專利名稱：一種夏比v型缺口標準沖擊試樣的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及力學性能測試領(lǐng)域，具體應(yīng)用于擺錘式?jīng)_擊試驗機計量 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沖擊試驗機是力學性能測試最頻繁使用的通用設(shè)備，為保持試驗機 測量示值的準確性，試驗機必須進行校驗以確定設(shè)備的準確性符合相關(guān)
要求。目前發(fā)達國家和國際標準化組織ISO都要求每年用沖擊功標準偏 差小于5%的V型缺口沖擊標樣來校驗沖擊試驗機。實踐證明沖擊標樣 對于驗證沖擊機的精度是有效的，采用標樣可以發(fā)現(xiàn)沖擊機存在的各種 問題例如試驗機支座間距偏大；試驗機支座位置與擺錘打擊中心偏離 等；因此定期采用開V型缺口沖擊標樣校驗沖擊機是必要的。
美國早在上世紀60年代就提出用沖擊標準樣品校驗沖擊試驗機，并 由美國陸軍研制出夏比V型缺口沖擊標準樣品進行試用，目前美國的沖 擊標準樣品分低、高和超高等三個能量級，其標準偏差在2% 4%之間； 法國20世紀90年代也批量制作出沖擊功變異系數(shù)小于5%的V型缺口 沖擊標樣，并制定標準要求用標樣校驗沖擊試驗機。在新修訂的 GB/T18658-2002《擺錘式?jīng)_擊試驗機檢驗用夏比缺口標準試樣》和 GB/T3808-2002《擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗》中都明確規(guī)定需采用標準沖 擊試樣來校準試驗機。目前國內(nèi)寶鋼采用熱軋低碳鋼板制作了開V型缺 口的內(nèi)控沖擊標樣，該標樣的實物水平變異系數(shù)小于3%,在實際應(yīng)用中 發(fā)揮了一定作用。但寶鋼標樣V型缺口部位的加工質(zhì)量與國標 GB/T18658-2002的規(guī)定尚存在一定差距，主要不足在于V型缺口的角 度、外形和根部光潔度等指標不理想。
應(yīng)該注意到由于V型缺口試樣在動態(tài)斷裂時缺口根部的應(yīng)力狀態(tài) 非常復雜，試樣斷裂時裂紋擴展路徑的不確定性與試樣自身組織的不均 勻造成沖擊功的波動范圍較大，因此研制符合要求的V型缺口沖擊標樣存在較大技術(shù)難度。為滿足技術(shù)要求，不僅要選擇自身組織較為穩(wěn)定的 標樣材料，與此同時盡量降低樣本外形間的差異也是非常重要的，這其
中v型缺口的加工質(zhì)量極為關(guān)鍵。如果采用普通沖擊試樣的加工工藝(銑
刀或拉刀)加工V型缺口難以確保加工質(zhì)量滿足GB/T18658-2002的要求， 主要不足在于缺口的深度、角度、外形和根部光潔度等指標不理想，因 此需要在標樣的加工工藝上采取一些特殊措施。這在很大程度上增加了 標樣的加工成本，降低了加工效率。
為了避免V型缺口標樣能量波動過大的缺點，簡化制作工藝，近年 來，國內(nèi)鋼鐵研究總院也開發(fā)出了弧型(拱型)缺口沖擊標準樣品。但應(yīng) 注意到，弧型標樣的沖擊過程與普通沖擊試樣的日常檢驗方式并未保持 嚴格一致，實際應(yīng)用也表明該標樣對某些設(shè)備缺陷缺乏足夠的敏感性(如 試樣支座間距偏大、試樣對中不良等)。另外在美國標準技術(shù)研究院(簡 稱NIST)提供的指導性文件《Installing， Maintaining, and Verifying Your Charpy Impact Machine》明確指出由于利用標樣在檢定過程中存在"補 償性誤差"，即標樣對設(shè)備的某些缺陷，如試樣對中不良、錘頭對中不 良、擺臂彎曲等缺乏足夠的敏感性，如果單純依靠標準沖擊能量值Ka 對設(shè)備進行檢定，其結(jié)果會偏于寬松。為了全面評價設(shè)備的工作狀態(tài)， 需要進行沖斷試樣的斷后檢查，在該文件中詳細介紹了標樣的斷后檢査 項目。項目涉及砧座磨損(worn anvils)、試樣對中不良(Off-Center Specimen)、錘頭對中不良(Off-Center Striker)等諸多方面。可是由于 弧型標樣自身的特點，其在室溫或低溫條件下未能分離成獨立的兩部分， 就無法對其進行"斷后檢査"，這也是阻礙弧形標樣大規(guī)模推廣使用的 重要因素。
