CN113984261A - 一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，包括：取材,截取极薄带材样品，对极薄带材样品表面油脂进行清理；初步制样,依次由下至上将透气毡、基底板、聚氨酯膜、极薄带材样品、带孔隔离膜、压板、透气毡，叠放制得试样，将试样放进耐高温真空袋；一次制样,将耐高温真空袋放置在钢化玻璃板上后进行加热加压处理；一次测量,将所得试样进行条状切割后，通过显微镜测试条状试样两侧切槽宽度分布；二次制样,依次由下至上将透气毡、试样、带孔隔离膜、压板、透气毡，叠放至耐高温真空袋内，重复一次制样步骤，制得第二试样；二次测量,重复一次测量步骤，对第二试样进行条状切割后通过显微镜测试切槽宽度分布，得到残余应力分布。
Description
技术领域
本发明涉及极薄带材轧制领域，特别是涉及一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法。
背景技术
微制造、微电子行业的小型化、轻量化和移动化的发展方向需要厚度更薄、尺寸精度更高的极薄金属带材。精密极薄带材的超薄化、宽幅化成为趋势，在带材厚度减小的同时，复杂板形问题凸显。在精密极薄带材冷轧过程中，金属塑性变形不均匀会导致带材内部产生较大残余应力，由于抗弯刚度较小，带材发生失稳释放残余应力而产生复杂浪形，且残余应力的存在对精密极薄带材深加工过程产生较严重不良影响。
对于精密极薄带材，浪形表现形式的多样性和复杂性导致极薄金属带材塑性变形及浪形产生机理研究的难度较大，因此要求精确测定存在板形问题极薄带材的残余应力分布。而带材厚度较小且残余应力值较小，采用现有接触式板形仪对极薄带材的残余应力分布测量精度无法达到要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，以解决现有技术存在的问题，通过对极薄带材取样与表面清理、基底板和压板表面磨削、试样铺层和真空袋封装、热压软化-固化粘结处理、极薄带材分条切割、显微镜下切槽形貌和条状宽度测试以及残余应力分布计算。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，包括如下步骤：
步骤一：取材；截取极薄带材样品，对极薄带材样品表面油脂进行清理；
步骤二：初步制样；依次由下至上将透气毡、基底板、聚氨酯膜、极薄带材样品、带孔隔离膜、压板、透气毡，叠放制得试样，并将所述试样放置在耐高温真空袋内，；
步骤三：一次制样；将所述耐高温真空袋放置在钢化玻璃板上后进行加热加压处理；
步骤四：一次测量；将所得试样进行条状切割后，通过显微镜测试条状试样两侧切槽宽度分布；
步骤五：二次制样；依次由下至上将透气毡、试样、带孔隔离膜、压板、透气毡，叠放至耐高温真空袋内，重复步骤三，制得第二试样；
步骤六：二次测量；重复步骤四，对第二试样进行条状切割后通过显微镜测试切槽宽度分布，得到残余应力分布。
优选的，步骤一中，所述极薄带材样品是在经过冷轧工序的带有复杂浪形缺陷的极薄带材上截取所得，并采用无水乙醇和丙酮试剂清理所述极薄带材样品表面油脂；所述极薄带材样品的宽度范围为20mm-600mm，厚度范围为0.01mm-0.10mm。
优选的，步骤二中，所述基底板与压板由板材进行表面磨削制成；所述基底板与压板的厚度为6-12mm，且其长度和宽度尺寸大于所述极薄带材样品；所述样品、基底板和压板材质为同种金属材料。
优选的，步骤二中，将所述极薄带材样品放置在耐高温真空袋内后，安放通气阀并利用耐高温胶条封装，按压密封胶条使真空袋密封性良好。
优选的，步骤二中，聚氨酯膜材质为聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)，一般是由平均相对分子质量为600-4000的长链多元醇(聚醚或聚酯)和相对分子质量为61-400的扩链剂及多异氰酸酯加成聚合的线性高分子材料，所述聚氨酯膜尺寸略大于所述基底板。
优选的，步骤三中，将所述耐高温真空袋放置在钢化玻璃板上后，整体放入热压罐，连接通气阀抽真空，然后关闭罐门，加热软化并利用外置空气压缩机加压，保温一段时间后保持压强的同时降温进行固化。
优选的，步骤四中，所述试样冷却至常温后从耐高温真空袋内取出，再进行切割观测。
优选的，所述热压罐温度上限控制为180℃，气压上限设置为1.0MPa。
优选的，步骤四中，在保护气氛下利用激光打标机对极薄带材样品进行切割，得到宽度为5mm-10mm的条状试样，将极薄带材切断即停止。
优选的，步骤六中，在显微镜下切槽形貌和条状宽度测试以及残余应力分布计算，将两次测得切槽宽度分布进行作差处理，得到极薄带材残余应变分布，进而得到残余应力分布，所述残余应力分布可若干方向。如轧制方向残余应力沿宽度方向分布、宽度方向残余应力沿轧制方向分布或切割时设置不同角度。
