1 前言
扭轉(zhuǎn)試驗是評價金屬線材質(zhì)量比較簡單、比較經(jīng)濟有效的方法，可以反映出試樣承受扭轉(zhuǎn)變形的能力和韌性的高低，它具有以下特點：（1）易于顯示材料塑性行為和變形能力的大小；（2）較敏感地反映出金屬表面缺陷和表面硬化層的性能。在相同的條件下，試樣的扭轉(zhuǎn)次數(shù)少，則表明試樣承受變形能力差、韌性低。
金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗機標(biāo)準(zhǔn)GB/T 239-1999，是10年前等效采用ISO 7800:1984和ISO 9649:1990（內(nèi)容分別涉及單向扭轉(zhuǎn)試驗和雙向扭轉(zhuǎn)試驗），將兩個標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容合并在一個標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。目前，ISO 7800:1984已被ISO 7800:2003替代，該新標(biāo)準(zhǔn)中不涉及雙向扭轉(zhuǎn)試驗方面的內(nèi)容。在2007年ISO/TC164南非會議上，比利時針對ISO 7800:2003中的附錄C《簡單扭轉(zhuǎn)試驗破裂類型評估表》提出了勘誤表，該勘誤表已被EN10218-1:2009標(biāo)準(zhǔn)和會議采納。為了貫徹積極采用ISO標(biāo)準(zhǔn)的國家戰(zhàn)略，需要將現(xiàn)行的金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗標(biāo)準(zhǔn)GB/T 239-1999進行修訂，以便與ISO標(biāo)準(zhǔn)核心思想保持一致。另外需引起重視的是，ISO 7800:2003中目前仍缺少大規(guī)格線材（直徑大于10mm）扭轉(zhuǎn)試驗的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4176-2008《金屬材料 大規(guī)模線材扭轉(zhuǎn)試驗方法》中已經(jīng)對此進行了補充。本次GB/T 239-1999國際修訂，在遵循ISO標(biāo)準(zhǔn)原文的基礎(chǔ)上，也將補充直徑10mm-14mm的鋼線材扭轉(zhuǎn)試驗方面的技術(shù)內(nèi)容。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7800：2003與線材扭轉(zhuǎn)試驗方法GB/T 239-1999在鋼線材的扭轉(zhuǎn)速度上存在較大差異。ISO 7800:2003中規(guī)定：d＜1.0mm鋼線材試驗速度降為原來的三分之一，1.0mm≤d＜10mm鋼線材試驗速度降為原來的二分之一。這些扭轉(zhuǎn)速度的變化和差異，如果在這次新版標(biāo)準(zhǔn)的修訂時不妥善處理，對我國線材及其制品行業(yè)的生產(chǎn)和貿(mào)易帶來不可估量的負面影響。因此，關(guān)于扭轉(zhuǎn)速度的內(nèi)容是本次GB/T239.1標(biāo)準(zhǔn)修訂的核心內(nèi)容之一。
本文重點對新修訂標(biāo)準(zhǔn)中大規(guī)格鋼線材（直徑大于10mm）扭轉(zhuǎn)試驗的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容、直徑大于10mm鋼線材兩種轉(zhuǎn)速的技術(shù)內(nèi)容和定標(biāo)距與比例標(biāo)距的問題進行說明。
2 關(guān)于大規(guī)模（直徑大于10mm）鋼線材扭轉(zhuǎn)試驗相關(guān)技術(shù)內(nèi)容的說明
大規(guī)模金屬線材不同于小規(guī)模金屬線材，其試驗方法上主要存在三個問題和一個差異：
（1）合適的試樣標(biāo)距值選擇。如果參照GB/T 239-1999表2的規(guī)定，對線材直徑d＞10mm試樣，標(biāo)距L最小仍取50倍試樣直徑，試樣長度均超過550mm，甚至接近1m。一方面，試樣長度因超過現(xiàn)行扭轉(zhuǎn)試驗機的試驗空間而無法試驗；另一方面，試樣太長，耗材較多，也不經(jīng)濟。因此，需要規(guī)定合適的試樣標(biāo)距值。
（2）合適的試驗轉(zhuǎn)速值選擇。如果繼續(xù)參照GB/T 239-1999轉(zhuǎn)速取最小值30r/min,由于試樣直徑較粗，強度往往也比較高，試樣的應(yīng)變速率高而經(jīng)常導(dǎo)致試樣在夾持部位產(chǎn)生斷裂，成為無效試驗。高轉(zhuǎn)速雖能縮短試驗周期，但低的試驗成功率不僅造成無法獲得數(shù)據(jù)，而且損失也很大，因此，需要規(guī)定合適的轉(zhuǎn)速值。
