一种剪切强度测量方法、系统及可存储介质

技术领域

本发明涉及剪切强度测试领域，更具体的说是涉及一种剪切强度测量方法、系统及可存储介质。

背景技术

低碳钢的塑性非常好，应用非常广泛。低碳钢可以轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或钢板等，用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农机具等。优质低碳钢轧成薄板，制作汽车驾驶室、发动机罩等深冲制品；还可轧成棒材等。

低碳钢常用于制造链条、铆钉、螺栓、轴等构件，因为低碳钢可以接受如锻造、焊接和切削等的各种加工方法的加工。所以，低碳钢在工程实际应用中应用十分的广泛。

现有的剪切力测试方法是通过弯折测试仪定性地比较材料的弯折断裂次数，由于测试过程中带涂层的低碳钢材料稳定性差，易断裂，受力不均匀等导致测量结果准确性差，误差大。所以对于带涂层的低碳钢材料的力学性能等的研究就迫在眉睫了。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种剪切强度测量方法、系统及可存储介质。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测量方法，包括以下步骤：

制备试样；

测量所述试样的直径；

对所述试样进行试验，得出扭矩-扭角图和扭矩-时间图；

根据所述扭矩-扭角图和所述扭矩-时间图得出最大扭矩T

利用所述最大扭矩T

可选的，所述涂层试样的制备具体如下：

每根试样多次喷涂涂层，每次喷涂进行风干至少五分钟，多次喷涂后自然风干，至所述喷涂试样完全干燥，完成所述喷涂试样的制备。

可选的，对所述基体试样和所述涂层试样进行试验具体如下：

对所述扭转试验机设置初始参数和扭转速度，同时对所述基体试样和所述涂层试样扭转，当所述涂层试样两端出现皱纹，加快扭转速度，直至所述基体试样和所述涂层试样断裂，完成试验。

可选的，根据所述扭矩-扭角图和所述扭矩-时间图得出最大扭矩T

根据扭矩—扭角图，得出

以及在扭矩—扭角图中计算出来的/>

极惯性矩I

根据上述公式求取所述基体试样和所述涂层试样的极惯性矩I

其中，D为直径，R为半径。

由计算机软件自动生成的扭矩—扭角图和扭矩—时间图中，求得最大扭矩T。

可选的，基体试样的切应力τ

由上述公式可知，要求得基体试样的切应力τ

一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测试系统，包括试样制备模块：用于制备试样；

试样测量模块：测量所述试样的直径；

试样试验模块：对所述试样进行试验，得出扭矩-扭角图和扭矩-时间图；

切应力计算模块：用于根据所述扭矩-扭角图和所述扭矩-时间图得出最大扭矩，并利用所述最大扭矩计算所述试样的切应力。

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序为被处理器执行时实现一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测试方法的步骤。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测量方法，采用扭矩-扭角图和所述扭矩-时间图可以直观的得出扭矩，方便快捷地计算出金属表面剪切应力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测量方法，如图1所示，包括以下步骤：

制备基体试样，制备涂层试样；

分别测量所述基体试样和所述涂层试样的直径；

利用扭转试验机对所述基体试样和所述涂层试样进行实验，得出扭矩-扭角图和扭矩-时间图；

根据所述扭矩-扭角图和所述扭矩-时间图得出最大扭矩T

利用所述最大扭矩T

在本实施例中，喷涂的方式进行涂层的制备。而涂层材料为市场上常见的由深圳市彩虹精细化工股份有限公司生产的可立美牌(广东省著名商标)高级自动喷漆(AUTOSPRAYPAINT)，颜色为白色，用途广泛，性能良好。此产品属于快干热塑性丙烯酸气雾漆，具有施工操作灵活简便、喷涂雾化性好、喷出率搞的特点。油漆干燥迅速，漆膜丰满度高，硬度、附着力、光泽、柔韧性、耐冲击等综合物性优，色彩丰富艳丽，装饰效果优良并具有极好的保护功能。广泛应用于各种金属、表面处理过的木材、玻璃、ABS塑料等多种底材的涂层。