現(xiàn)有技術(shù)在實際應(yīng)用中存在以下缺點
1.目前國內(nèi)采用的弧型標樣嚴格意義上并不符合GB/T18658-2002 的技術(shù)要求，該樣品不僅在外形上不滿足GB/T18658-2002的規(guī)定，更 重要的是其在沖擊過程中無法實現(xiàn)真正的斷裂，從標樣對中直至標樣沖 過鉗口 ，標樣與試驗機兩者之間的真實狀態(tài)與日常工況存在明顯差異。 由于該標樣主觀上忽略了材料斷裂對其自身和設(shè)備所造成的影響，造成了標樣對某些設(shè)備缺陷，如試樣支座間距偏大、試樣對中不良、錘頭對 中不良等缺乏足夠的敏感性，如果單純依靠其對設(shè)備進行檢定，其結(jié)果 明顯偏于寬松。更重要的是弧形標樣無法分離成獨立的兩部分，就無法 進行沖斷試樣的斷后檢查。
2.現(xiàn)有標樣的能量級別覆蓋不全，目前無論是國內(nèi)或國外標樣的最 大能量級別在220J左右，沖擊能量在300J左右的標樣未見正式報道。 隨著國內(nèi)外大能量擺錘沖擊試驗機(額定能量〉300J)的普遍應(yīng)用，現(xiàn)有 標樣已經(jīng)無法滿足該類試驗機間接檢定的需要，急需開發(fā)出300J左右的 標樣來填補技術(shù)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種夏比V型缺口標準沖擊試樣 的加工方法，它具有采用高韌性材料作為標樣加工原料，在其上按照 GB/T18658-2002中規(guī)定開設(shè)了 V型缺口，使標樣對設(shè)備潛在缺陷的"敏 感性"得以提高；利用高精度光學曲線磨床加工V型缺口，使缺口部位 的加工質(zhì)量大大優(yōu)于GB/T18658-2002中的各項指標；調(diào)整了加工工序， 采用先磨削半成品缺口再對半成品進行分割的工序，使得標樣在外形公 差特別是缺口對中性方面保持一致，從而將樣本間的外形差異降到最低 程度，為進一步減小標樣能量波動范圍創(chuàng)造客觀條件的特點。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種夏比V型缺口標準沖擊試 樣的加工方法，其特征在于，按照下述步驟進行加工-
步驟一，采用高韌性鋼板作為標樣原料，首先將其加工成寬度 56mm、厚度10.5mm的毛坯料，為保證后續(xù)加工精度，該毛坯料留有一 定的加工余量；
步驟二，采用平面磨床對毛坯的四個外表面，即由厚度方向與長度 方向構(gòu)成的兩個外表面及其由寬度方向與長度方向構(gòu)成的兩個外表面進 行磨削加工，使毛坯各面的粗糙度及a《1.6wm，隨后將加工好后的毛坯 沿長度方向切割為厚度為10mm土0.05mm，寬度為55=。mm的半成品；
步驟三，采用高精度光學曲線磨床在半成品的中部按照GB/T18658-2002中的規(guī)定開V型缺口，缺口處橫截面高度為8mm± 0.05mm，缺口角度為45° ±1° ，缺口底部曲率半徑為0.25mm± 0.025mm;缺口面上的表面粗糙度/ a《1.6
步驟四，將已經(jīng)開好V型缺口的半成品再次沿長度方向每間隔 llmm進行分切，分切好的半成品的寬度為10. 5mm，厚度為10mm± 0.05mm，長度為55Q:mm;
步驟五，將分切好的半成品采用平面磨床對其切割面進行磨削，使 切割面的粗糙度i a《1.6/zm,將樣品寬度最終加工為10mm土0.05mm， 這樣分切好的半成品最終被加工為標樣成品。
優(yōu)選的加工方法為，按照下述步驟進行加工-
步驟一，采用高韌性潔凈船板鋼作為標樣原材料。首先對其進行正 火處理加熱溫度為850°C 980°C，保溫1 2小時后放置5個月以上 進行人工時效后，加工成寬度為56mm 58mm,厚度為10.5mm 13mm 的毛坯料，毛坯料留有2mm 3mm的加工余量；
