不同直径芯棒冲击试样取样点的选择

李成鑫

(天津赛瑞机器设备有限公司，天津300301)

芯棒是一种用于无缝钢管扩孔定型的重要工具。国际上通常采用的芯棒材质为H13钢，对应我国的4Cr5MoSiV1钢。H13钢具有高淬透性、高韧性、优良的抗热裂性和抗软化能力等优点。芯棒工作条件相当恶劣，承受压缩应力和弯曲应力，脱模时也承受一定的拉应力，还受到冲击载荷的作用。在轧制钢管时，芯棒与热管坯接触时间长，因此芯棒需要具有较高的高温强度、足够的韧性、良好的耐热疲劳性和较高的耐磨性。在热处理调质后要对芯棒的性能进行理化检验。文章主要介绍我厂在选取取样位置时的思路与争议。

1 两种取样方式分析

在芯棒本体帽口端与锭尾端取试片，再在芯棒的横切试片上取冲击试样。GB/T2975—1998规定了力学试样取样位置及试样制备要求。按照标准的要求，在选定冲击试样取样位置时要具有代表性，选取的冲击试样能代表整个取样芯棒的冲击性能。GB/T2975—1998明确规定了圆钢的取样位置，如图1所示。由于芯棒直径均大于50 mm，因此在芯棒横切片的一条半径的1/2处取冲击试样。但标准中给出的只是一个冲击试样的取样位置，而具有代表性的一组冲击试样是由至少三个冲击试样构成的。对于这一问题我厂存在两种不同的意见：

(1)一点取样：在芯棒切片任一条半径线的1/2位置堆叠取三个冲击试样，如图2所示。

图1 圆钢的取样位置Figure 1 The sampling position of round steel

图2 一点取样示意图Figure 2 The sketch of one sampling point

图3 三点取样示意图Figure 3 The sketch of three sampling points

(2)三点取样：在芯棒切片上互成90°的3条半径线上1/2位置分别取一个冲击试样，试样开口方向朝向试片圆心，如图3所示。

坚持第一种意见的技术人员认为，一组三个冲击试样是为了更好的代表取样这一点的冲击值。因为力学试验过程中存在着很多不确定因素，如操作、设备、人员等，而在同一点并排取三个冲击试样就是为了更好的代表这一点的冲击功。

而坚持三点取样的技术人员则认为，进行冲击试验就是为了得出对整支芯棒具有代表性的冲击功，可以更好的代表整只芯棒的冲击性能，而三个取样点恰恰是对应芯棒的三个互成90°的三个面。热处理生产的过程中往往存在着一些问题：例如芯棒哪一个面靠近热处理炉的烧嘴，受热就快一些；哪一个面靠近垫铁，受热就慢一些：在淬火液冷时，如两支芯棒一同出炉入液，两支芯棒靠近的面就会冷却的慢。受热、冷却的快慢会影响芯棒在热处理过程中组织转变的程度，对冲击性能造成一定的影响。因此，为了更好的代表芯棒的冲击性能，要求进行三点取样。

一点取样是基于直径较小芯棒，认为外界干扰因素对冲击性能影响不大。而三点取样是基于直径较大的芯棒，认为外界干扰因素可以直接影响芯棒加热冷却速度并产生阴阳面。对两种观点不好盲目下定论，因此我们决定做一组试验以验证芯棒直径的大小是否会导致芯棒的冲击性能不均匀。

2 实验验证

由于我厂生产的芯棒以∅198 mm、∅352.8 mm规格居多，因此选取5支直径为∅198 mm的芯棒及5支直径为∅352.8 mm的芯棒进行试验。取样图见图4，试片厚度为45 mm。冲击试验结果见表1、表2。

表1 ∅198 mm芯棒的冲击功Table 1 The impact energy of ∅198 mm mandril

图4 试验取样示意图Figure 4 The sketch of sampling for test

芯棒序号取样位置试样1冲击功/J试样2冲击功/J试样3冲击功/J1样点1取样点2取样点317.7914.3424.0320.6317.3621.4119.4717.0922.082取样点1取样点2取样点315.3819.0820.0714.1721.9718.8718.9621.7418.433取样点1取样点2取样点316.4124.4924.1718.7419.5726.1316.5120.8525.194取样点1取样点2取样点328.2124.8419.1232.6826.5420.8729.1223.4723.115取样点1取样点2取样点317.3621.0720.6317.5220.418.9816.7320.1519.63

从表1、表2可以看出，∅352.8 mm芯棒存在冲击性能不均匀现象，而∅198 mm芯棒的冲击性能较相近。

3 结论

对于∅352.8 mm芯棒，外界因素对芯棒性能影响较大，应采取三点取样的方式取冲击试样，以获得芯棒每一面的冲击性能值。而∅198 mm芯棒在一点取样即可。

[1] GB/T2975—1998，钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备.