[发明专利]高温原位拉伸‑疲劳测试系统及其测试方法

权利要求书

1.一种高温原位拉伸-疲劳测试系统，其特征在于：包括拉伸加载与检测单元、疲劳加载与检测单元、原位观测单元、高温加载与检测单元，整体水平布置，其中拉伸加载与检测单元、疲劳加载与检测单元分别安装在高温炉的两侧，且拉伸加载与疲劳加载的方向在同一个轴线上，拉伸加载与检测单元、疲劳加载与检测单元安装在基座(14)上，原位观测单元置于高温加载与检测单元的上方，并通过支架(1) 安装在基座(14)上；

所述的拉伸加载与检测单元由伺服电机(12)提供动力，通过蜗轮Ⅱ(9)、蜗杆Ⅱ(10)、蜗轮Ⅰ(5)、蜗杆Ⅰ(7)、丝杠(28)、螺母(27)对试件施加拉伸载荷；所述的伺服电机(12)通过电机座(11)安装到基座(14)上，蜗杆Ⅱ(10)安装到电机的输出轴上；所述的蜗轮Ⅱ(9)、蜗杆Ⅰ(7)安装在轴(31)上，轴通过轴承Ⅰ(30)、轴承座Ⅰ(6)和轴承Ⅱ(32)、轴承座Ⅱ(8)安装到基座(14)上；所述的蜗轮Ⅰ(5)安装到丝杠(28)上，丝杠(28)通过丝杠座(42)安装在底板Ⅰ(29)上；所述的螺母(27)安装在螺母座(3)上，螺母座(3)通过滑块Ⅰb (24)、滑块Ⅰc (34)分别安装到导轨Ⅰa (25)和导轨Ⅰb(33)上，导轨Ⅰa(25)和导轨Ⅰb (33)安装到底板Ⅰ(29)上；拉力传感器(13)两端分别与螺母座(3)和夹具体Ⅰ(2)相连，夹具体Ⅰ(2)通过滑块Ⅰa(23)、滑块Ⅰd (35)分别安装到导轨Ⅰa (25)和导轨Ⅰb (33)上；位移传感器Ⅰ(4)采用分离式LVDT，传感器的主体部分安装在底板Ⅰ(29)上，传感器的铁心通过螺纹安装在顶板Ⅰ(22)上，顶板Ⅰ(22)安装在夹具体Ⅰ(2)上，所述的底板Ⅰ(29)通过支撑块Ⅰ(26) 固定在基座(14)上。

2.根据权利要求1所述的高温原位拉伸-疲劳测试系统，其特征在于：所述的疲劳加载与检测单元包括柔性铰链(18)、压电陶瓷(19)、夹具体Ⅱ(41)以及位移传感器Ⅱ(20)，所述压电陶瓷(19)安装在柔性铰链(18)内，柔性铰链(18)固定端通过螺钉固定在底板Ⅱ(17)上，柔性铰链(18)的活动端与夹具体Ⅱ(41)相连，夹具体Ⅱ(41)通过滑块Ⅱa(37)、滑块Ⅱ(45)分别安装在导轨Ⅱa(38)和导轨Ⅱb(44)上，导轨Ⅱa(38)和导轨Ⅱb(44)安装在底板Ⅱ(17)上；所述位移传感器Ⅱ(20)安装在底板Ⅱ(17)上，用来测量疲劳测试时夹具体Ⅱ(41)的位移量；所述底板Ⅱ(17)通过支撑块Ⅱ(15)固定在基座(14)上。

3.根据权利要求1所述的高温原位拉伸-疲劳测试系统，其特征在于：所述的原位观测单元包括光学显微镜(21)及支架(1)，所述光学显微镜(21)的工作距离足够大，从高温炉上方的视窗(46)覆盖试件的待观测表面，光学显微镜(21)的位置通过支架(1)调整。

4.根据权利要求1所述的高温原位拉伸-疲劳测试系统，其特征在于：所述的高温加载与检测单元包括高温炉(16)，所述高温炉(16)的加热元件是硅钼棒，通过对硅钼棒供电使其发热，高温的硅钼棒通过辐射使炉腔内的温度迅速升高，高温炉内腔的温度可高达1700℃，通过水冷高温炉外表面的温度可维持在室温，高温炉内腔中安装了热电偶，用来监测高温炉内腔的实际温度；所述高温炉(16)配有控制柜，用来控制高温炉内腔的温度。

5.根据权利要求1所述的高温原位拉伸-疲劳测试系统，其特征在于：所述的夹具体Ⅰ(2)通过螺钉与压板Ⅰ(36)连接，并通过旋紧螺钉对试件进行夹紧；所述夹具体Ⅰ(2)上加工有凹槽，用来对试件进行定位；所述夹具体Ⅰ(2)、压板Ⅰ(36)上均加工有滚花，以保证夹持的可靠性。

6.根据权利要求2所述的高温原位拉伸-疲劳测试系统，其特征在于：所述的夹具体Ⅱ(41)通过螺钉与压板Ⅱ(40)连接，并通过旋紧螺钉对试件进行夹紧；所述的夹具体Ⅱ(41)上加工有凹槽，用来对试件进行定位；所述夹具体Ⅱ(41)、压板Ⅱ(40)上均加工有滚花，以保证夹持的可靠性。

7.一种高温原位拉伸-疲劳测试方法，其特征在于：通过调节温度，实现在500℃至1700℃可调节温度的热场下，对材料进行单轴拉伸-疲劳力学性能测试，且基于光学显微镜实现了对载荷作用下材料发生的微观变形损伤的全程动态监测，具体步骤如下：

a.进行测试前，将拉伸加载与检测单元复位，调整至便于试件的安装和夹紧的位置；

b.微调原位观测单元，使试件的观测表面在显示器界面内的成像最清晰；

c.将拉力传感器、位移传感器的示数清零，准备试验过程中对观测点进行跟随观测，并准备进行材料力学性能测试；

d.以上调整完成后，对高温炉通电，使炉内温度达到预定值并保持稳定；

e.进行实验测试，包括拉伸载荷、疲劳载荷的施加及相应载荷值、变形量的测量；

f.通过光学系统、CCD图像传感器采集图像信息，并通过相应的接口电路，将图像信息传入计算机；

g.通过计算机内相应的处理软件对图像信息进行处理，计算出由于载荷的施加使试件变形引起的试件观测点空间位置的变化；

h.根据软件处理结果，由计算机对驱动模块输入相应指令，使原位观测单元跟随观测点位置的变化进行调整；

i.通过以上调整完成闭环控制，使通过光学系统、CCD图像传感器能够采集到完整、清晰的图像信息，从而达到对观测点跟随观测的目的。