此产品的使用方法(Application)应注意以下几点：

(1)彻底去除需喷漆部位的油污、水渍和尘埃。

(2)用原子灰填平凹陷的部位并磨平。

(3)喷漆前必须上下左右摇动罐子约2分钟，至漆液充分混合均匀。

(4)距被喷漆物体表面约20—30厘米处，用食指压下喷头来回均匀喷涂。

(5)采用多次喷法，每隔2分钟喷上薄薄一层，比一次完成效果更佳。

(6)如一次未喷完，存放前将漆罐倒置，压下喷头3秒钟，清理喷嘴余漆，以防堵嘴。

此产品干燥迅速，制备涂层方便，附着力高，是良好的涂层材料。

此产品为丙烯酸气雾漆，通过资料查阅可得其弹性模量E为2400N/mm

基体试样的制备

本试验采用圆形的扭转试样，试样的夹持段宜为类矩形

基体试样分2个区，第一区包括2部分，即基体两头标注为65处，此2处表示从试样最左端(或最右端)距中间65mm处。按涂层制备所需可知，此处无需被涂层覆盖，即制备涂层时，此处无需制备涂层。第二区即是除两端65mm外的中间部分，在此区，涂层制备时将涂层材料均匀覆盖在基体试样此区表面，即可称之为涂层区。

为了确保涂层与基体的粘接良好，无脱落、涂层均匀、无缺陷，提高试样的表面质量，

具体方法如下：

对5根基体试样进行编号，编号分别为1～5号；

采用120、240、800、1000#金相砂纸依次打磨每一根基体试样(共5根基体试样)，完成前处理的第一步骤；

在清洁前需对基体试样进行直径测量，记录在表1中；

在丙酮中超声波清洗基体试样5min，完成清洁第一个步骤；

再用酒精清洗基体试样10min，完成基体清洁步骤；

最后在干燥箱中使用70℃进行烘干处理1h。

干燥结束后基体试样准备完毕。本试验所用基体材料为一直径为10mm，长度约为100mm的圆形棒材，两端切割成类矩形。

在基体试样前处理之前已对5根试样进行编号，编号结束进行步骤二测量结果的录入。

测量方法为：

用游标卡尺沿试样轴向等间距测量三处的直径d，直径值由左至右分别记录为d

测量结果记录于表1，在需取基体试样的直径值d进行计算时，应取6个直径值中的最小值为好。

表1基体试样的直径d/mm

采用市场上常见的由深圳市彩虹精细化工股份有限公司生产的可立美牌(广东省著名商标)高级自动喷漆(AUTOSPRAYPAINT)，颜色为白色，性能良好的快干热塑性丙烯酸气雾漆进行喷涂。

喷涂前对试样两端标注65mm处进行保护，使其不会被涂层覆盖。在喷涂前需要对涂层材料的使用说明进行了解，在使用说明中说明了在使用本产品前必须上下左右摇动罐子约2分钟，至漆液充分混合均匀，以便喷涂在基体表面形成涂层。

为保证涂层厚度以及涂层的均匀分布，每根试样需喷涂多次。在本次试验中，我们对每根基体试样喷涂3次以形成均匀、致密的涂层。每根试样每喷涂一次需进行风干至少5min，必须使涂层干燥到一定程度才可以进行下一次喷涂，喷涂3次后需要一个晚上的时间自然风干，使试验试样彻底的干燥。

在基体试样制备前，基体试样的直径测量值已经录入表1。如今，涂层试样已经制备完毕，我们也需要对涂层试样进行直径测量，测量方法与基体试样测量方法一样，测量结果录入下表2。与表1相同，在需要涂层试样直径值D进行计算时应取6个直径值中的最小值。

