[发明专利]一种材料微观变形的测试方法

说明书

本发明提供了一种材料微观变形的测试方法，所述的方法使用对称式衍射实验和双通道声探测相结合的布局，测试整个应力加载过程中样品内部微观结构演化信息，实现了直接对块体材料内部静态和动态微观变形信息的原位无损测量。根据样品晶体结构选定相应测量晶面，并在射线源和探测器对称分布于应力加载装置两侧的几何布局下，通过衍射实验测量不同应力加载阶段下晶面间距和取向方向等静态微观变形信息，同时通过双通道声探头连续探测应力加载过程中孪晶形核和位错开动等动态微观变形信息。本发明的材料微观变形的测试方法，适用于宏观应力加载过程中金属合金类材料内部微观机制过程的监测分析，也可用于测试非金属合金类材料的断裂失效等特征变形信息。

技术领域

本发明属于材料力学性能分析测试技术领域，具体涉及一种材料微观变形的测试方法。

背景技术

建立结构与性能的关系是材料科学中极具挑战的课题，也是深入理解材料性能本质、实现材料可控设计的关键前提。毫不例外，材料力学性能行为亦与内部多尺度微观结构（如空位、位错、晶/相界、晶粒等）密切相关。因此，掌握材料在应力加载过程中的微观结构变化规律是理解材料变形机制的重要内容。而且，从材料服役的角度，构建具有对材料服役行为预测能力的模型成为必然趋势。这就要求对材料变形机制的理解深入定量而不只是停留在定性层面。关于微观结构的分析表征，实验室常规技术有光学金相显微镜和电子显微镜等。在原始样品指定区域或加载至一地阶段停止取样后，经研磨、抛光和表面腐蚀等制样工序便可用于光学金相显微镜和扫描电子显微镜观察。在上述系列制样工序基础上，进一步减薄至一定厚度（微米量级）后才可用于透射电子显微镜观察。前两种方法的测试尺度一般为微米量级，通常可观测到晶粒层次的微观结构；电子透镜的测试尺度则可小至纳米，通过可观测到位错层次的微观结构。但上述方法均需破坏性取样和制样，且均只能进行离线分析，而无法随着应力加载过程进行原位测试。随着先进中子源和高能X射线技术的进度，发展起来的原位衍射技术可直接对块体材料进行原位测试。此类方法基于衍射实验原理通常探测晶体材料中晶粒之间在外力下相互作用引起的微观应力，通过分析测得的衍射峰信号也能得到位错等尺度更小的微观结构信息。然而，由于原位测试时按设定的应力加载值进行逐点测量，在时间分辨上只能测得相对慢的（静态的）微观结构信息（如孪生晶粒变大），而无法测得某临界应力下发生的相对快的（动态的）信息（如孪生晶粒形核，位错开动等）。

上述的所有方法中均无法同时满足直接无损地测量块体材料、在应力加载过程进行原位测量、测出静态和动态的微观结构信息等多种要求。直接测量块体材料内部微观结构是关联材料体性能更为有效的方法，在外力加载过程进行原位测量可阐明微观结构变化和加载阶段一一对应关系，而静态和动态同时测量则可捕捉微观结构演化过程更为全面的信息。因此，在现有方法测量功能相对单一的技术现状下，实现可同时满足上述多种要求的测试方法对深入揭示材料微观变形机制过程十分必要，是建立材料性能和微观结构关联的有力途径之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种材料微观变形的测试方法。

本发明的材料微观变形的测试方法，其特点是，所述的测试方法中采用的测量设备及其连接关系如下：应力加载装置放置在承重台上，夹具连接到应力加载装置，并将样品安装到夹具上；声探头Ⅰ和声探头Ⅱ分别布置在样品的两侧，均连接至声探测工控机，形成双通道声探测布局；将射线源和探测器分别布置于应力加载装置的两侧呈对称式衍射实验布局；使射线源的中心、应力加载装置的加载轴中心和探测器的中心三者处于同一水平高度，并使应力加载装置的加载轴中心和承重台的中心重合。

所述的测试方法包括以下步骤：

a. 对称式衍射实验布局

将应力加载装置安放在承重台上，并将射线源和探测器分别布置于应力加载装置（1）的两侧呈对称式衍射实验布局；

b. 双通道声探测布置