CN112326551A - 一种复合钢板性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合钢板性能的测试方法，包括测试用试样的制备及性能检测方法。试样包括：复材、复材夹持端、复材平行段、基材、基材夹持端、基材平行段、结合界面和弧形槽；基材与复材均由各自夹持端、各自平行段组成，呈工字型。性能检测方法包括：利用拉伸试验机进行试验，其夹具为平型，与复材夹持端和基材夹持端无间隙夹紧，将试样放入拉伸试验设备进行测试，通过测试抗拉力F与结合界面的面积S，计算出粘结强度P。利用本发明所述的试样及测试方法，可确保试样断裂位置为结合界面处。本发明试样制备简单、测试方法易操作、数据准确，有效解决了现有粘结试验中试样及装置制备复杂困难、试验结果精度低、不稳定等问题。

Description

一种复合钢板性能的测试方法

技术领域

本发明属于复合钢板技术领域，特别是涉及一种复合钢板性能的测试方法。

背景技术

复合钢板在性能上兼顾了基层和复材材料的优点，在价格上也具有同种钢板无法比拟的优势，广泛应用于核电、桥梁、汽车、建筑等领域。从降低成本、节约能源和可持续发展的角度出发，大力开发和推广高品质复合钢板是钢铁材料发展的一个重要方向。复合钢板界面的结合强度是检测复合板性能优劣的重要指标之一。目前，检测复合钢板界面结合强度的主要方法为粘结试验，国家标准(GB/T6396-2008复合板力学及工艺性能试验方法标准)对粘结试样、装置及其试验进行了规范。

粘结试验是指采用静压力通过相应的粘结试验装置，使垂直于作用力方向的基材和复材在结合面上受法向压力，直至断裂，以测定其粘结强度。国家标准的粘结试样是试样基材加工成外部直径为36mm，内部直径为16mm的环形，复材加工成直径为20mm，圆心与基材一致的圆形，通过试验装置对试样施加垂直于结合面的试验力，直至断裂。一方面，试样制备过程复杂，且试样需通过机床进行钻盲孔，不好控制尺寸精度，尤其对于复材厚度较薄试样，盲孔容易打穿；另一方面，粘结试验装置需要自行制备，不同企业、单位可能会因人工、加工仪器等原因导致所制备的装置出现差异，增加了试验的复杂程度和不可控因素，降低了试验的精度；为增加试验准确率减少误差，以及增加试样与装置的契合度，对试样及装置的加工要求较高，再次增加了试验的复杂困难程度。实用新型专利CN 204988983U对现有技术进行了改进，而该专利中由于基材试样为锥形，复材试样为矩形，基材与复材尺寸相差较大，在拉伸过程中试样会不稳定，试验结果会出现一定程度的偏差。实用新型专利CN204748387U对现有夹具进行了改进，该专利中夹具有倒凸型通槽，将试样卡入通槽内进行拉伸测试，而此方法中试样与通槽之间有间隙，会导致测得的拉伸曲线在弹性变形阶段出现不稳定。

因此，有必要提出一种新的检测复合钢板性能的方法，以克服现有检测试样及方法的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合钢板性能的测试方法，以解决现有测试技术无法简单准确的检测复合钢板性能的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种复合钢板性能的测试方法，用于在测试粘结强度试验中使用，其测试方法包括如以下步骤：

S1准备试样：

试样包括：复材、复材夹持端、复材平行段、基材、基材夹持端、基材平行段、结合界面和弧形槽；基材与复材均由其各自的夹持端、各自的平行段组成；试样呈工字型，总长度为5-12mm；