表2涂层试样直径值D/mm

实验设备

试验设备有：CTT系列扭转试验机、与之相连的计算机和打印设备等。试验工具有测量工具游标卡尺等。

CTT系列扭转试验机结构简单，操作方便，扭矩、扭角测量准确。具有自动对正，试样夹持预负荷自动消除、过载保护等功能，试验设定和试验过程自动跟踪，使操作更加简单方便，提高了工作效率。

本试验机满足GB/T10128-1988《金属室温扭转试验方法》的要求，主要用于测量各种金属在扭转作用下的抗扭强度τ

该扭转试验机与计算机相连，在计算机上使用由深圳市新三思材料检测有限公司(SHENZHENSANSTESTINGMACHINECo,Ltd.)制作的微机控制电子扭转试验机软件POWERTESTV_N3.0自动分析扭转过程并生成试样扭转时的扭矩—扭角、扭矩—时间图。

试验过程

基本试验过程

在试验前须做一些准备工作。(1)检查设备。在试验前请对设备进行检查。检查的内容包括：各紧固件是否松动，各按键是否正常，电机是否正常。(2)准备试样。在试验前须将试验所需试样准备好。(3)基体试样和涂层试样直径值的测量，录入上述表1、表2备用。

CTT系列扭转试验机试验过程如下：

打开主机电源开关，启动计算机。使机器预热时间不小于10分钟。

注意事项：

如果打开主机电源后，发现按键操作面板上的红色电源指示灯不亮，请观察急停开关是否按下。

在机器长期停止使用后，须先按“点动”按键，将机器运行一分钟以上，使减速机的润滑充分。

根据计算机的提示，设定试验方案，试验参数。

装夹试样。

先按“对正”按键，使两夹头对正。如发现夹头有明显的偏差，请按下“正转”或“反转”按键进行微调。

将已装卡盘的试样的一端放入从动夹头的钳口间，扳动夹头的手柄将试样夹紧。

按“扭矩清零”按键或试验操作界面上的扭矩“清零”按钮。

推动移动支座移动，使试样的头部进入主动夹头的钳口间。

注意事项：

推动移动支架时，切忌用力过大，以免损坏试样或传感器。

先按下“试样保护”按键，然后慢速扳动夹头的手柄，直至将试样夹紧。

按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。

按“运行”键，开始试验。

试验结束，取下试样。

当一次试验结束后，松开夹头，取下试样。如果批次试验，重复3～6项工作即可。

试验结束工作后须做的工作有：

试验完成后，根据试验的要求，输出、打印试验报告。

试验全部结束后，应清理好机器，以及夹头中的铁屑，卸除试样，关断电源。

扭转试验过程

每个试验都是严格按照试验过程来进行的，但是因为每根试样拥有许多不同点，需要设置的参数也不一样，所以，每根试样的试验过程也不一样。

编号为①的试样的试验过程如下：

按照上述试验过程运行扭转试验机后，初始设置参数基本不变,扭转速度为15°/min。试验过程中，在时间为1287s时，试样两端有明显皱纹且试样左边起皮；在时间为1780s时，加快扭转速度至60°/min；在时间为1800s时，加快速度至120°/min；在时间为2300s时试样在右端部断裂，试验结束。计算机软件自动生成扭矩—扭角图和扭矩—时间图。并可用与计算机相连的打印机打印出与本试样相应的扭矩—扭角图和扭矩—时间图。

编号为②的试样的试验过程如下：

按照上述试验过程运行扭转试验机后，初始设置参数扭转速度改变为60°/min。试验过程中，在时间为470s时，加快扭转速度至120°/min；在时间为815s时，加快速度至360°/min；在时间为1047s时试样右端部断裂，试验结束。计算机软件自动生成扭矩—扭角图和扭矩—时间图并可用与计算机相连的打印机打印出与本试样相应的扭矩—扭角图和扭矩—时间图。

