[发明专利]多功能微构件拉伸仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种构件拉伸仪，尤其是一种应用于金属材料、薄膜材料、储氢材料、碳纤维复合材料在不同温度，真空或给定气氛环境完成拉伸或压缩变形，实现应力、应变速率、应变程度、温度、环境气氛和微观组织的多组测试数据记录和对应曲线的多功能微构件拉伸仪。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展和人们环保意识的加强，对于材料性能要求不断提高，各种新型材料不断被研发出来，包括硅基材料、复合材料、陶瓷、金属及其合金等。如汽车用钢材趋向于轻量化、节能和低成本方向发展，各种高强度钢材不断被研发出来，其中TRIP钢被公认为新一代汽车用高强度钢板，该钢材具有塑性变形诱发相变的特点，即在变形过程中，残余奥氏体转变成高强度的高碳马氏体，同时伴随着体积膨胀，抑制塑性变形的不稳定，增加均匀延伸的范围，使得材料的强度和塑性同时提高。因此，科研人员在研发新材料时，除观察材料中微观组织外，更希望分析材料在外载作用下发生变形时微观组织的变化情况。而目前高级的金相显微镜仅能连续观察金属或合金升温和降温的过程中的组织转变，如德国LEICA公司生产的高温光学显微镜，通过配置热台来连续观测室温至1500℃范围内加热或冷却过程中晶体相变情况，但尚不能实现对材料进行加载拉伸变形，研究变形过程中残余奥氏体转变成高碳马氏体的相变过程与数量情况。除此外，热成形钢板不仅需要了解加载变形时材料的应力应变情况，而且需要分析冷却速度对材料相变的影响。目前由于没有专用的光学显微镜可以加载试样并分析其相变的特点，因此目前上述的研究均采用先在万能材料实验机，或gleebe设备上进行加载变形，通过水淬后再在光学显微镜进行金相组织分析。显然这种研究方法只能通过估算和间接分析，不仅耗时、而且也不科学。因此，有必要开展的反映加载力、应变、温度与组织变化的多功能微构件拉伸仪。

发明内容

本发明是要提供一种多功能微构件拉伸仪，该拉伸仪能够在常温、高温、真空或者一定气氛条件下，不仅可以实现不同温度、不同气氛下开展微构件试样的变速加载的单向拉伸或压缩变形测试实验，完成应力、应变速率、应变程度、温度、环境气氛和微构件拉伸试样的材料微观组织形貌等六组因素数据记录和采集，给出对应曲线和图形。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:

一种多功能微构件拉伸仪，包括中央控制系统、加热系统、冷却系统、拉伸系统、真空及气氛系统，图像采集系统、光学显微镜，其特点是: 拉伸系统由直流步进电机、减速箱、两根旋向相同丝杆、固定机架、动载物台，定载物台、位移传感器、压力传感器和速度传感器构成，直流步进电机通过减速箱连接两根旋向相同的丝杆，两根丝杆穿过固定机架连接动载物台，定载物台一侧穿过固定机架与压力传感器连接，且丝杆与速度传感器连接，动载物台与位移传感器连接，定载物台与压力传感器连接；加热系统由电加热器、温度传感器和自动升温控温系统构成，电加热器设置在动载物台和定载物台内，温度传感器与微构件试样连接；冷却系统由水冷却管道、温度传感器和冷却水循环系统构成，水冷却管道布置在动载物台和定载物台内；真空及气氛系统由进出气体管道、气口控制阀、真空感应器、气氛流量传感器、气体控制系统和真空系统构成，进出气体管道、气口控制阀、真空感应器和气氛流量传感器安装在外方内圆中空壳形件的固定机架内；图像采集系统由CCD、数据采集卡构成，光学显微镜中的CCD通过数据采集卡和中央控制系统中的电脑连接，由CCD时时采集置于内动、定载物台上的微构件试样微观组织形貌或表面形貌变化图像，并通过数据采集卡将图像信号传送电脑；中央控制系统的电脑分别接收位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器、气氛流量传感器、真空感应器发出的测量数据信号，经对比设定值后输出控制信号给加热系统、冷却系统、拉伸系统和真空及气氛系统，实现在不同温度、不同气氛、不同速度的单向拉伸测试，并接收测量反馈信号，绘制出材料单向拉伸或压缩时的应力、应变速率、应变程度、温度、环境气氛变化曲线，给出微构件试样组织与形貌变化图形。

用于微构件单向拉伸的微构件试样尺寸为长度≤30mm、宽度为≤2mm，厚度≤0.5mm的狗骨型试样，用于压缩测试的微构件试样为1mm直径，长度为3mm圆棒试样。

动、定载物台上面各通过固定螺丝固定连接用于绝缘电加热器的电流，防止整个仪器导电伤及使用者的第一、二陶瓷垫片。

固定机架的圆体空腔与定载物台、动载物台、真空感应器和气氛流量传感器之间密封连接。

本发明的有益效果是：