一种冶金复合材料剪切强度试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种冶金复合材料的异金属界面剪切强度试验装置及试验方法，主要适用于通过热轧、堆焊、粉末冶金、爆炸等方法生产的冶金复合材料(板材或管材等)异金属界面剪切强度的测试。

背景技术：

冶金复合材料是利用热轧、爆炸、堆焊、粉末冶金等手段将两种(或多种)具有不同物理、化学以及力学性能的金属材料进行复合，且在异种材料界面间形成冶金结合的一种材料，近年来冶金复合材料在石油、化工、医疗、食品、消防、核工业等领域内的管道、容器、交换器等设备中得到了广泛的应用。

冶金复合材料通常由基层和衬层两部分组成，其中基层材料一般为碳钢、低合金钢等材料，主要用于提供强度支撑，满足材料的强度和力学性能要求；而衬层则一般为不锈钢、镍基合金、硬质合金等材料，主要用于满足材料的耐蚀、耐磨等特殊要求，通过合理地选择基层和衬层材料，可以实现不同材料间的优势互补，节省材料用量，降低工程费用。

基层与衬层间的剪切强度是冶金复合材料的一个重要性能指标，它表征了两种异质材料间结合力的大小，一般的产品标准中都对其最小值做了规定，如API 5LD-2015《CRA Clad or Line Steel Pipe》、SY/T6623-2012《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》、ASTM A264-2012《SPECIFICATION FOR STAINLESS CHROMIUM-NICKEL STEEL-CLAD PLATE》、ASTM A265-2012《SPECIFICATION FOR NICKED AND NICKEL-BASE ALLOY-CLAD STEEL PLATE》等标准中均规定了冶金复合材料基层与衬层间剪切强度的最小值。

目前，对于基层与衬层间的剪切强度的测量有不同的方法和装置，如ASTM A264-2012、ASTM A265-2012标准给出了测量冶金复合板剪切强度的试验装置及试验样品要求，如图1、2所示。试验样品与试验支架之间的配合间隙为0.005in(0.127mm)，试验时测量推动试验样品基层和衬层产生滑动所需要的力值，根据试验样品基—衬层的结合面积，计算出材料剪切强度的大小。GB/T 6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》也给出了剪切强度试验装置及试验样品要求，与ASTM A264-2012、ASTM A265-2012标准不同，该标准要求在两个试验支架的内侧开0.5mm的凹槽203，且在试验样品衬层与基层交界处开3mm×0.5mm的刻槽204，如图3、4所示。试验支架201内侧的凹槽203在一定程度上减少了试验过程中试验样品与支架之间滑动摩擦的影响，试验样品202上的3mm×0.5mm的刻槽204可以避免试验样品加工时在衬层与基层交界处倒角对试验结果的影响。在实际试验中一般采用固定支架式的试验装置，如图5所示。该装置的试验支架301的开口不可调节，当试验样品302规格尺寸发生变化时，可加工成系列开口宽度的支架或对试验样品的基层厚度进行加工以满足试验要求。

上述三种试验装置均可进行冶金复合材料剪切强度试验，但在实际试验过程中，因试验样品加工精度或者试验样品未垂直受力等原因，使得试验样品受力后倾斜与试验支架内壁接触，因试验样品与支架间为滑动摩擦，摩擦阻力较大。随试验样品在两个试验支架内倾斜程度的增加，摩擦阻力逐渐增大，从而影响试验结果的准确性。

技术实现要素：

为了提高冶金复合材料剪切强度试验的准确性，本实用新型提供一种冶金复合材料剪切强度试验装置。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种冶金复合材料剪切强度试验装置，其特殊之处在于：

包括相对竖向平行设置、下部通过两个紧固螺栓连接的试验支架二和试验支架一，试验支架二和试验支架一之间的间距可通过两个紧固螺栓调节；在所述两个紧固螺栓之间的空间内设置有垫块，在垫块和试验支架二或者垫块和试验支架一之间安装有厚度为0.1mm～0.15mm的金属垫片；

试验支架二和试验支架一相对的侧面上均设置有凸台和滚轮：

试验支架二上侧和下侧均设有等厚的第一凸台，两个第一凸台之间固设有至少一个滚轮，且所述滚轮的外缘与试验支架二上的两个第一凸台的外缘平齐；

试验支架一下侧设有与试验支架二下侧的第一凸台相对应的第二凸台，在试验支架一的非凸台面上固设有至少两个滚轮；位于试验支架一最高处的滚轮对应位于试验支架二上侧的第一凸台。

进一步地，上述垫块可在符合ASTM A264-2012、ASTM A265-2012或者GB/T 6396-2008标准要求的试验样品基层部位截取。

进一步地，上述试验支架二、试验支架一以及滚轮的硬度均不小于400HV。

进一步地，上述试验支架二上设置有两个滚轮，试验支架一上设置有三个滚轮。

本实用新型还提供了另外一种冶金复合材料剪切强度试验装置，其特殊之处在于：

包括相对竖向平行设置、下部通过两个紧固螺栓连接的试验支架二和试验支架一，试验支架二和试验支架一之间的间距可通过两个紧固螺栓调节；在所述两个紧固螺栓之间的空间内设置有垫块；

