[发明专利]用于屈服行为测试的十字形双向拉伸金属薄板试件及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于屈服行为测试的十字形双向拉伸金属薄板试件及其制备方法，本发明的十字形双向拉伸金属薄板试件包括中心测试区，中心测试区的四周向外延伸出四个承拉臂，对称分布的两个承拉臂构成一对，至少一对承拉臂的正反表面上设有由熔覆金属材料与承拉臂表面呈冶金结合的抗拉熔覆层。本发明的十字形双向拉伸金属薄板试件在双向拉伸试验时，能够避免承拉臂提前断裂，从而获得金属薄板的大塑性应变下不同双向拉伸加载比例的应力‑应变响应关系及屈服轨迹；十字形双向拉伸金属薄板试件的制备方法操作简单，极大提高了承拉臂的抗拉性能。

技术领域

本发明涉及金属薄板材料的力学性能测试领域，特别是涉及一种用于屈服行为测试的十字形双向拉伸金属薄板试件及其制备方法。

背景技术

金属薄板在不同加载比例(Fx∶Fy，Fx为X方向上的载荷，Fy为Y方向上的载荷，Fx的作用方向和Fy的作用方向相互垂直)状态下的应力-应变响应关系是研究板料屈服行为、标定与验证板料先进材料模型的基本数据。针对十字形试件的双向拉伸试验是获取金属薄板在不同加载比例状态下的应力-应变响应关系的重要试验方法，该种试验有着无摩擦、无面外应力、控制加载比例方便等优点。如图2所示，ISO16842标准中的十字形试件包括中心测试区1和四个承拉臂2，每个承拉臂2上开设有多条沿承拉臂长度方向延伸的窄缝2a。然而，在实际试验时，由于十字形试件的承拉臂2会发生提前断裂的现象(即图2中，上方的承拉臂2上出现裂痕2b)，因此，十字形试件的中心测试区1所能达到的最大应变非常有限。再结合图1和图2，例如，一种断裂延伸率约为13％的高强钢，其厚度为1.2mm，在双向拉伸试验时，十字形试件的中心测试区1能达到的最大应变约为0.009，断裂发生在十字形试件的承拉臂2上。

因此，在现有技术中，十字形试件在双向拉伸试验结束后，断裂现象常常发生在承拉臂2上，这样导致中心测试区1所能达到的最大塑性应变非常有限，无法获得金属薄板在大塑性应变下的不同加载比例状态下的应力-应变响应关系及屈服轨迹。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于屈服行为测试的十字形双向拉伸金属薄板试件及其制备方法，在十字形双向拉伸金属薄板试件在双向拉伸试验时，能够避免承拉臂提前断裂，从而获得金属薄板的大塑性应变下不同双向拉伸加载比例的应力-应变响应关系及屈服轨迹。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于屈服行为测试的十字形双向拉伸金属薄板试件，包括中心测试区，中心测试区的四周向外延伸出四个承拉臂，对称分布的两个承拉臂构成一对，至少一对承拉臂的正反表面上设有由熔覆金属材料与承拉臂表面呈冶金结合的抗拉熔覆层。

优选地，所述四个承拉臂分为第一对承拉臂和第二对承拉臂，第一、第二对承拉臂上均开设有窄缝，并且只有第一对承拉臂上设有抗拉熔覆层；第二对承拉臂的窄缝的数量少于第一对承拉臂的窄缝的数量，第二对承拉臂的窄缝的宽度大于第一对承拉臂的窄缝的宽度。

优选地，所述熔覆金属材料为合金工具钢、高速钢、硬质合金钢其中的一种。

本发明还提供一种上述十字形双向拉伸金属薄板试件的制备方法，包括以下步骤：

S1，通过切割机将一金属薄板材料裁切成十字形试件本体；

S2，所述熔覆金属材料为焊丝，通过激光焊接机将焊丝熔化堆焊在所述十字形试件本体的承拉臂的正反表面上，并且使承拉臂的正反表面上凝固形成所述抗拉熔覆层。

优选地，在步骤S2中，所述焊丝在承拉臂表面上的熔覆方向平行于承拉臂的延伸方向，焊丝在承拉臂表面形成多道抗拉熔覆带，所有抗拉熔覆带相互平行、且紧密排布构成所述抗拉熔覆层。

优选地，在步骤S2中，当激光焊接机熔覆每道抗拉熔覆带时，激光焊接机的激光束的扫描线速度为70～90mm/min。