双轴联动原位扭转测试仪

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图1:双轴联动原位扭转测试仪

 

特点:
  结构紧凑的双轴联动原位扭转测试仪可与光学显微成像设备相兼容
  原位观测时获取更高质量的图像,对微观组织结构的观测与分析能够更加的清晰而准确
  实现在载荷作用下对材料微观变形损伤机制与微观组织演化等特性进行动态原位观测
  电机通过集成的行星齿轮减速后,再经过两级的蜗轮蜗杆的减速、增扭和换向,实现了紧凑的结构下输出大载荷
  实现以准静态的方式对试件进行扭转加载
  配备控制主机,专用检测控制系统与配套分析处理软件

 

技术指标(双轴系列NZS01、NZS02等):

  最大载荷力:100N·m、200N·m(系列)
  加载力分辨率:100mN
  扭转角分辨率: 0.18°
  扭转载荷量程:1500N·mm    
  扭转载荷分辨率:0.1N·m
  力测量精度:±1%示值
  位移分辨率:1μm
  测试速度范围:0 ~ 6.5/min
  位移速度精度:优于±0.5%(空载)
  速度负荷容量:3mm/min以下,允许最大试验扭矩
  样品尺寸:毫米级

(a)不同预扭转角度下材料(6061铝合金)试件拉伸测试的载荷-位移曲线   

 

预扭转10°下拉伸试验           预扭转60°下拉伸试验

(b)材料(6061铝合金)试件预扭转10°和60°下拉伸过程中扭矩变化曲线

 

预拉伸0.1mm下扭转试验    预拉伸0.6mm下扭转试验

(c)材料(6061铝合金)试件预拉伸0.1mm和0.6mm下扭转过程中拉力变化曲线

 

(d)材料(紫铜)试件预拉伸位移下扭转测试的扭矩-转角曲线

???????图2:双轴联动原位扭转测试曲线


       如图2(a)所示,对6061铝合金小角度的预扭转角度拉伸试验,结果表明预扭转角度下进行拉伸测试,较小的塑性变形,对拉伸力学性能几乎没有影响,当扭转角度大于30°左右的时候,拉伸测试的局部变形阶段会随着角度的增大而提前出现,伸长率下降。
       如图2(b)所示。分别为预扭转 10°和 60°下,进行拉伸试验的转角、扭矩、位移和拉力的时间曲线。曲线表明,不论预扭转角度的大小,其所产生的扭矩,都会在拉伸试验的弹性阶段急剧下降,随后一直保持在一个较低的水平,直至试件断裂。
       如图2(c)所示,在拉伸的弹性阶段和强化阶段进行扭转,拉力值都会降低,但是降低的速度比较慢,并且在扭转至60°时,拉力均降至200N左右。
       如图2(d)所示,对材料(紫铜)试件预拉伸位移下扭转测试,0mm至0.04mm预拉伸位移下扭转测试曲线,仅有微弱的变化。因为在较小的预拉伸载荷下,材料处于弹性阶段,预拉伸位移增加,试件横截面尺寸的变小,是导致抗扭强度降低的主导因素。

(a)材料(6061铝合金)扭转断口二维图   (b)材料(紫铜)扭转断口二维图

(c)材料(6061铝合金)先扭转后拉伸断口二维/三维图

 (d)材料(紫铜)先扭转后拉伸断口二维/三维图 

图3:测试材料表面形貌原位观测图像

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       如图3所示,从拉伸的断口二维和三维形貌可观察出塑性材料典型的“杯状”断口。在拉应力下缩颈区形成三向应力状态,且心部轴向应力最大。材料在经过足够的塑性变形后,位错等缺陷不断堆积,达到一定程度,沿着切应力方向产生裂纹,裂纹从外向内延伸直至完全断裂。

(a) 转角30°时500倍和1000倍金相组织

(b) 转角90°时500倍和1000倍金相组织


(c) 材料(Q235)试件转角180°时500倍和1000倍金相组织

图4:双轴联动原位扭转测试金相组织原位观测图像


       如图4所示,转角 90°时的金相组织,随着转角的增加,裂纹数量和密度增加,仍保持与X轴平行和垂直两个方向。同时,晶格的滑移现象也更加明显。转角180°时的金相组织,由于试件平面翘曲的程度加剧,图像出现边缘的虚焦,仍可清晰看到金相组织的变化。晶格滑移明显,晶格中相互交叉的裂纹导致晶格破碎,并在多个晶格之间逐渐出现连贯的长裂纹。

 

2018年7月1日 08:00
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