·822· 工程科学学报，第38卷，第6期 1.3单向拉伸试验 对六种成形温度下的拉伸试样断口进行扫描电镜分 在辊压成形工艺中，弯角处塑性形变会产生冷作 析.本实验设备采用德国ZEISS-EVO18钨灯丝扫描电 硬化效应圆，而加热温度可以改善高强钢的成形性能 镜，在放大1000倍时可清晰地观察到断口的形貌 并降低其强度，从而改变高强钢材料的强度和塑性 特征. 通过单向拉伸试验获得热成形温度对高强钢方管力学 1.5微观组织扫描电镜实验 性能的影响. 微观组织与高强钢的特性密不可分，为了更深层 在六种温度下热辊压成形的方管截面取样，即弯 次地分析热成形温度对高强钢方管弯角处微观组织的 角部位四个和平面部位三个，取样位置如图4所示，再 影响，对不同成形温度下试样弯角部位进行微观组织 加上从母材板料上取的三个试样，共45个拉伸试样. 的扫描电镜实验分析.在弯角处取样，镶样，打磨，机 本文主要研究热成形温度对弯角部位的影响，所设计 械抛光后，采用4%硝酸乙醇溶液腐蚀，使用ZEISS场 的加热线圈对焊缝部位没有进行热处理，将不对其进 发射扫描电镜放大2000倍观察弯角处显微组织变化 行拉伸试验研究.为了方便在拉伸试验中装卡夹头能 规律. 够夹持试样两端，试验前用压机将两端部位压平，经处 1.6X射线衍射实验 理后的角部拉伸试样如图5所示 在辊弯成形闭口型材中残余应力主要形成方式有 C 两种：塑性变形过程中产生的残余应力：焊接过程中产 焊缝 生的残余应力.研究表明，残余应力不仅会降低型材 的负载能力，而且对型材的抗疲劳强度、应力腐蚀开裂 有着重要影响.因此对高强钢方管的残余应力实 验研究，有助于合理地对其进行强度设计、工艺改进以 及提高产品质量. 采用X射线衍射方法对高强钢方管外表面残余 应力进行测量，分析热辊压成形温度对各部位残余应 力的影响.实验所采用的设备为X350A型X射线应 c 力仪，其主要测量参数见表2.为了较全面地分析整个 网平面试样 ☑角部试样 方管外表面残余应力的大小与分布情况，对不同成形 图4拉伸试样的取样位置 温度的方管外表面共取24个测量点，其分布示意图如 Fig.4 Sampling locations of tensile specimens 图6所示，每个测量点包含纵向残余应力和周向残余 应力 表2X射线衍射测量参数 Table 2 Measured parameters 50- 测量参数 测量值 50- X射线管 铬靶 靶射线波长/nm 0.2291 布拉格角/() 135~160 650- 晶面 211 光缝/mm 1 电压kV 子 图5试验前角部拉伸试样 电流/mA 25 Fig.5 Corner specimens before tensile testing 拉伸试验在WDW200D微控电子万能拉伸试验 2 实验结果与分析 机上进行，试验机最大拉伸力为200kN,加载过程按 2.1应力应变 照GB/T228一2010中的规范进行，拉伸速率选为 表3给出母材试样、平面试样和角部试样拉伸 1.5 mmmin 试验的强度和断后延伸率的平均值以及其比值.以 1.4断口形貌分析实验 母材试样拉伸结果为标准，可以看出：在室温25℃成 为观察试样断口形貌，分析拉伸试验的断裂特征， 形时，方管角部发生明显的加工硬化且断后延伸率工程科学学报，第 38 卷，第 6 期 1. 3 单向拉伸试验 在辊压成形工艺中，弯角处塑性形变会产生冷作 硬化效应［13］，而加热温度可以改善高强钢的成形性能 并降低其强度，从而改变高强钢材料的强度和塑性． 通过单向拉伸试验获得热成形温度对高强钢方管力学 性能的影响． 在六种温度下热辊压成形的方管截面取样，即弯 角部位四个和平面部位三个，取样位置如图 4 所示，再 加上从母材板料上取的三个试样，共 45 个拉伸试样． 本文主要研究热成形温度对弯角部位的影响，所设计 的加热线圈对焊缝部位没有进行热处理，将不对其进 行拉伸试验研究． 为了方便在拉伸试验中装卡夹头能 够夹持试样两端，试验前用压机将两端部位压平，经处 理后的角部拉伸试样如图 5 所示． 图 4 拉伸试样的取样位置 Fig． 4 Sampling locations of tensile specimens 图 5 试验前角部拉伸试样 Fig． 5 Corner specimens before tensile testing 拉伸试验在 WDW-200D 微控电子万能拉伸试验 机上进行，试验机最大拉伸力为 200 kN，加载过程按 照 GB / T228—2010 中 的 规 范 进 行，拉 伸 速 率 选 为 1. 5 mm·min － 1 ． 1. 4 断口形貌分析实验 为观察试样断口形貌，分析拉伸试验的断裂特征， 对六种成形温度下的拉伸试样断口进行扫描电镜分 析． 本实验设备采用德国 ZEISS-EVO18 钨灯丝扫描电 镜，在放 大 1000 倍时可清晰地观察到断口的形貌 特征． 1. 5 微观组织扫描电镜实验 微观组织与高强钢的特性密不可分，为了更深层 次地分析热成形温度对高强钢方管弯角处微观组织的 影响，对不同成形温度下试样弯角部位进行微观组织 的扫描电镜实验分析． 在弯角处取样，镶样，打磨，机 械抛光后，采用 4% 硝酸乙醇溶液腐蚀，使用 ZEISS 场 发射扫描电镜放大 2000 倍观察弯角处显微组织变化 规律． 1. 6 X 射线衍射实验 在辊弯成形闭口型材中残余应力主要形成方式有 两种: 塑性变形过程中产生的残余应力; 焊接过程中产 生的残余应力． 研究表明，残余应力不仅会降低型材 的负载能力，而且对型材的抗疲劳强度、应力腐蚀开裂 有着重要影响［14］． 因此对高强钢方管的残余应力实 验研究，有助于合理地对其进行强度设计、工艺改进以 及提高产品质量． 采用 X 射线衍射方法对高强钢方管外表面残余 应力进行测量，分析热辊压成形温度对各部位残余应 力的影响． 实验所采用的设备为 X350A 型 X 射线应 力仪，其主要测量参数见表 2． 为了较全面地分析整个 方管外表面残余应力的大小与分布情况，对不同成形 温度的方管外表面共取 24 个测量点，其分布示意图如 图 6 所示，每个测量点包含纵向残余应力和周向残余 应力． 表 2 X 射线衍射测量参数 Table 2 Measured parameters 测量参数 测量值 X 射线管 铬靶 靶射线波长/ nm 0. 2291 布拉格角/( °) 135 ～ 160 晶面 211 光缝/mm 1 电压/ kV 25 电流/mA 25 2 实验结果与分析 2. 1 应力应变 表 3 给出母材试样、平面试 样 和 角 部 试 样 拉 伸 试验的强度和断后延伸率的平均值以及其比值． 以 母材试样拉伸结果为标准，可以看出: 在室温 25 ℃ 成 形时，方管角部发生明显的加工硬化且断后延伸率 · 228 ·