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

復(fù)合板界面的維氏硬度試驗(yàn)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(yàn)中心，西安710016）

隨著復(fù)合板被廣泛應(yīng)用，其力學(xué)及工藝性能檢驗(yàn)也日漸成熟，作者針對GB/T6396《復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法》中的硬度章節(jié)做了相關(guān)的小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)，從而得出要根據(jù)復(fù)材和基材的不同選用合適的試驗(yàn)力及試驗(yàn)位置，以硬度壓痕不產(chǎn)生嚴(yán)重的變形為有效的試驗(yàn)結(jié)果；試樣的表面必須平滑，用相應(yīng)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(chǎn)生嚴(yán)重的變形。

復(fù)合板界面；小負(fù)荷維氏硬度；硬度壓痕

0　引言

復(fù)合板被廣泛應(yīng)用在防腐、壓力容器制造、電建、石化、醫(yī)藥、輕工、汽車等行業(yè)，如鈦及鈦合金復(fù)合材，不銹鋼/鋼復(fù)合材，有色金屬及其合金復(fù)合材等。復(fù)合的方法通常有爆炸復(fù)合、軋制復(fù)合等。目前復(fù)合板的力學(xué)及工藝性能檢驗(yàn)主要包括硬度試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)等項(xiàng)目。本文針對維氏硬度這一章節(jié)的試樣、試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)要求及試驗(yàn)方法［1］進(jìn)行了更深一步的探索。

1　試驗(yàn)材料與方法

本文選用退火態(tài)的不銹鋼/碳素鋼（304/Gr70）為實(shí)驗(yàn)材料，尺寸為10mm×15mm×25mm。試樣的表面到達(dá)鏡面且無磨制缺陷，經(jīng)4%的硝酸酒精溶液輕度浸蝕，顯示分界線。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：401MVD維氏硬度計(jì)。實(shí)驗(yàn)條件：負(fù)荷1.961N。載荷保持時(shí)間：30秒。在同一試樣的同一斷面上進(jìn)行了三組小負(fù)荷維氏硬度測試［2］，測試的部位分別是（1）復(fù)材、結(jié)合區(qū)、基材（2）復(fù)材、界線兩側(cè)（兩個(gè)硬度壓痕相鄰）、基材（3）復(fù)材、界線兩側(cè)（兩個(gè)硬度壓痕不相鄰）、基材。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

表1　第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2　第二組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是日常工作的試驗(yàn)過程，計(jì)算第一組結(jié)合區(qū)的數(shù)據(jù)可以得出壓痕對角線長度之差（2.92μm）已經(jīng)超過對角線平均值（37.54μm）的5%，計(jì)算第二組數(shù)據(jù)也可以得出相同的結(jié)論。如果是規(guī)則的壓痕，則有可能是材料的各向異性造成的，例如經(jīng)過嚴(yán)重冷加工變形的材料。可在不銹鋼/碳素鋼復(fù)合板的結(jié)合區(qū)并不是這種情況，試樣侵蝕后，微觀可以清楚的顯示結(jié)合區(qū)呈波狀結(jié)合形態(tài)，這是由于爆炸復(fù)合中，金屬間高速碰撞，巨大的壓力和剪切作用使結(jié)合區(qū)基復(fù)板都有強(qiáng)烈的塑性變形，組織呈流線特征，基板一側(cè)組織顯著拉長，這樣就使硬度壓痕在此區(qū)域發(fā)生了嚴(yán)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(xù)進(jìn)行相同的試驗(yàn)，可這樣做并不能真實(shí)的反映出結(jié)合區(qū)的維氏硬度值，因此繼續(xù)做了第二組和第三組實(shí)驗(yàn)。

表3　第三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過第二組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出復(fù)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(jié)合區(qū)基板一側(cè)有脫碳現(xiàn)象，而復(fù)板一側(cè)有滲碳現(xiàn)象。由于兩個(gè)壓痕緊緊相鄰，不符合《金屬維氏硬度試驗(yàn)第一部分：試驗(yàn)方法》中的7.6條款規(guī)定：兩相鄰壓痕中心之間距離，對于鋼及其合金至少應(yīng)為壓痕對角線長度的3倍，所以第二種方法僅限于做實(shí)驗(yàn)，不能作為檢測報(bào)告的數(shù)據(jù)。通過第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出在不銹鋼/碳素鋼（304/Gr70）這種復(fù)合板經(jīng)過熱處理后，結(jié)合區(qū)硬度發(fā)生明顯變化的是復(fù)材一側(cè)。

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

3　結(jié)論

（1）根據(jù)復(fù)材和基材不同的材料應(yīng)選用合適的試驗(yàn)力及恰當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行復(fù)合板的維氏硬度試驗(yàn)，以硬度壓痕不產(chǎn)生嚴(yán)重變形為有效的試驗(yàn)結(jié)果。（2）試驗(yàn)樣品的表面必須平滑，需用相應(yīng)的腐蝕液腐蝕，以顯示復(fù)材與基材的分界線。

［1］GB/T 6396-2008《復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法》.

［2］GB/T 4340.1-1999《金屬維氏硬度試驗(yàn)第一部分：試驗(yàn)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。