本发明公开了以下技术效果：本发明通过对极薄带材取样与表面清理、基底板和压板表面磨削、试样铺层和真空袋封装、热压软化-固化粘结处理、极薄带材分条切割、显微镜下切槽形貌和宽度测试以及残余应力分布计算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中试样的结构示意图；
图2为本发明实施例中第一工艺图；
图3为本发明中实施例中第二工艺图；
图4为本发明切槽的结构示意图；
图5为本发明实施例中测得的带材残余应力分布数据图；
其中，1、钢化玻璃板；2、密封胶条；3、透气毡；4、基底板；5、聚氨酯膜；6、极薄带材样品；7、带孔隔离膜；8、压板；9、耐高温真空袋；10、通气阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-4，本发明提供一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，包括如下步骤：
步骤一：取材；截取极薄带材样品6，对极薄带材样品6表面油脂进行清理；
步骤二：初步制样；依次由下至上将透气毡3、基底板4、聚氨酯膜5、极薄带材样品6、带孔隔离膜7、压板8、透气毡3，叠放制得试样，并将试样放置在耐高温真空袋9内，；
步骤三：一次制样；将耐高温真空袋9放置在钢化玻璃板1上后进行加热加压处理；
步骤四：一次测量；将试样进行条状切割后，通过显微镜测试条状试样两侧切槽宽度分布；
步骤五：二次制样；依次由下至上将透气毡3、试样、带孔隔离膜7、压板8、透气毡3，叠放至耐高温真空袋9内，重复步骤三，制得第二试样；
步骤六：二次测量；重复步骤四，对第二试样进行条状切割后通过显微镜测试切槽宽度分布，得到残余应力分布。
本发明通过对极薄带材取样与表面清理、基底板4和压板8表面磨削、试样铺层和真空袋封装、热压软化-固化粘结处理、极薄带材分条切割、显微镜下切槽形貌和宽度测试以及残余应力分布计算。
进一步优化方案，步骤一中，极薄带材样品6是在经过冷轧工序的带有复杂浪形缺陷的极薄带材上截取所得，并采用无水乙醇和丙酮试剂清理极薄带材样品6表面油脂；极薄带材样品6的宽度范围为20mm-600mm，厚度范围为0.01mm-0.10mm。
进一步优化方案，步骤二中，基底板4与压板8由板材进行表面磨削制成；基底板4与压板8的厚度为6-12mm，且其长度和宽度尺寸大于极薄带材样品6；样品、基底板4和压板8材质为同种金属材料。
金属材料为钢、铜、铝、硅等金属或上述金属的合金材料。
进一步优化方案，步骤二中，将极薄带材样品6放置在耐高温真空袋9内后，安放通气阀10并利用耐高温胶条封装，按压密封胶条2使真空袋密封性良好。
按照由下向上的顺序将透气毡3、基底板4材、聚氨酯膜5、极薄带材、带孔隔离膜7、压板8、透气毡3进行铺层，层与层之间对齐并放置平整，放入耐高温真空袋9，采用耐高温密封胶带对边部进行封装，保证密封性良好。
进一步优化方案，步骤二中，聚氨酯膜5材质为聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)，一般是由平均相对分子质量为600-4000的长链多元醇(聚醚或聚酯)和相对分子质量为61-400的扩链剂及多异氰酸酯加成聚合的线性高分子材料，聚氨酯膜5尺寸略大于基底板4。
进一步优化方案，步骤三中，将耐高温真空袋9放置在钢化玻璃板1上后，整体放入热压罐，连接通气阀10抽真空，然后关闭罐门，加热软化并利用外置空气压缩机加压，保温一段时间后保持压强的同时降温进行固化。
进一步优化方案，步骤四中，试样冷却至常温后从耐高温真空袋9内取出，再进行切割观测。
进一步优化方案，热压罐温度上限控制为180℃，气压上限设置为1.0MPa。
进一步优化方案，步骤四中，在保护气氛下利用激光打标机对极薄带材样品6进行切割，得到宽度为5mm-10mm的条状试样，将极薄带材切断即停止。
所述保护气氛为水蒸气、酒精气体、氮气、氨分解氢的惰性气体。
进一步优化方案，步骤六中，在显微镜下切槽形貌和条状宽度测试以及残余应力分布计算，将两次测得切槽宽度分布进行作差处理，得到极薄带材残余应变分布，进而得到残余应力分布，残余应力分布可若干方向。如轧制方向残余应力沿宽度方向分布、宽度方向残余应力沿轧制方向分布或切割时设置不同角度,如图4所示。
在本发明的一个实施例中，以304不锈钢极薄带材为例，初始厚度为0.040mm，宽度为68mm，经过单道次轧制厚度减薄为0.032mm，撤去张力后带材呈现出较规则且均匀分布的斜向交叉浪形，测定极薄带材面内残余应力分布包括以下步骤：
步骤一，在极薄带材上取100mm长的样品，采用无水乙醇及丙酮清理表面油脂；