试验支架二和试验支架一相对的侧面上均设置有凸台和滚轮：

试验支架二上侧和下侧均设有两个第一凸台，位于下侧的第一凸台的厚度比位于上侧的第一凸台的厚度大0.1～0.15mm；在两个第一凸台之间固设有至少一个滚轮，且所述滚轮的外缘与试验支架二上侧的第一凸台的外缘平齐；

试验支架一下侧设有与位于试验支架二下侧的第一凸台相对应的第二凸台，在试验支架一的非凸台面上固设有至少两个滚轮；位于试验支架一最高处的滚轮对应位于试验支架二上侧的第一凸台。

进一步地，上述垫块可在符合ASTM A264-2012、ASTM A265-2012或者GB/T 6396-2008标准要求的试验样品的基层部位截取。

进一步地，上述试验支架二、试验支架一以及滚轮的硬度均不小于400HV。

进一步地，上述试验支架二上设置有两个滚轮，试验支架一上设置有三个滚轮。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型在试验支架二和试验支架一的内侧均安装有滚轮，在试验过程中试验样品移动方向受滚轮限制，即使由于试验样品加工精度误差或受力不垂直而导致试验样品倾斜时，试验样品与试验支架间产生滚动摩擦，摩擦阻力较小，试验结果更加准确可靠。

2)本实用新型试验支架二和试验支架一间距的大小通过垫块和垫片确定，垫块直接从加工完成的试验样品的基层部位截取，而金属垫片的厚度固定，为0.1mm～0.15mm，因此可保证试验支架与试验样品之间的间隙固定，确保了试验结果的一致性。

3)本实用新型试验支架二和试验支架一的间距可通过两个紧固螺栓调节，利用一套试验装置可满足多种规格冶金复合材料剪切强度的测试。

4)本实用新型结构简单、试验过程方便快捷。

附图说明

图1是ASTM A264-2012、ASTM A265-2012中的剪切强度试验装置示意图；

图2是ASTM A264-2012、ASTM A265-2012中的剪切强度试验样品要求示意图；

图3是GB/T 6396-2008剪切强度试验装置示意图；

图4是GB/T 6396-2008剪切强度试验样品要求示意图；

图3-4中标号：201-试验支架，202-试验样品，203-凹槽，204-刻槽。

图5是现有固定支架式剪切强度试验装置的示意图；图5中标号：301-试验支架，302-试验样品。

图6是本实用新型剪切强度试验装置具体实施例的主视图；

图7是本实用新型剪切强度试验装置具体实施例的俯视图；

图8是本实用新型剪切强度试验装置具体实施例的试验过程示意图；

图6-8中标号：1-试验支架一，2-滚轮，3-试验支架二，4-销钉，5-垫块，6-螺母，7-紧固螺栓，8-金属垫片，9-试验样品，10-凸台。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图6、7所示，本实用新型所提供的冶金复合材料剪切强度试验装置包括相对竖向平行设置并具有一定间距的试验支架二3和试验支架一1，试验支架二3和试验支架一1相对的面上均设置有凸台10和滚轮2：试验支架二3在其上侧和下侧均设有凸台10，在两个凸台10之间通过销钉4固定有两个滚轮2，且滚轮2的外缘与试验支架二3上的凸台10外缘平齐；试验支架一1仅在其下侧设有凸台10，在非凸台面上通过销钉4固定有三个滚轮2；试验支架一1最高处的滚轮2对准试验支架二3上端的凸台10。为保证试验装置的强度及刚度，试验支架二3、试验支架一1以及滚轮2的硬度不小于400HV。

试验支架二3和试验支架一1的下部通过两个紧固螺栓7固连，试验支架二3和试验支架一1的间距可通过两个紧固螺栓7调节，以满足不同规格的试验样品测试；在两个紧固螺栓7之间的空间内设置有垫块5，垫块5可在符合图2或图4要求的试验样品的基层部位截取；在垫块5和试验支架二3之间安装有厚度为0.1mm～0.15mm的金属垫片8。

本实用新型滚轮2的外缘与试验支架二3上的凸台10平齐，在进行试验时，可以防止试样歪斜，保证试验时试样垂直下行，起到固定试样位置及减少摩擦的作用；另一方面，滚轮2的外缘与试验支架二3上的凸台10平齐时，可在试验时直接从试样上截取垫块5，由垫块5和垫片8确定两个试验支架间的距离，方便快捷。

由于两个试验支架间的间隙比试样厚度大0.1～0.15mm，在加工试验支架二3时将其下侧的凸台10加工成比上侧的凸台10厚0.1～0.15mm，此时就无需再用垫片8了。

如图8所示，利用上述试验装置进行冶金复合材料的剪切强度试验时，将符合图2或图4要求的试验样品9置于试验支架二3和试验支架一1之间，利用力F下压试验样品9的顶部，测出使试验样品9的基层和衬层分离时的最大力F_max，然后根据最大力F_max和试验样品9的基层和衬层的结合面积计算出被检材料的剪切强度。