专利名称：非晶带材力学性能的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种非晶带材力学性能的检测方法，尤其涉及一种利用夹具夹持非晶带材检测的方法。
背景技术：
常用的金属材料一般有两种一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。晶态材料， 是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料。非晶态材料是20世纪70年代问世的一种新兴的材料，其制备技术完全不同于传统的晶态材料工艺方法，而是采用冷却速度大约106°C /秒的超级冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型。由于超急冷凝固，合金凝固时的原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，故称为非晶态合金。这种结构类似与玻璃，因此也称为金属玻璃。
非晶态合金与普通钢铁材料相比，有着突出的高强度、高韧性和高耐磨性。非晶态合金的无序结构(长程无序、短程有序)赋予了它高强度、高硬度的同时，还具有高塑性。非晶合金在变形时无加工硬化现象，在过冷液相区表现出类似牛顿粘性流体(m= 1)的超塑性状态，利用此性能，可以用非晶态合金加工出形状非常复杂、精密、细小的零件。非晶合金材料广泛用于轻、重工业、军工和航空航天业，在材料表面、特殊部件和结构零件等方面也都得到广泛的应用。研究非晶态合金的力学性能，不仅具有理论意义，还具有非常大的实际意义。由非晶态合金制成的薄带状材料(简称为非晶带材)，不仅是优秀的功能材料(表现为优良的软磁性能)，也具有优良的力学性能。非晶合金的抗拉强度一般比对应的晶体合金要高很多。
拉伸试验是一种最简单的力学性能试验，在测试的范围内，受力均勻，应力应变及其性能指标测量稳定、可靠，理论计算方便。通过拉伸试验可以测定材料弹性变形、塑性变形和断裂过程中最基本的力学性能指标(如弹性模量E、屈服强度氏、抗拉强度Rm、断后伸长率A及断面收缩率Z等)。拉伸试验中获得的力学性能指标是材料固有的基本属性和工程设计中的重要依据。对于非晶体材料来说，弹性模量E、抗拉强度Rm、断后伸长率A是比较重要的三个指标。
用途最广的一般的非晶带材牌号为1K101，成分为Fe78Si9B13#晶合金带材，带厚只有20μπι-40μπι，宽为IOmm 142mm。属于横截面非常小的产品，常用的引伸计已不适用于此类型产品试样的试验，需要特殊的夹头和夹持方法。发明内容
本发明的目的是解决横截面非常小的非晶带材产品试样的拉伸试验操作。
为实现上述目的，本发明提供了一种非晶带材力学性能的检测方法。该方法包括 检测非晶带材的原始数据；将夹持片夹持在所述非晶带材的两端；利用夹具夹持所述夹持片后拉伸所述非晶带材；检测拉伸所述非晶带材后的拉伸数据；根据所述原始数据和拉伸3数据计算所述非晶带材的力学性能。
优选地，所述检测非晶带材的原始数据之前还包括制备所述非晶带材。
优选地，所述制备所述非晶带材具体包括将非晶带材样品剪切为15mm 50mm 宽，53mm 203mm长；将所述剪切后的非晶带材样品制备成厚度为20 μ m 40 μ m ；清洁所述制备好的非晶带材样品为所述非晶带材。
优选地，所述制备所述非晶带材还包括将所述非晶带材中部制备为长度为 IOmm 30mm，宽度为3mm IOmm的拉伸部。
优选地，所述根据所述原始数据和拉伸数据计算所述非晶带材的力学性能具体包括
根据公式ε Ig= x/l0和σ工程=F/S0计算工程应变和工程应力；
根据公式ε真实=1η(1+ ε工程)和σ真实=F/S = σ工程(1+ ε工程)计算真实应变和真实应力；
其中，ε工g为工程应变，χ为位移，Itl为原始试样标距长度，σ工g为工程应力，F为拉伸载荷，&为原始试样的横截面积，σ 为真实应变，σ 为真实应力，S、1分别为瞬时横截面积和瞬时标距内的长度；
根据所述真实应力和真实应变的应力-应变曲线，并通过曲线拟和计算出非晶材料弹性模量。
