[发明专利]基于原位观察的薄板动态拉伸试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金渣的处理装置，更具体地说，涉及一种基于原位观察的薄板动态拉伸试验方法。

背景技术

由于材料在外加载荷作用下，其内部结构会产生微空穴、微裂纹以及其它形式的微缺陷，使材料性能劣化。这些微缺陷一旦产生，就会在外部因素的影响下逐步发展，超过裂纹的失稳扩展临界值后，迅速形成宏观裂纹，最后导致材料的断裂。研究发现，结构件的寿命中相当大的部分处在微缺陷的产生与发展阶段。微缺陷的产生与发展是导致材料断裂的初始阶段，但它对材料造成损害的严重程度并不亚于宏观裂纹。因而仅仅运用宏观断裂力学来研究材料的破坏问题是不够的，有必要对宏观裂纹出现以前，对微缺陷的产生和发展进行研究。

资料显明，微缺陷在夹杂、硬脆相或第二相质点等边界的形成过程是材料发生塑性变形破坏的重要机制之一。目前，常用的考察材料塑性变形过程中微缺陷形成、扩张等细观特征的方法主要是采用电镜原位观察的动态拉伸试验。其借助于电子显微镜等设备，对拉伸的整个过程进行原位、在线的观察，切实了解材料在加载时的变形和破坏断裂过程，为材料设计、制造技术改进和质量提升提供理论依据。

对于薄板的动态拉伸试验，目前通常有两种方式，请参阅图1所示，一种是在试样10的表面预制V形缺口11，由于缺口11会引起平面变形中的三向应力度和弹性与塑性抑制，在缺口11附近的应变要比正常的应变率高，缺口11根部将引起应力集中和强化现象，因此在缺口11的应力集中作用下，在拉伸过程中，裂纹一般都是出现在缺口11附近，并且继续扩展，而缺口11根部的应力是依赖于缺口的尖锐程度，不同的缺口11在缺口根部引起的应力强化现象不同。该方式的优点是容易跟踪观察到裂纹的发生和发展情况，但是缺点也是显而易见的，由于应力集中程度大，材料会在缺口11底部处先发生开裂，使得观察到的只是由缺口11引发裂纹的萌生和发展，而非由材料本身产生的裂纹发生和发展，并且由于缺口11处极易产生开裂，从而掩盖了材料内部缺陷引发微缺陷发生的实际情况，所以不能反映材料的真实承载状况；第二种是先对板状试样进行动态拉伸试验，进行试样表面的二维观察，然后把拉伸后的试样从拉伸台拆卸下来，从变形最大的区域切割破坏，将切割截面磨制成金相抛光试样，再放在显微镜下观察试样内部的细观变化。由于该方式并非在线观察，因此为了能确定试样内部微裂纹的萌生和失稳扩展，需要进行大量的拉伸和截面金相试验。

综上所述，目前对于薄板材料的动态拉伸试验方法，无论是在试样上开缺口，还是二维的表面在线观察并辅以截面观察，均无法达到较好的在线观察薄板的实际拉伸变形行为。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种基于原位观察的薄板动态拉伸试验方法，该试验方法能够有利于在线观察薄板的实际拉伸变形行为。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该基于原位观察的薄板动态拉伸试验方法包括如下步骤：

A.将薄板制作成供近似三维原位观察的试样；

B.对试样进行处理，用以在扫描电镜下显示其组织及晶粒；

C.对处理后的试样进行动态拉伸，并对试样的微缺陷变化过程进行在线观察及录像；

D.拉伸至试样断裂，并回放观察录像，进行试样断裂过程的分析。

所述的试样制作步骤包括，

A1.将薄板加工成“工”字形结构；

A2.在“工”字形薄板的中间部位的两侧面上，加工相对称的圆弧凹面；

A3.在至少一个圆弧凹面上加工斜面。

所述的试样处理步骤包括：

B1.对试样的斜面进行手工磨削抛光；

B2.对试样的其余表面进行常规的机械磨削抛光；

B3.采用硅乳胶对试样的整个表面进行最后一道的去应力抛光。

所述的加工试样斜面的倾斜角度满足以下关系式：

L＞H.tgθ

式中，L为试样两圆弧凹面之间的最小距离；H为试样厚度；θ为斜面的倾斜角度。

所述的加工试样斜面的倾斜角度θ的取值范围为5～70度。

所述的加工圆弧凹面的半径的取值范围为1～45mm。

所述的对试样拉伸观察的具体步骤为：

C1.观察拉伸之前的试样表面和斜面形貌并进行扫描倾斜补偿，获得无畸变的扫描图像；

C2.对试样进行加载拉伸并观察，直至试样产生微缺陷；

C3.恒定载荷，对微缺陷的变化进行高倍观察并进行录像；

C4.继续加载，并重复步骤C3。