编号为③的试样的试验过程如下：

按照上述试验过程运行扭转试验机后，初始设置参数扭转速度为60

°/min。试验过程中，在时间为360s时，加快扭转速度至120°/min；在时间为720s时，加快速度至360°/min；在时间为1032s时试样左端部断裂，试验结束。计算机软件自动生成扭矩—扭角图和扭矩—时间图并可用与计算机相连的打印机打印出与本试样相应的扭矩—扭角图和扭矩—时间图。

编号为④的试样的试验过程如下：

按照上述试验过程运行扭转试验机后，初始设置参数扭转速度为15

°/min。试验过程中，在时间为60s时，加快扭转速度至60°/min；在时间为160s时，加快速度至360°/min；在时间为738s时试样右端部断裂，试验结束。计算机软件自动生成扭矩—扭角图和扭矩—时间图并可用与计算机相连的打印机打印出与本试样相应的扭矩—扭角图和扭矩—时间图。

编号为⑤的试样的试验过程如下：

按照上述试验过程运行扭转试验机后，初始设置参数扭转速度为15°/min。试验过程中，在时间为50s时，加快扭转速度至60°/min；在时间为120s时，加快速度至120°/min；在时间为180s时，加快速度至360°/min；在时间为565s时试样左端部断裂，试验结束。计算机软件自动生成扭矩—扭角图和扭矩—时间图并可用与计算机相连的打印机打印出与本试样相应的扭矩—扭角图和扭矩—时间图。

在扭矩—扭角图中，我们也可以计算出

此剪切模量为基体低碳钢的剪切模量G

而极惯性矩I

和公式

求得，且基体的极惯性矩I

基体直径值d与涂层基体直径值D由表1与表2直接取得。

由计算机软件自动生成的扭矩—扭角图和扭矩—时间图中，可知最大扭矩T。

试样长度统一为100mm。

所求得各结果列表如下：

表3计算结果

结果处理

由理论分析的内容可知，基体的切应力τ

由上述公式可知，要求得基体的切应力τ

首先由①号试样开始进行结果分析，由表3可得，基体直径为10.00mm，带涂层的试样直径为10.10mm，长度l＝100mm，最大扭矩T＝92.91N·m，基体的剪切模量为G

对②号试样进行结果分析，由表3可得，基体直径为10.00mm，带涂层的试样直径为10.14mm，长度l＝100mm,最大扭矩T＝94.90N·m，基体的剪切模量G

对③号试样进行结果分析，由表3可得，基体直径为10.00mm，带涂层的试样直径为10.10mm，长度l＝100mm，最大扭矩T＝94.60N·m，基体的剪切模量G

对④号试样开始进行结果分析，由表3可得，基体直径为10.00mm，带涂层的试样直径为10.10mm，长度l＝100mm,最大扭矩T＝95.92N·m，基体的剪切模量G

最后，对⑤号试样开始进行结果分析，由表3可得，基体直径为10.10mm，带涂层的试样直径为10.12mm，长度l＝100mm，最大扭矩T＝91.10N·m，基体剪切模量G

一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测试系统，包括试样制备模块：用于制备试样；

试样测量模块：测量试样的直径；

试样试验模块：对试样进行试验，得出扭矩-扭角图和扭矩-时间图；

切应力计算模块：用于根据扭矩-扭角图和扭矩-时间图得出最大扭矩，并利用最大扭矩计算试样的切应力。

一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序为被处理器执行时实现一种金属圆轴表面硬质相涂层界面剪切强度测试方法的步骤。

从试验过程中我们知道，涂层在试样断裂的时候依然没有剥落等涂层失效的现象发生，这说明我们制备的涂层性能十分优秀，但是这次试验并没有达到我们的要求。我们希望能研究基体/涂层的界面性能，而这次的试验却没有观察到涂层失效的现象，所以，下次的试验需要用更大的精力去做到更好。虽然这次我们没能观察到涂层失效的现象，但是我们还是可以得到一个结论，基体/涂层的界面切应力大于我们在上述结果分析中所求得的切应力。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。