本發(fā)明的申請(qǐng)人此前在開(kāi)發(fā)一種用于核反應(yīng)堆壓力容器的緊湊拉伸試樣，該試樣 在反應(yīng)堆中承受核輻射、核腐蝕，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致物理機(jī)械性能下降，為確保反應(yīng)堆正常運(yùn)行， 不出現(xiàn)核泄露和核污染，規(guī)定每?jī)赡陱姆磻?yīng)堆中取出一定比例的試樣進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)， 通過(guò)測(cè)試這些試樣的斷裂韌性等機(jī)械性能，從而對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以判定反應(yīng)堆能否繼 續(xù)運(yùn)行。該緊湊拉伸試樣的尺寸根據(jù)其特殊的工作條件和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計(jì)，其中， 深槽的設(shè)計(jì)槽寬為〇. 8至5mm，設(shè)計(jì)寬高比為0. 02至0. 2,設(shè)計(jì)槽深為10至35mm，且左斜壁 與右斜壁之間的設(shè)計(jì)夾角為30至70°，內(nèi)圓角的設(shè)計(jì)半徑為0. 02至0. 6mm ;同時(shí)，要求該 深槽的形位誤差很小，以保證測(cè)試準(zhǔn)確度。
[0005] 由于上述深槽寬度窄深度大且精度要求又比普通試樣的精度要求高得多（尤其 對(duì)槽寬、槽深、內(nèi)圓角半徑以及深槽左右對(duì)稱度等關(guān)鍵參數(shù)精度要求高），因此該試樣的制 造難度極大。由于國(guó)外的核電技術(shù)發(fā)展較早，照理說(shuō)應(yīng)該有能夠達(dá)到類似精度的緊湊拉伸 試樣。然而，據(jù)申請(qǐng)人了解，國(guó)內(nèi)外對(duì)此類緊湊拉伸試樣的制造一直采用壓力成型、化學(xué)腐 蝕、電火花或是線切割的加工方式來(lái)成型深槽，這些加工方式加工出的深槽根本達(dá)不到較 高的精度要求。為此，申請(qǐng)人開(kāi)創(chuàng)性采用了砂輪成型磨削來(lái)成型深槽（根據(jù)一般的看法，槽 寬小于IOmm的深槽不易采用砂輪磨削，否則砂輪易崩裂，磨肩排出和砂輪冷卻也是問(wèn)題， 磨削精度很難保證），同時(shí)，為盡量減少磨削中可能產(chǎn)生的問(wèn)題，先采用線切割割出深槽外 形并預(yù)留少量余量，然后再聘請(qǐng)刀具磨高級(jí)技師將砂輪修磨成一定形狀后成型精磨深槽。 但是，這種方法加工的深槽單就槽寬一項(xiàng)始終與要求的槽寬相差0. 7_左右，完全不能滿 足需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于上述背景，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種改進(jìn)的材料性能測(cè)試用 緊湊拉伸試樣的制造方法并提供一種由該方法得到的用于材料性能測(cè)試的緊湊拉伸試樣。 