进一步地，所述试样的复材夹持端和基材夹持端，用于夹持试样于试验设备，其外表面带有防滑纹，防止试样在试验过程中打滑，复材夹持端和基材夹持端的宽度相等且均＞5mm；

复材平行段和基材平行段：位于基材夹持端与复材夹持端之间平行部分，它们的宽度为1-3mm；

结合界面：其位于所述基材平行段与所述复材平行段的结合处；

弧形槽：其位于在所述结合界面两侧，使结合界面处接触面积最小，其半径＜0.5mm，弧形槽与两侧的所所述的基材平行段和所述的复材平行段通过光滑弧度进行连接；

其中，复合钢板中复材厚度一般小于10mm，所述复材厚度≤复合钢板中复材厚度，且确保所述试样总长度为5-12mm；

进一步地，复材厚度较小时，可减小复材夹持端的长度；

进一步地，为保证试验结果的准确性，所述弧形槽的圆心与所述结合界面在同一水平面上。

S2性能检测：

将步骤S1所得成品试样复材夹持端和基材夹持端分别固定于拉伸试验设备中，进行性能测试，获得抗拉力F，单位为N；并计算出结合界面的面积S，单位为m²；

根据测得的抗拉力F与结合界面的面积S，计算出粘结强度P，其中计算公式为：P＝F/S，单位为MPa；

进一步地，其所述试样按如下方法制备：

从复合钢板成品板上取样，切掉适量基层，将剩余复合钢板沿z向用碳钢腐蚀剂进行腐蚀，确定结合界面位置，然后用线切割加工成工字型试样，并在结合界面两侧开弧形槽，弧形槽与两侧的基材平行段和复材平行段通过光滑的弧度进行连接，防止试样在过渡处断裂；对加工结束的试样的平行段及弧形槽进行打磨抛光，防止线切割痕迹成为裂纹源，排除试样加工因素对试验结果的影响。

进一步地，其所述拉伸试验设备为常规电子万能拉伸试验机，其夹具为平形夹具，复材夹持端和基材夹持端紧密夹在夹具两端。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过提出一种工字型试样，在结合界面的两侧具有所述弧形槽，从而使基材与复材在结合界面处接触面积最小，有效确保试样断裂位置为所述结合界面处，从而确保与粘结试验断裂位置相同，试验结果一致；对加工完成的试样的基材平行段和复材平行段与弧形槽通过光滑的弧度进行连接，并对他们进行打磨抛光，防止线切割痕迹成为裂纹源，排除试样加工对试验结果的不利影响，有效避免了粘结试样制备困难复杂以及试验结果精度较低等问题。

本发明提出的新的复合钢板性能测试的方法，结合本发明所述试样，在传统电子万能拉伸试验设备上进行试验，其夹具为平型夹具，可保证试样基材夹持端和复材夹持端与夹具之间无间隙夹紧，有效解决了现有粘结试验装置需自行制备以及倒凸型夹具与试样之间有间隙，导致的试验结果不稳定等问题。

附图说明

附图只是示意性的，并不限制本发明，示意性的表示各部分形状及其相互关系，并未按照具体尺寸、比例绘制。

图1为本发明的试样与夹具组合后的检测示意图；

图2为本发明实施例1中的复合钢板性能测试的试样示意图；

图3为本发明实施例2中的复合钢板性能测试的试样示意图。

图中，1、复材；11、复材夹持端，长度为L1，宽度为H1；12、复材平行段，长度为L2，宽度为H2；2、基材；21、基材夹持端，长度为L4，宽度为H3；22、基材平行段，长度为L3，宽度为H2；3、结合界面；4、弧形槽。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，本发明并不局限于下面的实施例。

本发明提出的复合钢板性能测试方法包括如下步骤：

S1准备试样；

试样包括复材1；复材夹持端11，宽度H1＞5mm；复材平行段12，宽度H2为1-3mm；基材2；基材夹持端21，宽度H3＞5mm；基材平行段22，宽度H2为1-3mm；结合界面3，位于所述基材平行段22与所述复材平行段12的结合处；弧形槽4，其在所述结合界面3两侧，半径＜0.5mm；试样总长度为5-12mm。