本发明采用过渡连接的方法，使用自行设计的小夹具固定非晶带材样品，实现了对小尺寸试样的拉伸检测，从而获得了检测样品各项力学性能指标的可靠数据。本发明中所使用的小夹具简单可靠，操作方便；其设计的可旋紧的螺丝，避免了试样的滑落；具有的相互平行的底座，避免了拉伸试件的扭转；该小夹具在进行小尺寸拉伸试件的检测中发挥了很大的优势和作用。
图1为本发明实施例中检测非晶带材力学性能的流程图2为本发明实施例中的检测非晶带材力学性能用的试验样品垂直于厚度方向的截面图3为本发明实施例中的用于夹持样品两端的不锈钢铁片的图形；
图4为本发明实施例中检测非晶带材力学性能用的小夹具的俯视剖面图和侧视剖面图5为本发明实施例中非晶带材样品在室温拉伸时的应力-应变曲线。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明利用自制的小夹具固定小尺寸的非晶带材样品，完成了室温下测量其力学性能的拉伸试验。图1所示为本发明实施例中检测非晶带材力学性能的流程图。具体步骤包括如下所述的几个方面
步骤100、非晶带材样品的制备。因为样品的横截面形状和尺寸都对样品性能的测定结果有影响，尤其是对样品的断后伸长率和断面收缩率有较大影响，所以为了得到精确的测量结果，制备出的样品需满足合适的形状与尺寸。一般非晶带材样品的厚度为 20 μ m 40 μ m，需要将其剪切成15mm 50mm宽，总长度可以在53mm 203mm之间。优选地，本发明实施例中采用的样品是铁基非晶带材Fe78Si9B13，带材宽度为30mm，厚度只有 0.03mm。先是通过分剪机，可以将其剪切成宽为15mm 30mm之间。由于该非晶带材非常薄，因此采用线切割的方法制备拉伸试样。图2为本发明实施例中制备出的检测非晶带材力学性能用的试验样品垂直于厚度方向的截面图。如图中所示，采用线切割的方法制备出的样品总。样品包括中间的拉伸部1和两端对称相等的的夹持面2。拉伸部1到夹持面2 使用弧线过渡，该弧线的曲率半径为Imm 3mm。中间拉伸部1长IOmm 30mm，宽3mm 10mm。两端夹持面2长20mm 85mm，宽18mm 40mm。线切割时，为了避免高温下各片层熔融到一起，同时为了提高切割效率，将每层之间用钢板隔开。最后对切割好的样品进行清洁，比如可以选用去油剂将表面的油渍冲洗干净，再用酒精擦干。
优选地，本发明实施例中，制备的非晶带材样品总长为73mm，中间拉伸部1长 IOmm,宽3mm，两端夹持面2长30mm，宽20mm，过渡弧线的曲率半径为1. 5mm。
步骤101、检测非晶带材的原始数据。对制备好的非晶带材样品在拉伸之前进行原始数据的测量，包括原始长度Ιο、原始横截面积&。
步骤102、将夹持片夹持在所述非晶带材样品的两侧。由于拉伸件尺寸较小，不能直接固定在拉伸机的夹头上，故采用了过渡连接的方式。将非晶带材样品两端的夹持面2 分别用两片相同的夹持片夹住。如图3所示为本发明实施例中的用于夹持样品两端的夹持片的图形。夹持片3的长度小于非晶带材样品夹持面2的长度，宽度等于非晶带材样品夹持面2的宽度，厚度为2mm 4mm。利用夹持片3夹持时，夹持面2端部长出的部分回折到夹持面外面。
优选地，本发明实施例中，夹持片3选用不锈钢铁片，长度和宽度均为20mm，厚度为 2mm。
步骤103、利用夹具固定夹持片3。如图4所示为本发明实施例中检测非晶带材力学性能时用于夹持非晶带材样品的小夹具的俯视剖面图和侧视剖面图。小夹具上设置有样品槽4，用于放置夹持片夹持好的非晶带材样品的一侧。样品槽4的尺寸依照非晶带材样品及夹持片3的尺寸制作，其深度稍大于两片夹持片3的厚度和中间所夹持非晶带材样品厚度的总厚度，宽度等于样品与夹持片3的宽度，长度等于夹持片3的长度。小夹具的居于样品槽4上下两侧的上下两个基座5互相平行。小夹具的上基座表面设有两个螺孔6，并与样品槽贯通。当把使用夹持片3夹持好的非晶带材样品的每一端分别放置在一个小夹具的样品槽4内后，使用两个螺钉穿过两个螺孔6，将非晶带材样品试件的每一端顶紧，避免了试件的滑落。平行的上下两基座5避免了拉伸过程中试件的扭转。小夹具的材料可选用易加工的不锈钢铁片、塑料片和尼龙片，将其表面磨成亚光面，四周倒圆角。