該試樣中深槽的制造精度很高且表面質(zhì)量理想，更好保證斷裂韌性測(cè)試試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 [0007] 本發(fā)明的材料性能測(cè)試用緊湊拉伸試樣的制造方法，包括精加工出試樣本體的外 形、再在精加工出試樣本體外形的工件上粗加工出一條從該工件的上表面豎直向下延伸的 寬度狹窄且貫穿所述工件前后表面的深槽，然后對(duì)該深槽進(jìn)行精加工的環(huán)節(jié)，精加工后的 深槽包括直槽部和位于直槽部底部的尖角部，直槽部具有設(shè)計(jì)以試樣本體的左側(cè)面與右側(cè) 面之間的中心線左右對(duì)稱的左直壁和右直壁，尖角部具有設(shè)計(jì)以所述中心線左右對(duì)稱的 左斜壁和右斜壁，左斜壁以及右斜壁的上端分別與左直壁以及右直壁下端連接，左斜壁的 下端與右斜壁的下端之間通過(guò)一個(gè)內(nèi)圓角連接，左直壁與右直壁之間的寬度為槽寬，直槽 部頂端至內(nèi)圓角底端距離為槽高，內(nèi)圓角底端至試樣本體下表面的距離為槽深，槽寬/槽 高為寬高比，該深槽的設(shè)計(jì)槽寬為〇. 8至5mm，設(shè)計(jì)寬高比為0. 02至0. 2,設(shè)計(jì)槽深為10 至35mm，且左斜壁與右斜壁之間的設(shè)計(jì)夾角為30至70°，內(nèi)圓角的設(shè)計(jì)半徑為0. 02至 0. 6mm ；
[0008] 其中，對(duì)深槽的精加工具體包括如下步驟：
[0009] 一、粗磨深槽
[0010] a、選用硬度為L(zhǎng)至N級(jí)的第一砂輪并采用左右對(duì)稱修磨方式對(duì)其進(jìn)行修磨，修磨 后第一砂輪的實(shí)際厚度比設(shè)計(jì)槽寬（在未指明設(shè)計(jì)尺寸的公差上限值和下限值時(shí)，一律指 設(shè)計(jì)基本尺寸）窄0. 02至0. 12mm ;然后用第一砂輪粗磨所述直槽部，粗磨時(shí)將第一砂輪 的左右對(duì)稱中心線與所述左側(cè)面與右側(cè)面之間的中心線保持重合，第一砂輪的轉(zhuǎn)速控制為 3200至4000轉(zhuǎn)/分鐘，第一砂輪的移動(dòng)速度控制為15至40米/分鐘，當(dāng)?shù)谝簧拜喢垦卦?樣本體的前后方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次以上則將第一砂輪向下進(jìn)給一次，每次進(jìn)給量為〇. 01至 0. 05mm，第一砂輪每向下進(jìn)給2至4次噴一次冷卻液；
[0011] b、若a步修磨時(shí)未將第一砂輪輪緣尖角及尖角尖端處外圓角修磨到位，則采用左 右對(duì)稱修磨方式對(duì)第一砂輪進(jìn)行二次修磨后再進(jìn)入后續(xù)操作，二次修磨后第一砂輪尖角處 的實(shí)際角度為左斜壁與右斜壁之間的設(shè)計(jì)夾角角度±2°范圍內(nèi)，第一砂輪的尖角尖端處 外圓角實(shí)際半徑為所述內(nèi)圓角的設(shè)計(jì)半徑±0. 〇5mm范圍內(nèi)，若a步修磨時(shí)已將第一砂輪 輪緣尖角及尖角尖端處外圓角修磨到位則直接進(jìn)入后續(xù)操作；使用第一砂輪粗磨所述尖角 部，粗磨時(shí)將第一砂輪的左右對(duì)稱中心線與所述左側(cè)面與右側(cè)面之間的中心線保持重合， 第一砂輪的轉(zhuǎn)速控制為3200至4000轉(zhuǎn)/分鐘，第一砂輪的移動(dòng)速度控制為15至40米/分 鐘，當(dāng)?shù)谝簧拜喢垦卦嚇颖倔w的前后方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次以上則將第一砂輪向下進(jìn)給一次， 每次進(jìn)給量為〇. 01至〇. 〇5mm，第一砂輪每向下進(jìn)給2至4次噴一次冷卻液；
[0012] 二、精磨深槽