其中，所述复材1厚度≤复合钢板中复材厚度；

进一步地，复材1厚度较小时，可减小复材夹持端的长度；

所述结合界面3，通过对复合钢板用碳钢腐蚀剂进行腐蚀来确定其位置；

所述弧形槽4的圆心与所述结合界面3在同一水平面上；

所述复材平行段12、基材平行段22与所述弧形槽4通过光滑的弧度进行连接；

所述复材平行段12和基材平行段22与所述弧形槽4均需进行打磨，减少裂纹源。

S2性能检测；

将步骤S1所制得的试样复材夹持端11和基材夹持端21分别固定于拉伸试验设备中，进行性能测试，获得抗拉力F，单位为N；并计算出结合界面3的面积S，单位为m²；

根据测得的抗拉力F与结合界面的面积S，计算出粘结强度P；其中计算公式为：P＝F/S，单位为MPa。

实施例1

1.准备试样，本实施例所选用的试样为5+16mm厚不锈钢复合钢板，其基材2为Q370qE，厚度为16mm，其复材1为316L，厚度为5mm；将复合钢板基材切割掉10mm，然后用4％的硝酸酒精溶液对切割后的复合钢板沿Z向进行腐蚀，因为不锈钢不容易被腐蚀，腐蚀后，复合板上的分界线即为结合界面3；将复合钢板在线切割设备上进行加工，其中复材夹持端11长度L1和基材夹持端21长度L4均为3mm，宽度H1和H3均为9mm，复材平行段22长度L2和基材平行段12长度L3均为2mm，宽度H2为2mm；在结合界面3的两侧加工弧形槽4，半径为0.2mm，弧形槽4的圆心与结合界面3在同一平面上，复材平行段12和基材平行段22与弧形槽4通过光滑的弧度进行过渡连接，对加工完成的试样的复材平行段12和基材平行段22及弧形槽4进行打磨，如图2所示，共加工三组平行试样。

2.将加工好的试样放入电子万能试验机ZwiAk Z2.5中，用平型夹具夹紧复材夹持端11和基材夹持端21，然后进行拉伸试验，测得三组试样数据的抗拉力F，单位为N，并计算出结合界面(3)的面积S，单位为m²；通过公式P＝F/S计算出粘结强度，单位为MPa，计算得粘结强度分别为566MPa，573MPa，575MPa，平均值为571MPa，三组试样均在结合界面3处断裂，拉伸曲线平滑，说明复合钢板的复合状态比较好，界面结合较稳定，试验过程没有波动，性能稳定可靠。

3.通过国家标准GB/T6396-2008复合板力学及工艺性能试验方法对试样进行粘结强度测试，所得试验结果分别为568MPa、571MPa、582MPa，平均值为574MPa，与本实施例所测得试验数据相差不大。

实施例2

1.准备试样，本实施例所选用的试样为2+17mm厚不锈钢复合钢板，其基材2为Q370qE，厚度为17mm，其复材1为316L，厚度为2mm；将复合钢板基材切割掉12mm，用4％的硝酸酒精溶液对切割后的复合钢板沿Z向进行腐蚀，因为不锈钢不容易被腐蚀，腐蚀后，复合板上的分界线即为结合界面3；将复合钢板在线切割设备上进行加工，因复材1尺寸较小，试样加工时需减小复材夹持端11的长度。其中复材夹持端11长度L1为1mm，宽度H1为5mm，基材的夹持端21长度L4为1.5mm，宽度H3为5mm，复材平行段12长度L2为1mm，基材平行段22长度L3为2mm，宽度H2为2mm；在结合界面3的两侧加工弧形槽4，半径为0.2mm，弧形槽4的圆心与结合界面3在同一平面上，基材平行段22和复材平行段12分别与弧形槽4通过光滑的弧度进行过渡连接，对加工完成的试样的基材平行段22和复材平行段12及弧形槽4进行打磨，如图3所示，共加工三组平行试样。