（3）大規(guī)模線材試樣與小規(guī)模線材不同，除直徑大外，一般強度也高，因而矯直難，裝卡難，對試樣的矯直和夾持方式都有特殊要求。這不僅需要各標(biāo)準(zhǔn)使用單位根據(jù)自身實際總結(jié)經(jīng)驗，找出適合自己的試樣的矯直和夾持方式，讓大規(guī)格金屬線材試樣在試驗過程中受夾持部位的受力均勻，不致產(chǎn)生應(yīng)力集中而影響試驗結(jié)果，這對試驗機提出了高要求。同時，應(yīng)根據(jù)不同的試樣材質(zhì)硬度，選用合適硬度的夾塊進行試驗，一般推薦夾頭的硬度高于試樣硬度20HRC左右。
試樣夾持的新方式，目前暫時有卡盤式夾具和液壓夾具兩種�？ūP式夾具雖優(yōu)于傳統(tǒng)的牙塊式夾具，但仍然存在試樣裝卡效率和試驗成功率不高的缺點。液壓夾具將是適合大規(guī)模線材扭轉(zhuǎn)試驗最有前途的試樣夾持方式。
（4）考慮到0.1mm-10.0mm的金屬線材，特別是直徑較細的線材，如果在扭轉(zhuǎn)試驗過程中存在明顯彎曲下?lián)�，容易在夾頭位置附近產(chǎn)生附加彎矩，從而導(dǎo)致試樣提前破壞。因此，為使試樣在試驗過程中保持平直，有必要對其施加一定的拉緊力。大規(guī)格線材矯直后具有較大的剛性，試驗過程中無明顯彎曲，因此新修訂標(biāo)準(zhǔn)對10mm-14mm試樣沒有必要提出施加拉緊力的要求。
在本標(biāo)準(zhǔn)的修訂中，通過大量的試驗研究和統(tǒng)計分析，從技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合的角度提出了合適的試樣標(biāo)距值（22d或22D）和試驗轉(zhuǎn)速值（2r-4r或0.03r-0.1r/s）。依據(jù)提出的試樣標(biāo)距值和試驗轉(zhuǎn)速值，又對不同鋼種、不同規(guī)格和不同產(chǎn)地的線材進行了大量驗證試驗，進一步驗證了所提出試樣標(biāo)距值和轉(zhuǎn)速值的合格性。圖1是部分大規(guī)格鋼線材扭轉(zhuǎn)速度與扭轉(zhuǎn)次數(shù)統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，圖4是部分大規(guī)模鋼線材扭轉(zhuǎn)速度與最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)變統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
圖1 部分大規(guī)模鋼線材標(biāo)距與扭轉(zhuǎn)次數(shù)統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)
圖2 部分大規(guī)模鋼線材標(biāo)距與最大扭矩應(yīng)變統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)
圖3 部分大規(guī)模鋼線材扭轉(zhuǎn)速度與扭轉(zhuǎn)次數(shù)統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)
圖4 部分大規(guī)模鋼線材扭轉(zhuǎn)速度與最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)變統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)
3 關(guān)于鋼制線材兩種扭轉(zhuǎn)速度技術(shù)內(nèi)容的說明
在ISO 7800:2003表3中，各種規(guī)格鋼制線材的扭轉(zhuǎn)速度上限由較大程度的降低，而銅及銅合金、鋁及鋁合金扭轉(zhuǎn)速度與GB/T 239-1999標(biāo)準(zhǔn)保持一致。一方面，扭轉(zhuǎn)速度的快慢是否會對扭轉(zhuǎn)性能造成決定性影響需要加以試驗驗證，與此同時，降低轉(zhuǎn)速可能導(dǎo)致試驗效率的降低。
經(jīng)過武鋼、貴州鋼繩股份有限公司和華凌集團湘潭鋼鐵公司的共同努力，共進行了14個規(guī)格1700多件試樣的轉(zhuǎn)速驗證試驗，對鋼線材按GB/T239-1999標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)進行多種不同試驗速度的扭轉(zhuǎn)試驗。表1和表2是部分鋼線材扭轉(zhuǎn)試驗轉(zhuǎn)速與扭轉(zhuǎn)次數(shù)之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其他部分數(shù)據(jù)見文獻[10]。試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明，兩種試驗速度對線材扭轉(zhuǎn)次數(shù)（平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差）影響非常小，故本標(biāo)準(zhǔn)修訂采用兩種試驗速度，供使用標(biāo)準(zhǔn)者選擇，但在試驗報告中需注明試驗速度。