步驟二，采用平面磨床對毛坯的四個外表面，即由厚度方向與長度 方向構(gòu)成的兩個外表面及其由寬度方向與長度方向構(gòu)成的兩個外表面進 行磨削加工，使毛坯各面的粗糙度A《1.6/zm，隨后將加工好后的毛坯 沿長度方向切割為厚度為10mm士0.05mm，寬度為55=Qmm的半成品；
步驟三，采用高精度光學曲線磨床在半成品的中部按照 GB/T18658-2002中的規(guī)定開V型缺口，缺口處橫截面高度為8mm士 0.05mm，缺口角度為45。 ±1° ，缺口底部曲率半徑為0.25mm± 0.025mm;缺口面上的表面粗糙度Aa《1.6m;
步驟四，將已經(jīng)開好V型缺口的半成品再次沿長度方向每間隔 llmm進行分切，分切好的半成品的寬度為10. 5ram，厚度為10mm± 0.05mm，長度為55^。mm;
步驟五，將分切好的半成品采用平面磨床對其切割面進行磨削，使 切割面的粗糙度A《1.6/im，將樣品寬度最終加工為10mm土0.05mm， 這樣分切好的半成品最終被加工為標樣成品。
對上述加工方法的進一步優(yōu)化為，步驟四為，將已經(jīng)開好V型缺口
7的半成品采用線切割再次沿長度方向每間隔llmm進行分切，分切好的 半成品寬度為10.5mm，厚度為10mm士0.05mm，長度為55!^。mm。 本發(fā)明的優(yōu)點在于
1. 本發(fā)明加工出的標樣嚴格按GB/T18658-2002中的規(guī)定開設(shè)了 V 型缺口，這樣標樣的使用方式與普通沖擊試樣的日常檢驗保持了嚴格一 致；同時V型缺口標樣自身對設(shè)備潛在缺陷的"敏感性"有所提高，特 別是可利用低溫下完全脆斷成獨立的兩部分樣品開展標樣的斷后檢查， 而斷后檢査可以很好的彌補標樣敏感性欠佳的問題，從而使沖擊試驗機 的評定工作更加全面和科學，這些方面明顯比國內(nèi)目前在用的弧型標樣 更具優(yōu)勢。
2. 對于V型缺口的加工，國內(nèi)目前的常規(guī)加工工藝通常是采用拉床 或銑床進行，普遍存在缺口加工的深度、角度、外形和根部光潔度等指 標不理想等問題，通過大型工具顯微鏡的實物檢測表明該類樣品的缺口 部位技術(shù)指標無法滿足GB/T18658-2002的要求。而本發(fā)明所提供的加 工方法采用高精度光學曲線磨床加工標樣V型缺口，缺口加工質(zhì)量明顯 優(yōu)于GB/T18658-2002的各項指標，這是常規(guī)加工工藝無法達到的。
3. 在配合采用高精密光學曲線磨床的同時，.本發(fā)明所提供的加工方 法還對現(xiàn)有的加工工序做出了調(diào)整。采取先磨削樣坯缺口，然后對樣坯 進行分割的工序，這樣可以保證標樣在外形公差特別是缺口對中性方面 保持一致，從而將樣本外形間的差異降到最低程度，為進一步減小標樣 的能量波動范圍創(chuàng)造了客觀條件。數(shù)據(jù)表明同批次標樣的標準偏差可控 制在3%以內(nèi)。
4. 利用高韌性的潔凈船板鋼作為標樣材料，并對其進行正火處理， 使材料自身在具有較佳均勻性的基礎(chǔ)上有更好的穩(wěn)定性。提供了一種能 量級達300J的夏比V型缺口標準沖擊試樣的加工方法，能夠加工出300J 左右的沖擊標樣，填補了超高能量標樣(能量級別&300J)的國內(nèi)外技 術(shù)空白，實踐證明即使經(jīng)過半年的存放后，標樣的能量值仍可穩(wěn)定在 298J土9J，標準偏差可控制在3%以內(nèi)。5.采用線切割的方式能夠節(jié)約材質(zhì)、降低加工難度。 通過本發(fā)明所制作出的標樣均開設(shè)有V型缺口 ，其使用方式與普通 沖擊試樣的日常檢驗保持嚴格一致，同時V型缺口標樣自身對設(shè)備潛在 缺陷的"敏感性"有所提高，并且可利用低溫下完全脆斷成獨立的兩部 分樣品開展標樣的斷后檢査工作。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。
圖1為磨削加工的毛坯料側(cè)視圖。
