表面质量检测
本文采用了光学显微镜与扫描电镜实验钢进行了不锈钢复合板界面显微组织观察。
(1)金相组织观察
热轧不锈钢复合板的显微组织对其力学性能有一定的影响,本文对试样进行了光学显微镜下的组织观察。
1)金相试样的制备
轧制复合完成后,首先沿着钢板的轧向用剪板机剪下约为1OX10mm大小的试样,然后将试样镶嵌好。
2)金相试样的磨光、抛光及组织观察
由于普碳钢表面氧化铁皮还原后其表面不用经过抛光处理,直接进行金相观察。视野中可以看到残留氧化铁皮的变化,以及表面粗糙度的变化。
将镶好的不锈钢复合板的金相试样依次在金相砂纸及抛光机上打磨抛光。
不锈钢复合板金相试样经过磨光和抛光后,为了更清晰的观察到界面处的结合情况,对试样进行腐蚀。试验过程中使用17%FeC13, 17%HC1的腐蚀液,由于不锈钢的抗腐蚀能力很强,普碳钢容易被腐蚀,使用这种腐蚀液时,普碳钢一侧易过腐,在视野下鸟黑一片,而不锈钢侧刚被腐蚀有的部位甚至还未被腐蚀,视野一片模糊,很难操控。将腐蚀液的浓度改变为10%FeC13, 26.6%HC1,腐蚀效果依然没有改进用。为了改进整体一同腐蚀的弊病,采用分侧分别腐蚀的方法,不锈钢一侧使用棉球多腐蚀一段时间,然后冲洗干净,再腐蚀普碳钢一侧,时间缩短。这样两侧的组织形貌可以观察清楚,但是界面处的组织模糊,无法检测出不锈钢复合板的复合状况。鉴于以上情况,本试验采用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀。使用硝酸酒精溶液进行腐蚀时,不锈钢在短时间内不能被腐蚀,只要控制腐蚀普碳钢的时间,即可得到清晰的截面线及附近的组织形貌。
(2)扫描电镜观察
经氢气还原后的普碳钢的表面,使用JSM-6480LV扫描电镜进行形貌观察,主要观察普碳钢表面裂纹的长短,孔洞的尺寸等。
为了更进一步的研究热轧不锈钢复合板界面处显微形貌,本试验将上述金相试样在扫描电镜下进行形貌观察。
扫描电镜的观测倍数为X 500, X 1000, X 2000, X 5000倍。
2.2.2剪切强度检测
衡量复合板质量优劣的指标有很多,常见的有抗剪强度、粘结强度、结合度和剥离强度等。其中,抗剪强度最能说明金属复合板界面结合强度的高低,同时也便于测量。目前,薄规格复合板抗剪强度测试技术并不完善,图2.3为GB/T6396-2008中规定的复合钢板厚度大于l Omm时以剪切方式测试剪切强度的示意图。但是在剪切板厚度较薄时,在压力的作用下,基体会发生弯曲变形,影响精度,甚至完全测不出剪切强度值。针对这一状况,使用图2.4所示的剪切方式,但是在覆层较薄时,很容易在覆层最薄弱的位置发生弯曲或断裂,影响精度,甚至测试失败。因此,对薄规格的复合板,需要一种既准确又方便的测量装置。试验采用相应的试验装置如图2.5所示,装置为自行研发,己经获得专利。从图2.5可以看出基体材料在平行于界面的压力尸作用下向下运动,而覆层材料受到剪刃的阻力,二者之间在界面处产生相互错动的剪切力。当剪切力超过界面的抗剪强度时,基体与覆层之间就会产生分离断裂现象,在过程中记录最大压力,再除以基体与覆之间的接触面积即可得到最大剪切应力。在试验过程中,试样切割好以后先用40了水砂纸将切割面的切割线切割痕迹磨掉,保证表面粗糙度Ra不大于1.6}m,且上下表面相互平行,试样厚度达到1.Omm即可,为了使复合界面更清晰的显现出来,使用4%硝酸酒精溶液轻微腐蚀磨光的表面。本实验中影响界面结合强度的工艺参数包括:轧制温度、轧制道次数、压下量。本试验对不同的工艺参数下复合板界面剪切强度进行了测定,以分析工艺参数对剪切强度的影响。
(1)试验方法
将剪切试样放入图2.5所示的剪切试验装置中。
试样夹持在冲头与压盖之间,夹持时要注意试样的复合界面与下模剪口边缘线对齐,以便剪切时恰好在复合界面处被剪断。另外,为防止冲头受力后倾斜,应在冲头与压盖之间对称放置试样;然后使用螺栓将冲头与压盖锁紧,再放进下模的剪口中,再用上模盖住,用螺栓锁紧,两次锁紧都是为了放置试样在受到剪切力作用时产生倾翻,影响测试精度;最后再将组合装置放在底座上,利用万能试验机在冲头上施加压力,试验机的移动速度为Smm/min,直至试样在复合界面处被剪断位置;记录试样被剪断之前的最大压力。
C2)试验结果处理
抗剪强度按公式(1)计算:z=FlS } 1 )式中:z为抗剪强度(MPa); F为剪切切断负荷(N); S为试样
剪切面面积
剥离强度检测
参考国标GB2792-81《压敏胶粘带180。剥离强度测定方法》的标准进行剥离试验。先将试样沿着轧制方向用线切割切割为10X25 mm的长方形试样,再用线切割机沿不锈钢与普碳钢的结合界面切开,最后制成T型
剥离试样,形状如图2. 7所示。
使用WDW3100微机控制电子万能试验机进行剥离试验,通过单位宽度上剥离不锈钢和普碳钢所需要的力来确定复合板的结合强度。剥离强度可按下面的公式(2)计算:
:二P/ L(2) 其中:z为撕裂强度,N/mm;P为撕裂力,N; L为试样撕裂线的宽度,mm
拉伸性能试验
拉伸试验是检验金属力学性能普遍采用的一种非常重要的手段。为了确定轧后各组复合板的力学性能,对不同工艺所对应的试验钢板进行取样,试样按GB3076-82标准在MST810材料疲劳试验机上进行并测定出力学性能,确定其屈服极限as、强度极限6b0
f}.试验设备:
试验在MST810材料疲劳试验机上进行。
b.试样制备及实验方法:
将钢板放在电火花式线切割机上切得拉伸试样,试样尺寸如图2.7所示。按 GB3076-82标准拉伸试验在MST810材料疲劳试验机上进行并测定复合板的力学性能,实验环境为大气室温,夹头移动速率为Smm/minx
拉伸曲线为位移一载荷曲线,通过公式计算便可得到试样的应力值。此外,保证试样表面光滑,避免因缺口而造成的应力集中。因此使用水砂纸将试样打磨光滑,同时在试验过程中夹紧试样时保证试样轴线方向与载荷方向一致,不能够倾斜或产生偏心。