2.将所述试样放入电子万能试验机ZwiAkZ2.5中，用平型夹具夹紧夹持端，然后进行拉伸，测得三组试样数据的抗拉力F，单位为N，并计算出结合界面(3)的面积S，单位为m²；通过公式P＝F/S计算出粘结强度，单位为MPa，计算得粘结强度分别为558MPa、554MPa、566MPa，平均值为559MPa，三组试样均在弧形槽结合界面处断裂，说明复合钢板的复合状态比较好，界面结合较稳定，拉伸曲线平滑，性能稳定可靠。

3.通过国家标准GB/T6396-2008复合板力学及工艺性能试验方法进行粘结强度测试，所得试验结果为556MPa、564MPa、553MPa，平均值为558MPa，与本实施所测得试验数据一致。

本发明提出的试样，可以灵活设定尺寸，不影响试验结果，本发明提出的夹具，可使试样与夹具之间无间隙加紧，有效解决了现有技术中试样制备困难复杂，且试验装置需自行制备、试验结果精度较低、结果不稳定等问题。

本发明未详述部分为现有技术。

本实施例只是本发明示例的实施方式，并非对本发明进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员，在本发明公开了应用方法的基础上，做出的各种改进或变形，均应在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种复合钢板性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1试样制备：

试样包括：复材(1)、复材夹持端(11)、复材平行段(12)、基材(2)、基材夹持端(21)、基材平行段(22)、结合界面(3)和弧形槽(4)；复材(1)由复材夹持端(11)、复材平行段(12)组成，基材(2)由基材夹持端(21)、基材平行段(22)组成；试样呈工字型，总长度为5-12mm；

所述试样制备步骤为：从复合钢板成品板上取样，切掉适量基层，将剩余复合钢板沿Z向用碳钢腐蚀剂进行腐蚀，确定结合界面(3)位置，然后用线切割加工成工字型试样，并在结合界面(3)两侧开弧形槽(4)，弧形槽(4)与其两侧的复材平行段(11)和基材平行段(22)通过一定的弧度进行平滑过渡；对加工结束的试样中的复材平行段(11)、基材平行段(22)及弧形槽(4)进行打磨抛光，得到最终的成品试样；

S2性能检测：

将步骤S1所得试样的复材夹持端(11)和基材夹持端(21)分别固定于拉伸试验设备中，进行性能测试，获得抗拉力F，单位为N；并计算出结合界面(3)的面积S，单位为m²；

根据测得的抗拉力F和结合界面(3)的面积S，计算出粘结强度P，其中计算公式为：P＝F/S，单位为MPa。

2.如权利要求1所述的一种复合钢板性能的测试方法，其特征在于，所述试样的复材夹持端(11)和基材夹持端(21)外表面均带有防滑纹，复材夹持端(11)和基材夹持端(21)的宽度相等且均＞5mm；复材平行段(12)和基材平行段(22)：位于基材夹持端(21)与复材夹持端(11)之间平行部分，其宽度为1-3mm；结合界面(3)：位于复材平行段(12)与基材平行段(22)的结合处；弧形槽(4)：位于结合界面(3)的两侧，半径＜0.5mm。

3.如权利要求1所述的一种复合钢板性能的测试方法，其特征在于，所述试样的复材(1)厚度≤复合钢板中复材厚度，且根据复合钢板复材厚度确定试样复材夹持端(11)的长度，所述复合钢板复材厚度较小时，可减小试样复材夹持端(11)的长度。

4.如权利要求1所述的一种复合钢板性能的测试方法，其特征在于，所述弧形槽(4)对称分布于结合界面(3)两侧，且其圆心与所述结合界面(3)在同一水平面上。

5.如权利要求1所述的一种复合钢板性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中拉伸试验设备为常规电子万能拉伸试验机，其夹具为平型夹具，复材夹持端(11)和基材夹持端(21)紧密夹在夹具两端。

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