步骤二，基底板4与压板8厚度为6mm，利用平板磨床对表面进行磨削，裁剪聚氨酯膜5和带孔隔离膜7，尺寸为110×80mm；按照由下向上的顺序将透气毡3、基底板4、聚氨酯膜5、极薄带材、带孔隔离膜7、压板8、透气毡3依次放入耐高温真空袋9，安放通气阀10并利用耐高温胶条封装；
步骤三，将真空袋整体放置在钢化玻璃板1上并放入热压罐，连接通气阀10，打开真空泵抽真空，接着，关闭罐门，按照图3第一工艺图参数加热180℃加压1.0MPa进行软化，然后在一定压强1.0MPa下降温进行固化；
步骤四.利用激光打标机对所得试样进行条状切割，条状宽度设定为10mm，切槽深度较大于带材厚度，使极薄带材断开，将试样置于显微镜下测试条状试样两侧切槽形貌及条状宽度分布；
步骤五，按照由下而上的顺序将透气毡3、试样、带孔隔离膜7、压板8、透气毡3依次放入耐高温真空袋9，安放通气阀10并利用耐高温胶条封装，并重复步骤四，区别在于按照图3第二工艺图参数；
步骤六，将试样置于显微镜下重新测试切槽宽度形貌及条状分布；将两次条状宽度分布作差处理可得到极薄带材残余应变分布，进而得到残余应力分布,如图5所示。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：取材；截取极薄带材样品(6)，对所述极薄带材样品(6)表面油脂进行清理；
步骤二：初步制样；依次由下至上将透气毡(3)、基底板(4)、聚氨酯膜(5)、极薄带材样品(6)、带孔隔离膜(7)、压板(8)、透气毡(3)，叠放制得试样，并将所述试样放置在耐高温真空袋(9)内；
步骤三：一次制样；将所述耐高温真空袋(9)放置在钢化玻璃板(1)上后进行加热加压处理；
步骤四：一次测量；将所述试样进行条状切割后，通过显微镜测试条状试样两侧切槽宽度分布；
步骤五：二次制样；依次由下至上将透气毡(3)、试样、带孔隔离膜(7)、压板(8)、透气毡(3)，叠放至耐高温真空袋(9)内，重复步骤三，制得第二试样；
步骤六：二次测量；重复步骤四，对所述第二试样进行条状切割后通过显微镜测试切槽宽度分布，得到残余应力分布。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤一中，所述极薄带材样品(6)是在经过冷轧工序的带有复杂浪形缺陷的极薄带材上截取所得，并采用无水乙醇和丙酮试剂清理所述极薄带材样品(6)表面油脂；所述极薄带材样品(6)的宽度范围为20mm-600mm，厚度范围为0.01mm-0.10mm。
3.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤二中，所述基底板(4)与压板(8)由板材进行表面磨削制成；所述基底板(4)与压板(8)的厚度为6-12mm，且其长度和宽度尺寸大于所述极薄带材样品(6)；所述极薄带材样品(6)、基底板(4)和压板(8)材质为同种金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤二中，将所述试样放置在耐高温真空袋(9)内后，安放通气阀(10)并利用耐高温胶条封装，按压密封胶条(2)使真空袋密封性良好。
5.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤二中，聚氨酯膜(5)材质为聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)。
6.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤三中，将所述耐高温真空袋(9)放置在钢化玻璃板(1)上后，整体放入热压罐，连接通气阀(10)抽真空，然后关闭罐门，加热软化并利用外置空气压缩机加压，保温一段时间后保持压强的同时降温进行固化。
7.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤四中，所述试样冷却至常温后从耐高温真空袋(9)内取出，再进行切割观测。
8.根据权利要求6所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：所述热压罐温度上限控制为180℃，气压上限设置为1.0MPa。
9.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤四中，在保护气氛下利用激光打标机对极薄带材样品(6)进行切割，得到宽度为5mm-10mm的条状试样，将极薄带材切断即停止。
10.根据权利要求1所述的一种冷轧精密极薄带材残余应力分布的测定方法，其特征在于：步骤六中，进行显微镜下切槽形貌和条状宽度测试以及残余应力分布计算，将两次测得切槽宽度分布进行作差处理，得到极薄带材残余应变分布，进而得到残余应力分布，所述残余应力分布可若干方向。
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