復合板界面的維氏硬度試驗方法研究

武　杰，趙　濤，孫　毅（西部金屬材料股份有限公司理化檢驗中心，西安　710016）

復合板界面的維氏硬度試驗方法研究

武杰，趙濤，孫毅
（西部金屬材料股份有限公司理化檢驗中心，西安710016）

隨著復合板被廣泛應用，其力學及工藝性能檢驗也日漸成熟，作者針對GB/T6396《復合鋼板力學及工藝性能試驗方法》中的硬度章節做了相關的小負荷維氏硬度試驗，從而得出要根據復材和基材的不同選用合適的試驗力及試驗位置，以硬度壓痕不產生嚴重的變形為有效的試驗結果；試樣的表面必須平滑，用相應的腐蝕液腐蝕以顯示分界線，但不能腐蝕過重，否則硬度壓痕也會產生嚴重的變形。

復合板界面；小負荷維氏硬度；硬度壓痕

0　引言

復合板被廣泛應用在防腐、壓力容器制造、電建、石化、醫藥、輕工、汽車等行業，如鈦及鈦合金復合材，不銹鋼/鋼復合材，有色金屬及其合金復合材等。復合的方法通常有爆炸復合、軋制復合等。目前復合板的力學及工藝性能檢驗主要包括硬度試驗、拉伸試驗、沖擊試驗、彎曲試驗等項目。本文針對維氏硬度這一章節的試樣、試驗設備和試驗要求及試驗方法［1］進行了更深一步的探索。

1　試驗材料與方法

本文選用退火態的不銹鋼/碳素鋼（304/Gr70）為實驗材料，尺寸為10mm×15mm×25mm。試樣的表面到達鏡面且無磨制缺陷，經4%的硝酸酒精溶液輕度浸蝕，顯示分界線。實驗設備：401MVD維氏硬度計。實驗條件：負荷1.961N。載荷保持時間：30秒。在同一試樣的同一斷面上進行了三組小負荷維氏硬度測試［2］，測試的部位分別是（1）復材、結合區、基材（2）復材、界線兩側（兩個硬度壓痕相鄰）、基材（3）復材、界線兩側（兩個硬度壓痕不相鄰）、基材。

2　試驗結果及分析

表1　第一組實驗數據

表2　第二組實驗數據

第一組實驗數據是日常工作的試驗過程，計算第一組結合區的數據可以得出壓痕對角線長度之差（2.92μm）已經超過對角線平均值（37.54μm）的5%，計算第二組數據也可以得出相同的結論。如果是規則的壓痕，則有可能是材料的各向異性造成的，例如經過嚴重冷加工變形的材料。可在不銹鋼/碳素鋼復合板的結合區并不是這種情況，試樣侵蝕后，微觀可以清楚的顯示結合區呈波狀結合形態，這是由于爆炸復合中，金屬間高速碰撞，巨大的壓力和剪切作用使結合區基復板都有強烈的塑性變形，組織呈流線特征，基板一側組織顯著拉長，這樣就使硬度壓痕在此區域發生了嚴重的變形，在日常工作中如果遇到這種情況，則放棄此壓痕，再重新尋找合適的位置，繼續進行相同的試驗，可這樣做并不能真實的反映出結合區的維氏硬度值，因此繼續做了第二組和第三組實驗。

表3　第三組實驗數據

通過第二組實驗數據可以看出復材靠近界線處硬度值有明顯的升高，而基材靠近界線處硬度值與基材的硬度值相比變化不是很明顯，硬度值有所降低。這說明熱處理后結合區基板一側有脫碳現象，而復板一側有滲碳現象。由于兩個壓痕緊緊相鄰，不符合《金屬維氏硬度試驗第一部分：試驗方法》中的7.6條款規定：兩相鄰壓痕中心之間距離，對于鋼及其合金至少應為壓痕對角線長度的3倍，所以第二種方法僅限于做實驗，不能作為檢測報告的數據。通過第二組試驗數據可以得出在不銹鋼/碳素鋼（304/Gr70）這種復合板經過熱處理后，結合區硬度發生明顯變化的是復材一側。

如果將第二種實驗方法加以改進，就是將兩個相鄰的硬度壓痕分開，那么就得到第三組實驗數據。通過第三組實驗數據我們可以更明顯的看出界線處復板一側的維氏硬度值顯著提高，而基板一側硬度值略有降低。第三種實驗方法符合《金屬維氏硬度試驗第一部分：試驗方法》中所有條款，可以作為檢測報告的數據。但對于復合材料來說，由于復合界面的存在，使得復合材的性能既不同于基材也不同于復材，如果只提供第三組數據不能直接反映出經過爆炸復合處理后強度的差異，所以建議在不銹鋼/碳素鋼復合前對復層材料的斷面進行小負荷維氏硬度測試，隨后進行爆炸復合，然后再對復合后的復材進行相同條件的維氏硬度測試，這樣可以間接反映出材料經過爆炸復合處理前后強度的差異。

3　結論

（1）根據復材和基材不同的材料應選用合適的試驗力及恰當的位置進行復合板的維氏硬度試驗，以硬度壓痕不產生嚴重變形為有效的試驗結果。（2）試驗樣品的表面必須平滑，需用相應的腐蝕液腐蝕，以顯示復材與基材的分界線。

［1］GB/T 6396-2008《復合鋼板力學及工藝性能試驗方法》.

［2］GB/T 4340.1-1999《金屬維氏硬度試驗第一部分：試驗方法》.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.007

武杰（1979-），女，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：稀有難熔金屬、貴金屬加工及檢測。