在新产品研发、改进工艺时，通常会在热模拟机上进行轧制模拟、焊接热影响区模拟、热处理、测试过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线、等温转变(TTT)曲线等模拟试验，而完成热模拟试验的压缩圆饼试样高度只有12mm，直径约为20mm，无法在常规试验机夹具上对其进行拉伸试验，只能进行金相检验和硬度测试。如果需要得到抗拉强度，通常要根据GB/T 1172—1999 《黑色金属硬度及强度换算值》标准，由硬度进行换算。硬度换算方法只是一种间接的方式，虽然效率高，但是准确度难以判定，无法用该参数指导产品的力学性能。对于海工钢、桥梁钢、低合金高强钢、管线钢、船板钢等对强度指标要求特别高的材料，可以通过热模拟试验摸索出合适的工艺参数，得到直观的抗拉强度。

试样制备和试验方法

1.1、试样制备

将高度为12mm，直径约20mm的热模拟试验压缩圆饼试样加工成工字型小试样，其结构如图1所示。工字型小试样的加工步骤及表面磨抛工艺为：①取已完成热模拟高温压缩试验的小圆饼试样，用线切割方法沿小圆饼试样中部切割成直径为20mm，厚度为1mm的薄片;②用磨样机磨抛薄片试样，使厚度均匀，表面粗糙度小于0.8μm，满足GB/T 228.1—2021 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》的要求;③用线切割方法将小圆饼试样切割成中间宽度为2mm，平行长度为8mm，过渡圆弧半径为2mm的工字型试样;④用磨样装置将试样表面和侧面进一步打磨，表面粗糙度小于0.8μm。将模具钢加工成小尺寸工字型试样夹具，其外观如图2所示。

1.2、试验方法

检测依据GB/T 228.1—2021标准。电子拉伸试验机通过计量检定，精度为0.5级，试验机额定载荷为±5kN，应变速率为1×10-3s-1。硬度测试选用 全自动维氏硬度计。

试验结果与讨论

2.1、小试样拉伸试验结果

选择8种不同强度级别的试样进行热模拟压缩试验，将其加工成8组小尺寸拉伸试样，每组测试5个试样，取平均值，表1为不同强度级别试样的抗拉强度测试结果，可见强度为375~1279MPa，试样断裂位置均在平行段，说明试样的形状设计、加工合理，工字型夹具与试验机匹配，同轴度较好。

2.2、硬度测试结果

在8组热模拟压缩圆饼试样余料上切取硬度试样，经磨样机磨抛后，在全自动维氏硬度计上进行硬度测试，设定载荷为49N，保载时间为12s，每个试样中间区域测试5个点，每个点的间隔为1mm，试验结果如表2所示。试样的硬度为114~409HV，依次增大，与所选材料的抗拉强度逐渐升高具有较好的对应关系。

2.3、抗拉强度与维氏硬度的关系

根据式(1)，比较1#~8#试样的抗拉强度和维氏硬度的对应关系，结果如表3所示。

可见，试样的硬度与抗拉强度呈正比，随着抗拉强度的升高，硬度也随之升高，实测抗拉强度与维氏硬度的相关系数为3.1228~3.2895。

2.4、验证试验

因热模拟试样尺寸较小，无法将其加工成标准拉伸试样，所以采用其他碳钢的标准拉伸试样和小试样进行对比试验，来验证小试样测试结果的准确性。

2.4.1 方案1

试样材料为Q355钢，厚度为16mm，经过正火处理，890℃保温，40min空冷，分别加工成规格为2mm×1mm(宽度×厚度)，中间平行长度为8mm的哑铃状小试样和10mm(直径)标准试样，拉伸试验时每组测试5个试样，结果如表4所示。

2.4.2 方案2

选用厚度为1mm的镀锌板，分别加工成规格为2mm×1mm(宽度×厚度)，中间平行长度为8mm的哑铃状小试样和规格为12.5mm×1mm(宽度×厚度)的标准试样进行拉伸试验，结果如表5所示。

由表4，5可知：Q355钢小试样与标准试样的抗拉强度标准偏差均为2.70;镀锌板小试样与标准试样的抗拉强度标准偏差分别为1.48和1.00。这表明小试样与标准拉伸试样的试验结果偏差较小，得到的抗拉强度基本一致，二者可视为等效。

结论

（1）根据圆饼试样规格设计了小试样，再通过自制的工装夹具与拉伸试验机连接，解决了圆饼试样无法进行拉伸试验的问题。

（2）维氏硬度与抗拉强度呈正比，随着抗拉强度的升高，硬度也随之升高，实测相关系数为3.1228~3.2895。

（3）小试样和标准试样的拉伸试验结果基本一致，标准偏差均小于3.00，表明小试样拉伸试验能较准确地测定出材料的抗拉强度。