φ68拉杆拉伸试样直径的探讨

李占杰

摘要：拉杆调质处理后需要对其做拉伸试验，以验证其强度是否达到设计要求。2020年10月1日起实施的标准GB/T3098.23-2020规定了M42～M72螺栓、螺钉和螺柱的机械加工拉伸试样在直径1/4d制取试样，试样直径为3/8d，与以往常拉杆规拉伸偏心试样直径（φ10mm）有些区别。本文通过对直径为φ68mm、材质42CrMo经过调质处理后的拉杆在1/4位置取纵向φ10mm直径及3/8d（φ25.5mm）直径拉伸试样结果进行比对及分析，得出：两种拉伸试样的直径互相没有替换性，通过对其组织的分析得出3/8d直径检测的结果更具代表性。

关键词：拉伸试样；试样直径；拉伸试验；金相组织

目前，大直径拉杆（直径＞39mm的紧固件）在索桥锚固领域的应用越来越

多，设计图纸要求拉杆调质后的力学达到10.9级要求。该级别的标准值参考标准GB/T 3098.1-2010；GB/T 3098.1-2010中要求的机械加工拉伸试验制样要求：“公称直径＞16mm，且淬火并回火紧固件的机械加工试件，其直径的减少量不要应超过原有直径d的25%（初始截面积的44%）”若按照此方式加工拉伸试样，需要的破断力往往超过了普通拉力试验机的加载范围，且该标准中紧固件直径适用范围为≤39mm，因此，常规试验中为了验证其强度，在产品加长段1/4d处取φ10mm纵向拉伸标准试样。2020年10月1日起实施的标准GB/T3098.23-2020《紧固件机械性能　M42～M72螺栓、螺钉和螺柱》规定了M42～M72螺栓、螺钉和螺柱的机械加工拉伸试样在直径1/4d制取试样，试样直径为3/8d，试样直径与常规试样有些差距，为此笔者通过在相同的试样中取两种不同规格的拉伸试样，比对分析其结果的差异性，以便找出更为合理的取样方式。

1. 试验方案

为了直观的验证两种不同试样直径的结果，选取同一批直径为φ68mm、材质

42CrMo的拉杆产品（产品状态为调质态），截取一根420mm长的样坯；

1、首先取20mm厚对其进行化学成分及截面的硬度检测，以验证其材质及热处理后各截面强度的均匀性。

2、在剩余400mm长度上在样坯直径的两个对称位置，沿着试样长度方向画两条直线(试样轴线)，将其从中间截断，分别在线切割上以1/4d为圆心，试样夹持部分为外圆进行切割，切割完成后分别在车床上完成试样的加工，试样尺寸及编号见下表，同时为了了解其截面组织，在其中一个试样上沿着半径方向取一个金相试样。

样坯编号	位置	平行段直径（mm）	平行段长（mm）	试样编号
1	轴线a	10	65	1a
	轴线b	10	65	1b
2	轴线a	25.5	140	2a
	轴线b	25.5	140	2b

2. 检测结果

1. 采用GS-1000型号的直读光谱仪检测的化学成分见下表：

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo
实测值（%）	0.44	0.21	0.64	0.013	0.008	1.03	0.01	0.02	0.16

2）采用320HBS-3000型号的数显布氏硬度计按照图示检测线1、2每隔6.8mm检测一点，检测结果如下：

位置	检测结果HBW（5/750）
检测线1	334 325 317 287 252 257 276 315 326 337
检测线2	336 327 315 281 250 254 274 318 328 339
检测示意图：

3）对以上四根试样分别在型号为：WAW-1000Q的微机控制电液伺服万

试验机以相同的试验参数进行拉伸试验，检测结果见下表：

试样编号	规定塑性延伸强度Rp0.2（Mpa）	抗拉强度Rm（Mpa）	断后伸长率A（%）	端面收缩率Z（%）
1a	899	1079	14.5	58
1b	895	1078	15.5	60
2a	838	1043	15.5	54
2b	834	1039	15.0	54

4）沿着半径方向取金相试样采用DMM-480C型倒置金相显微镜观察其组织形态，检测结果如下：

	位置：边部 放大倍数：500X 组织：回火索氏体
	位置：1/4d 放大倍数：500X 组织：回火索氏体+少量贝氏体
	位置：心部 放大倍数：500X 组织： 贝氏体

5）化学成分检测结果其材质满足GB/T 3077-2015《合金结构钢》的要求；硬度检测结果表面拉杆试样各部分热处理充分，材质均匀；拉伸试验结果表明：轴线1与轴线2的值相差较小，说明锻件整体均匀性比较好；1号试样和2号试样强度有较大的差异。断后伸长率与端面收缩率相差较小。金相检测试验结果表明：拉杆在调质时随着工件淬透性的影响，拉杆半径上各区域组织有一定的差异性，从外到内，依次变差。1/4d处的组织性能介于边缘及心部之间。

3、分析与讨论

由金相组织可以看出φ68mm圆钢因沿半径方向上各组织的差异导致其强度的差异性，虽然拉伸试样的中心都在1/4d位置，但是因其试样平行段直径不同，因此其整体强度不同；具体见下图，位于中心区域的A区两种类型的直径的拉伸试样强度相同，C区的组织优于B区，因此两个试样结果的差异主要取决于C区与A区的强度差；而试样直径平行段直径越大越能代表其整体性能，而GB/T 3098.23-2020中试样直径选取3/8d，即半径的较少量为1/4，与GB/T 3098.1-2020中的直径减少量相同，只是综合考虑了常规试验机试验力范围，因此选择3/8d的拉伸试样直径更为合理。

试样轮廓示意图

参考文献：

1. GB/ T 3098.23-2020紧固件机械性能　M42～M72螺栓、螺钉和螺柱

2. GB /T 3098.1-2010 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱

3. GB/T 3077-2015《合金结构钢》