การวิจัยคุณสมบัติทางกลแรงดึงของแผ่นคอมโพสิตเหล็กไทเทเนียม

1. วัสดุทดลอง
ชิ้นทดสอบแรงดึงจะถูกสุ่มตัวอย่างจากวัสดุ และกำหนดขนาดตาม GB/T 2281-2010 "การทดสอบแรงดึงของวัสดุโลหะส่วนที่ 1: วิธีทดสอบอุณหภูมิห้อง" [8] ดังแสดงในรูปที่ 1 ความยาวของชิ้นงานคือ 300 มม. อัตราส่วนคอมโพสิตที่เหมือนกันสามรายการได้รับการออกแบบ โดยมีหมายเลข TB-1, TB-2 และ TB-3 ความหนาของชั้นฐานเหล็กคือ 10 มม. และความหนาของชั้นไทเทเนียมคือ 2 มม. การออกแบบขนาดของชิ้นงานทดสอบแสดงในรูปที่ 2 ชิ้นงานที่ตัดและขึ้นรูปจะแสดงในรูปที่ 3
การกระจายตัวของชั้นไทเทเนียมและชั้นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำสามารถเห็นได้ชัดเจนจากแผนผังการจัดวางวัสดุของหน้าตัดของแผ่นในรูปที่ 4

รูปที่ 2 แบบออกแบบขนาดชิ้นงานทดสอบ

รูปที่ 3 แผนผังการตัดและการขึ้นรูปของชิ้นทดสอบ รูปที่ 4 แผนผังการจัดโครงสร้างวัสดุหน้าตัดของชิ้นทดสอบ

แผ่นคอมโพสิตเหล็กไทเทเนียมระเบิด TA2+Q235B พร้อมหุ้มไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม
TA2 ความหนา 2 มม. และชั้นฐานทำจากเหล็ก Q235B มีความหนา 11 มม. ตารางที่ 1 แสดงตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพทางกลของ TA2 และ Q235B

อ้างอิงจาก GB/T 228.1-2010 [8] ชิ้นงานทดสอบแรงดึงของแผ่นคอมโพสิต TA2+Q235B ด้วยลวดตัด การทดสอบแรงดึงดำเนินการบนเครื่องทดสอบอเนกประสงค์เซอร์โวไฮดรอลิกของไมโครคอมพิวเตอร์ และการทดสอบความล้าแบบจุดเดียวดำเนินการกับเครื่องทดสอบความล้า MTS810 เลือกความเครียดห้ารายการตามลำดับ: 0.5rm, {{10}}.45rm, 0.4rm, 0.35rm และ 0.3rm ระดับความเครียดจะค่อยๆ ลดลงในระหว่างการทดสอบ โดยมีความถี่คลื่นไซน์ 30Hz อัตราส่วนความเครียด -1 และความถี่ในการโหลด 2 × 105 ครั้ง โครงสร้างจุลภาคของส่วนต่อประสานของแผ่นคอมโพสิตเหล็กไทเทเนียมได้รับการวิเคราะห์และสังเกตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยา Zeiss Axiovert 200MAT

2. กระบวนการทดลอง
เมื่อเริ่มโหลด เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ชิ้นงานจะยืดออกเล็กน้อย และหน้าตัดจะแสดงสัญญาณของการหดตัว เมื่อภาระเพิ่มขึ้น การเสียรูปของชิ้นงานก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อโหลดจนถึงค่าสูงสุด ชิ้นงานทดสอบจะมีคอและแตกหักในที่สุด ในระหว่างการทดลอง มีสองเสียงพร้อมกับชิ้นงานตั้งแต่เริ่มโหลดจนถึงล้มเหลว อย่างแรกคือการแยกส่วนต่อประสานเหล็กไทเทเนียม และอย่างที่สองคือการแตกหักของชิ้นงานทดสอบ จะเห็นได้ว่าฐานและส่วนหุ้มของแผ่นคอมโพสิตเหล็กไทเทเนียมสามารถทำงานร่วมกันได้ในระหว่างกระบวนการดึง ข้อมูลที่วัดได้ของแต่ละชิ้นงานแสดงไว้ในตารางที่ 2 เป็นที่น่าสังเกตว่ารูปร่างแตกหักของชิ้นงานทดสอบทั้งหมดจะคล้ายกัน และมีการบิดงอร่วมกับแรงดึง ซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยความเค้นตกค้างในแผ่น ในเวลาเดียวกัน การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของเหล็กกล้า TA2+Q235B แสดงให้เห็นว่าลักษณะที่มองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ทั้งสองด้านของชั้นมีความคล้ายคลึงกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าวัสดุโลหะทั้งสองมีการเชื่อมต่อที่ดีในแง่ของการยึดเหนี่ยว

เมื่อความเครียดต่ำกว่า 8% ความชันของเส้นโค้งมีแนวโน้มที่จะราบเรียบ
การเสียรูปให้ผลช้าและชัดเจน ในขณะเดียวกัน เมื่ออัตราส่วนความเครียดของเหล็กเพิ่มขึ้น ความสามารถในการเปลี่ยนรูปจะค่อยๆ ลดลง ซึ่งเป็นผลมาจากการลดสัดส่วนของแรงดึงของไทเทเนียม จากการวัดพบว่าความยาวของชิ้นงานเพิ่มขึ้นโดยเริ่มจากตรงกลางแล้วค่อย ๆ แผ่ออกไปปลายทั้งสองข้าง ความเครียดของชั้นฐานและชั้นคอมโพสิตเท่ากัน บ่งชี้ว่ามีการเสียรูปแบบประสานกัน จากผลการวัดจะเห็นได้ว่าการเสียรูปตรงกลางของชิ้นงานมีขนาดใหญ่ที่สุด และการเสียรูปที่หน้าตัดมีความสม่ำเสมอ ซึ่งบ่งบอกถึงการเสียรูปที่ประสานกันของชั้นฐานและชั้นคอมโพสิต เมื่อวัสดุถูกยืดและแตกหัก มันจะเคลื่อนที่ไปตามระนาบสลิปการเคลื่อนที่ และผลึกที่ตกตะกอนจะปรากฏเป็นปลั๊กการเคลื่อนที่ที่ไม่ต่อเนื่อง ในระหว่างการทดลอง ความเข้มข้นของความเครียดเกิดขึ้นเนื่องจากมีรูขุมขนในบริเวณที่อ่อนแอ เมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้น รูขุมขนก็รวมตัวกันและคอในที่สุด นำไปสู่การแตกหัก ผ่านซับสเตรตและแผนภาพไมโครแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตแสดงให้เห็นลักษณะความเหนียวที่ชัดเจนที่พื้นผิวแตกหัก โดยมีหลุมรูปไข่หรือวงกลมจำนวนหนึ่งที่มีขนาดแตกต่างกันบนพื้นผิว มีการกระจายขนาดไม่สม่ำเสมอ บ่งชี้ว่าวัสดุผ่านการเสียรูปพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญก่อน การแตกหัก