表1 部分鋼線材扭轉(zhuǎn)試驗轉(zhuǎn)速與扭轉(zhuǎn)次數(shù)之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)
表2 部分鋼線材扭轉(zhuǎn)試驗轉(zhuǎn)速與扭轉(zhuǎn)次數(shù)之間關(guān)系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)
綜合上述數(shù)據(jù)分析，對于d＜1.0mm、1.0mm≤d＜10mm以及d＞10.0mm等不同規(guī)格的鋼線材，雖然ISO 7800:2003規(guī)定的試驗速度比GB/T 239-1999有不同程度的降低，但是采用兩種不同轉(zhuǎn)速所獲得的扭轉(zhuǎn)次數(shù)（平均值）以及樣本標(biāo)準(zhǔn)差均非常接近，因此在新修訂國標(biāo)GB/T 239.1-20XX中除了采用ISO 7800：2003規(guī)定的轉(zhuǎn)速外，仍保留GB/T239-1999中的較快轉(zhuǎn)速有充分的科學(xué)依據(jù)。
4 關(guān)于定標(biāo)距與比例標(biāo)距技術(shù)問題的說明
關(guān)于夾頭間試樣長度是取定標(biāo)距還是比例標(biāo)距的問題，不同的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)取向不同，不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不同，選取兩種標(biāo)距的效果各有優(yōu)劣。
ISO 7800中比例標(biāo)距L的規(guī)定，其目的顯然是在設(shè)備能力允許情況下（L=300mm），盡量取較長的試樣，以增加發(fā)現(xiàn)缺陷的概率。但ISO 7800中有關(guān)比例標(biāo)距的規(guī)定同時也給試驗條件的確定帶來了一定的混亂。有關(guān)比例標(biāo)距的規(guī)定同時也給試驗條件的確定帶來了一定的混亂。它不僅反映在同檔次線材，例如規(guī)格1mm≤d(D)＜5mm的線材，其對應(yīng)的標(biāo)距在100mm-300mm之間劇烈變化，更突出的是在相鄰檔次臨界范圍內(nèi)的線材，例如d=0.9mm和d=1.1mm，其對應(yīng)的標(biāo)距分別是180mm和110mm。這就造成規(guī)格相近的線材，其試驗條件存在明顯差異，而這種差異對扭轉(zhuǎn)次數(shù)的影響是確實存在的。
美國ASTM A938-07《線材扭轉(zhuǎn)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》推薦采用203mm的固定標(biāo)距下的扭轉(zhuǎn)次數(shù)比例換算。采用其它標(biāo)距時，最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)需要按203mm的固定標(biāo)距下的扭轉(zhuǎn)次數(shù)比例換算。采用固定標(biāo)距具有以下幾個優(yōu)點：（1）減少調(diào)節(jié)夾頭間距的時間，提高檢測效率；（2）在ISO標(biāo)準(zhǔn)中，小規(guī)格線材采用了較小的標(biāo)距長度，降低了缺陷暴露的機會，致使扭轉(zhuǎn)試驗檢驗鋼絲表面質(zhì)量的能力下降，采用統(tǒng)一標(biāo)距后可以更加敏感地反映小規(guī)格鋼絲表面缺陷對扭轉(zhuǎn)性能的影響；（3）可以靈敏地反映鋼絲直徑變化對扭轉(zhuǎn)性能的影響。
對于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，有的是選取定標(biāo)距，如API-9A《鋼絲繩規(guī)范》和所有異型鋼絲（繩）的國內(nèi)外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；有的是選取比例標(biāo)距，如我國所有圓形鋼絲(繩)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和所有鋁鋼復(fù)合圓形絲（繩）的國內(nèi)外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17937-2009、ASTM B515-98、ASTM B502、IEC 1232:1993）。以上的這些不同選擇主要取決于產(chǎn)品特點和使用的傳統(tǒng)習(xí)慣，只要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定好或供需雙方協(xié)商好，夾頭間試樣長度無論是取定標(biāo)距還是取比例標(biāo)距，都不會影響扭轉(zhuǎn)試驗的應(yīng)用�？紤]到我國線材及其制品行業(yè)絕大多數(shù)產(chǎn)品扭轉(zhuǎn)試驗長期使用比例標(biāo)距的歷史習(xí)慣，所以此次新修訂的GB/T 239.1標(biāo)準(zhǔn)仍然參照ISO 7800:2003采用比例標(biāo)距。 |