优选地，本发明实施例中，小夹具深度为5mm，长度和宽度均为20mm，小夹具的材料选用不锈钢铁片。
步骤104、拉伸所述非晶带材进行检测试验。首先将固定试件两端的两个夹具分别挂靠到与拉伸机配合的上下两个夹头上，并记录拉伸机上所示的原始试样的初始坐标Itl与初始横截面积Stl，以此作为下一步骤中数据处理时所需的原始数据。原始数据的测量也可如上所述在步骤101中测量。然后给夹具先施加一个由小到大变化的拉伸载荷F，F的取值在5N 15N之间。以F向两端拉伸试件，并使拉伸机上下夹头的分离速率保持在0. Imm/ min lmm/min之间，此时相应的拉伸载荷F以ION · s—1 60N · s—1的速率增加，直至当拉伸载荷F增大到某一个数值时，试样断裂，则此时的拉伸载荷便为该非晶带材所能承受的最大拉伸载荷，记为Fm。
拉伸过程中，记录每一时刻试样的瞬时坐标与瞬时横截面积。并且，由于材料不可压缩，则拉伸过程中样品的体积不改变，即^lci = ，其中&与In分别为拉伸过程中某一时刻试样的瞬时坐标与瞬时横截面积。
优选地，本发明实施例中，使用型号为WDW-T200的万能试验机进行检测，拉伸载荷F的加载速率为30N · S—1。由此测得本实施例中的非晶带材原始数据和样品拉伸过程及样品断裂前一瞬间的一组数据，从中选取如表1中所示的一组数据用于计算非晶带材的力学性能指标。
表 权利要求
1.一种非晶带材力学性能的检测方法，其特征在于，包括 检测非晶带材的原始数据；将夹持片夹持在所述非晶带材的两端；利用夹具固定所述夹持片后拉伸所述非晶带材；检测拉伸所述非晶带材后的拉伸数据；根据所述原始数据和拉伸数据计算所述非晶带材的力学性能。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测非晶带材的原始数据之前还包括 制备所述非晶带材。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述制备所述非晶带材具体包括 将非晶带材样品剪切为15mm 50mm宽，53mm 203mm长；将所述剪切后的非晶带材样品制备成厚度为20 μ m 40 μ m ； 清洁所述制备好的非晶带材样品为所述非晶带材。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述制备所述非晶带材还包括 将所述非晶带材中部制备为长度为IOmm 30mm，宽度为3mm IOmm的拉伸部。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述原始数据和拉伸数据计算所述非晶带材的力学性能具体包括根据公式ε工程=x/lQ和σ工程=F/\计算工程应变和工程应力； 根据公式ε真实=1η(1+ ε工程)和σ真实=F/S = σ工程(1+ ε工程)计算真实应变和真实应力；其中，ε工g为工程应变，χ为位移，Itl为原始试样标距长度，σ工g为工程应力，F为拉伸载荷， 为原始试样的横截面积，ε μ；为真实应变，ο μ；为真实应力，S、1分别为瞬时横截面积和瞬时标距内的长度；根据所述真实应力和真实应变的应力-应变曲线，并通过曲线拟和计算出非晶材料弹性模量。
全文摘要
本发明涉及一种非晶带材力学性能的检测方法。该方法包括检测非晶带材的初始数据；将夹持片夹持在所述非晶带材的两端；利用夹具夹持所述夹持片后拉伸所述非晶带材；检测拉伸所述非晶带材后的拉伸数据；根据所述原始数据和拉伸数据计算所述非晶带材的力学性能。本发明采用过渡连接的方法，使用自行设计的小夹具固定非晶带材样品，实现了对小尺寸试样的拉伸检测，从而获得了检测样品各项力学性能指标的可靠数据。所使用的小夹具简单可靠，操作方便；其设计的可旋紧的螺丝，避免了试样的滑落；具有的相互平行的底座，避免了拉伸试件的扭转；该小夹具在进行小尺寸拉伸试件的检测中发挥了很大的优势和作用。
文档编号G01N1/28GK102507323SQ20111036048
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者李晓雨, 王静 申请人:青岛云路新能源科技有限公司