圖2為已開設(shè)V型缺口的半成品結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為已開設(shè)V型缺口的半成品側(cè)視圖。
圖4為I部放大圖。
圖5為將加工后的半成品進行分割的示意圖。
其中，卜毛坯料，2-毛坯料寬度，3-毛坯料厚度，4-開設(shè)V型缺口 的半成品，5-V型缺口， 6-V型缺口深度，7-V型缺口角度，8-底部曲率 半徑，9-標樣成品。
具體實施例方式
首先，采用一種高韌性鋼板作為標樣原料，對于該標樣原材料也可
以通過下述方式制作利用高韌性潔凈船板鋼作為標樣原材料，對其進
行正火處理加熱溫度為850。C 98(TC，保溫1 2小時后放置5個月 以上進行人工時效，對于加熱溫度，優(yōu)選95(TC，對于保溫時間，優(yōu)選 1.5小時。這樣可使材料自身具有較佳均勻性的基礎(chǔ)上有更好的穩(wěn)定性。 實踐證明即使經(jīng)過半年的存放后，標樣的能量值仍可穩(wěn)定在300J左右， 標樣的標準偏差可控制在3%以內(nèi)。
接下來，參照圖l所示的磨削加工毛坯料側(cè)視圖，將正火處理后的 標樣材料加工為毛坯料。毛坯料l的原始尺寸為寬度2為57mm，厚度3為12mm,長度不限，為確保標樣后續(xù)的加工精度，該毛坯料應(yīng)保 留足夠的加工余量，該加工余量為2mm。優(yōu)選的為，加工出的毛坯料l 的尺寸為210mm (長度)X56mm (寬度2) X 10.5mm(厚度3)，尺寸 為56mm的方向，即毛坯料1的寬度2方向為船板母材軋制方向，此時， 寬度2與厚度3方向均留有0. 5mm左右的加工余量。
采用平面磨床對毛坯的4個外表面厚度方向與長度方向構(gòu)成的外 表面，以及寬度方向與長度方向構(gòu)成的外表面進行磨削加工，使毛坯各 面的粗糙度及a《1.6/zm，隨后將加工好后的毛坯沿長度方向進行分割， 使其成為厚度3為10mm土0.05mm，寬度2為55^。mm的半成品4。
對于將毛坯分割成半成品的操作當采用上述優(yōu)選的長度尺寸為 210mm時，將其沿210mm長度方向，平均分割成各70mm長的3塊半成品 4，該半成品4的尺寸為70腿(長度)X55^。mm(寬度)X10mm士 0.05mm (厚度)。
參照圖2所示開設(shè)V型缺口的半成品結(jié)構(gòu)示意圖、圖3所示的開設(shè) V型缺口的毛坯料側(cè)視圖和圖4所示的I部放大示意圖，采用高精度光 學曲線磨床對半成品4按照GB/T18658-2002中的規(guī)定開V型缺口 5， 將缺口的深度6保證在2mm土0.05mm (換算后缺口橫截面高度為8mm 士0.05mm)，缺口角度7為45。 ±1° ，缺口底部曲率半徑8為0. 25mm 士0.025mm;缺口面上的表面粗糙度i a《1.6//m。缺口加工質(zhì)量需采用 大型工具顯微鏡和粗糙度儀進行檢查。
然后，按照圖5將加工后的半成品進行分割的示意圖，將已經(jīng)開好 V型缺口的半成品4采用線切割再次沿70mm長度方向每間隔llmm進 行分切，分切好的半成品的寬度為10.5mm，厚度為10mm士0.05mm， 長度為55^。mm。
最后，將分切好的半成品采用平面磨床對其切割面進行磨削，使切 割面的粗糙度A《1.6/zm，此時標樣最后兩個外表面也在此步驟中進行 了加工(其余各面在步驟二和步驟三中已完成)。標樣寬度最終被加工 為10mm土0.05mm，至此標樣完成了所有加工步驟。
應(yīng)當說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換， 