[0013] c、選用硬度為L(zhǎng)至N級(jí)的第二砂輪并采用左右對(duì)稱修磨方式對(duì)其進(jìn)行修磨，修磨 后第二砂輪的實(shí)際厚度比設(shè)計(jì)槽寬的上限值（指公差的上限值）小0.0 l至0. 025mm ;使用 第二砂輪精磨所述直槽部，精磨時(shí)將第一砂輪的左右對(duì)稱中心線與所述左側(cè)面與右側(cè)面之 間的中心線保持重合，第一砂輪的轉(zhuǎn)速控制為2800至3200轉(zhuǎn)/分鐘，第一砂輪的移動(dòng)速度 控制為10至18米/分鐘，當(dāng)?shù)谝簧拜喢垦卦嚇颖倔w的前后方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次以上則將第 一砂輪向下進(jìn)給一次，每次進(jìn)給量為0. 001至0. 〇〇5_，第一砂輪每向下進(jìn)給1至3次噴一 次冷卻液；
[0014] d、采用對(duì)稱修磨方式對(duì)第二砂輪進(jìn)行二次修磨，二次修磨后第二砂輪尖角處的實(shí) 際角度為左斜壁與右斜壁之間的設(shè)計(jì)夾角角度±2°范圍內(nèi)，第二砂輪的尖角尖端處外圓 角實(shí)際半徑為所述內(nèi)圓角的設(shè)計(jì)半徑±0. 〇5mm范圍內(nèi)；然后，使用第二砂輪精磨所述尖角 部，精磨時(shí)將第一砂輪的左右對(duì)稱中心線與所述左側(cè)面與右側(cè)面之間的中心線保持重合， 第一砂輪的轉(zhuǎn)速控制為2800至3200轉(zhuǎn)/分鐘，第一砂輪的移動(dòng)速度控制為10至18米/分 鐘，當(dāng)?shù)谝簧拜喢垦卦嚇颖倔w的前后方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次以上則將第一砂輪向下進(jìn)給一次， 每次進(jìn)給量為〇. 001至〇. 〇〇5_，第一砂輪每向下進(jìn)給1至3次噴一次冷卻液。
[0015] 進(jìn)一步的是，在上述方法中的精磨深槽環(huán)節(jié)中，至少d步可重復(fù)操作兩次以上，在 每一次重復(fù)操作d步時(shí)，均可采用一塊新的第二砂輪修磨后用來(lái)加工，且每一次新使用的 第二砂輪的粒度應(yīng)比使用的前一第二砂輪的粒度更小，即第二砂輪的粒度根據(jù)其使用先后 順序依次遞減。這樣，可以更好的保證內(nèi)圓角的半徑以及槽深的加工精度。
[0016] 上述方法一般通過(guò)線切割粗加工出所述深槽，粗加工后的深槽預(yù)留余量?jī)?yōu)選為 0. 2至0. 5mm。此外，所述步驟a、步驟b、步驟c和/或步驟d中的冷卻液優(yōu)選采用WD-40除 濕防銹潤(rùn)滑劑。"WD-40除濕防銹潤(rùn)滑劑"是美國(guó)WD-40公司的商品。在加工過(guò)程中，發(fā)明 人注意到，砂輪接觸工件產(chǎn)生的熱能較高，由于砂輪很薄，槽的寬高比較大，因此砂輪散熱 性也差；砂輪精加工時(shí)產(chǎn)生的磨肩易附著在砂輪的切削面上從而改變砂輪的形狀及尺寸， 加大摩擦力，升溫加劇，進(jìn)而導(dǎo)致砂輪粘接劑性能改變，尖角處的砂粒容易脫落，磨損比較 明顯。因此，為解決砂輪冷卻和砂粒脫落問(wèn)題，發(fā)明人試用了國(guó)內(nèi)外的十幾種型號(hào)的油基、 水基冷卻液驗(yàn)證對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)WD-40除濕防銹潤(rùn)滑劑能夠分解、清洗附著的磨肩，并起到出 乎意料的冷卻效果，從而保障了加工的優(yōu)質(zhì)高效。此外，上述方法中的第一砂輪和第二砂輪 均優(yōu)選諾頓砂輪，該諾頓砂輪具體是指法國(guó)圣戈斑集團(tuán)的"NORTON"砂輪，其中第一砂輪的 具體型號(hào)優(yōu)選為WA80