而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種夏比V型缺口標準沖擊試樣的加工方法，其特征在于，按照下述步驟進行加工步驟一，采用高韌性鋼板作為標樣原料，首先將其加工成寬度56mm、厚度10.5mm的毛坯料，為保證后續(xù)加工精度，該毛坯料留有一定的加工余量；步驟二，采用平面磨床對毛坯的四個外表面，即厚度方向與長度方向構(gòu)成的兩個外表面及其由寬度方向與長度方向構(gòu)成的兩個外表面進行磨削加工，使毛坯各面的粗糙度Ra≤1.6μm，隨后將加工好后的毛坯沿長度方向切割為厚度為10mm±0.05mm，寬度為55-0.100.00mm的半成品；步驟三，采用高精度光學曲線磨床在半成品的中部按照GB/T18658-2002中的規(guī)定開V型缺口，缺口處橫截面高度為8mm±0.05mm，缺口角度為45°±1°，缺口底部曲率半徑為0.25mm±0.025mm；缺口面上的表面粗糙度Ra≤1.6μm；步驟四，將已經(jīng)開好V型缺口的半成品再次沿長度方向每間隔11mm進行分切，分切好的半成品的寬度為10.5mm，厚度為10mm±0.05mm，長度為55-0.100.00mm；步驟五，將分切好的半成品采用平面磨床對其切割面進行磨削，使切割面的粗糙度Ra≤1.6μm，將樣品寬度最終加工為10mm±0.05mm，這樣分切好的半成品最終被加工為標樣成品。
2. —種夏比V型缺口標準沖擊試樣的加工方法，其特征在于，按照 下述步驟進行加工步驟一，采用高韌性潔凈船板鋼作為標樣原材料。首先對其進行正 火處理加熱溫度為850°C 980°C，保溫1 2小時后放置5個月以上 進行人工時效后，加工成寬度為56mm 58mm，厚度為10.5mm 13mm 的毛坯料，毛坯料留有2mm 3mm的加工余量；步驟二，采用平面磨床對毛坯的四個外表面，即由厚度方向與長度 方向構(gòu)成的兩個外表面及其由寬度方向與長度方向構(gòu)成的兩個外表面進 行磨削加工，使毛坯各面的粗糙度i a《1.6/zm，隨后將加工好后的毛坯 沿長度方向切割為厚度為10mm士0.05mm，寬度為55=。mm的半成品；步驟三，采用高精度光學曲線磨床在半成品的中部按照GB/T18658-2002中的規(guī)定開V型缺口，缺口處橫截面高度為8mm士 0.05mm，缺口角度為45° ±1° ，缺口底部曲率半徑為0.25mm± 0.025mm;缺口面上的表面粗糙度i a《1.6步驟四，將已經(jīng)開好V型缺口的半成品再次沿長度方向每間隔 llmm進行分切，分切好的半成品的寬度為10. 5腿，厚度為10mm± 0.05mm ，長度為55:mm;步驟五，將分切好的半成品采用平面磨床對其切割面進行磨削，使 切割面的粗糙度i ^1.6^m，將樣品寬度最終加工為10mm士0.05mm， 這樣分切好的半成品最終被加工為標樣成品。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種夏比V型缺口標準沖擊試樣的加工 方法，其特征在于，步驟四為，將已經(jīng)開好V型缺口的半成品采用線切割再次沿長度方 向每間隔llmm進行分切，分切好的半成品寬度為10. 5mm，厚度為10mm 土0.05mm，長度為55^。mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及力學性能測試領(lǐng)域，公開了一種夏比V型缺口標準沖擊試樣加工方法。采用高韌性鋼板作為標樣原料將其加工成寬度56mm、厚度10.5mm的毛坯料，用平面磨床對其外表面進行磨削，使表面粗糙度Ra≤1.6μm，沿長度方向分割成半成品；采用高精度光學曲線磨床在半成品中部按規(guī)定開V型缺口；接著將已經(jīng)開好V型缺口的半成品沿長度方向每間隔11mm再次進行分切；用平面磨床將樣品寬度最終加工為10mm±0.05mm。本發(fā)明所述方法制作的標樣，其幾何尺寸尤其是V型缺口部位的加工質(zhì)量優(yōu)于國標GB/T18658-2002的規(guī)定；外形公差特別是缺口對中性能夠保持嚴格一致，為進一步減小標樣能量波動范圍創(chuàng)造了客觀條件。
文檔編號G01N1/28GK101592569SQ200910062808
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者凃應(yīng)宏, 彤 張, 彭志英, 李榮鋒, 鄺蘭翔 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司