织构演化原位观察实验装置、系统及应用方法与流程

本发明涉及材料微观组织测试工程技术领域、测量装置领域，具体地，涉及一种织构演化原位观察实验装置、系统及应用方法，特别是一种复杂加载条件下织构演化原位观察实验装置、系统及应用方法。

背景技术：

金属的宏观力学性能，是由于晶粒内部的微观力学性质和变形机制在宏观统计下的表现。晶体结构的不同，则晶体的对称型、能够开启的滑移系、位错运动方式也不同，在宏观上就表现为各种材料之间的显著性能差异。金属的塑性变形机制包括滑移、孪生、不对称变形、非晶机制和晶界滑移。

多晶体材料是由很多取向不同的晶粒构成的。多晶体金属在受到外力作用时，各个晶粒的受力状态并不一样，这导致了取向有利的部分先开始滑移，而剩余晶粒只有在受力继续增加，或者孪晶开启改变到有利取向之后，才开始滑移。各晶粒变形具有相互协调关系。晶粒中存在多种滑移系，但是晶粒开动的滑移系并不是任意可选的，而是为了满足多晶体协调变形条件，变形过程中的每个晶粒必须同时开启若干个滑移系，或者发生孪生变形。

常温下镁合金加载过程中不仅存在孪晶现象，在循环加载过程中孪晶晶粒会随着反向加载而发生退孪晶，其单向拉伸和单向压缩应力-应变是非对称，而且在反向加载时，其应力应变并不是沿着所示曲线变化，而是由于孪晶退孪晶现象，应力应变曲线的路径与正向加载时并不相同。

多晶体材料塑性变形机制是每个研究相关的学者都想攻克的一道难关，其对于完善和丰富金属塑性理论体系、高成形性能的材料的开发、多晶体材料的发展都具有重要的指导意义。

然而，目前对材料的基本性能测试中，除了最基本的单一加载，如单向拉伸、压缩测试以外，一般还采取更接近实际加载过程的复杂加载条件测试。三点弯曲测试是一种典型的非均匀复杂加载过程测试。三点弯曲加载条件下的织构演化过程可以部分反映材料成形加工中织构情况。目前对于金属材料的塑性变形机制的认识并不全面和深入。因此，如果可以在复杂加载条件下原位观测到材料织构的演化，尤其是三点弯曲情况下，由于弯曲中性层两侧的力学状态是反对称分布的，如果可以同时观察对称分布下织构演化状态，无疑可以起到对比验证的作用。

经对现有技术的文献检索发现，专利文献cn201711384833提供了一种三点弯曲夹具。该设备包括底座，在所述底座上设有固定凹槽，在所述底座上设有底座对中标记；支座，所述支座设置在所述底座上，在所述支座上设有检验机构；对中板，所述对中板的下部设置在所述固定凹槽内，在所述对中板上设有对齐中缝；上压头，所述上压头设置在所述支座的上方，所述上压头与所述对中板上部的内表面贴合，在所述上压头上设有底座上压头标记。使用上述设备过程中，试件总是处于运动状态，而显微成像要求被观察试件处于绝对静止状态，否则影响焦距和成像清晰度。

专利文献cn201710909396提供了一种三点弯曲试验装置及方法。该装置包括：底板、第一支撑板、第二支撑板、顶板、螺杆和加载头；底板的上表面平行开设有第一凹槽和第二凹槽；第一支撑板和第二支撑板，均通过第一凹槽和第二凹槽，活动式地设置于底板的上表面，第一支撑板的中心线和第二支撑板的中心线均垂直于第一凹槽；第一支撑板和第二支撑板均可拆卸；顶板平行设置于底板上方，顶板开设有导向孔，导向孔的轴线与底板垂直；螺杆活动式地设置于导向孔中；加载头的上端面与螺杆的下端面连接，加载头的中心线与螺杆的中心线重合，加载头用于对试验件进行挤压。使用上述装置过程中，试件总是处于运动状态，无法适应原位观察的需要。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种织构演化原位观察实验装置、系统及应用方法。

根据本发明提供的织构演化原位观察实验装置，包含框架组件与夹持加载组件；

所述框架组件包含活动框架与固定框架，所述活动框架包含一体成型或紧固连接的上端横梁与下端横梁；上端横梁与下端横梁之间构成夹持空间；

所述固定框架配设有导向结构，所述导向结构滑动安装在活动框架上；

所述夹紧加载组件包含固定顶尖与活动顶尖，固定顶尖、活动顶尖分别安装在固定框架、活动框架上。

优选地，多个活动顶尖中包含有相对布置的上活动顶尖与下活动顶尖；

一个或多个上活动顶尖安装在上端横梁上，一个或多个下活动顶尖安装在下端横梁上。

优选地，多个固定顶尖中包含有上固定顶尖与下固定顶尖；

上固定顶尖与下固定顶尖相对设置，上固定顶尖与下固定顶尖之间的空间构成演化空间。

优选地，所述导向结构包含上导向轴与下导向连接轴；上导向轴、下导向连接轴分别紧固安装在固定框架沿高度延伸方向的两端；

上导向轴、下导向连接轴分别通过设置的上滚珠导向套、下滚珠导向套滑动安装在上端横梁、下端横梁上。

优选地，所述上端横梁上还紧固连接有上连接轴。

优选地，上端横梁和/或下端横梁上设置有标尺。

优选地，固定顶尖和/或活动顶尖包含有刚性锥形件。

优选地，所述固定框架上设置有装接槽，所述固定顶尖紧固安装在装接槽中。

本发明还提供了一种织构演化原位观察实验系统，包含待观察测试试件、金相显微镜、拉伸实验机以及上述的织构演化原位观察实验装置；

待观察测试试件安装在夹持加载组件上；一台或多台金相显微镜设置在与演化空间相匹配的位置；

拉伸实验机包含上夹具与下夹具，上连接轴、下导向连接轴分别安装在上夹具、下夹具上。

本发明还提供了一种织构演化原位观察实验系统应用方法，包含以下步骤：

步骤s1：利用活动框架上的标尺将上活动顶尖与下活动顶尖调整至设定位置后进行固定，将上连接轴、下导向连接轴分别夹紧在拉伸实验机的上夹具、下夹具上；将金相显微镜对准待观察测试试件位于演化空间中的部分；

步骤s2：控制拉伸实验机以平衡位置为中心对织构演化原位观察实验装置进行对称拉压往复加载；保持金相显微镜观测位置不变。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明具有装置简单，操作快速便捷、对中精度高等优点，适用于不同尺寸的三点弯曲试件，具有很好的实践应用价值。

2、本发明能对试件在典型复杂加载模式--反复三点弯曲加载条件下，典型位置的织构演化进行原位显微观察。

3、本发明可以实现织构原位观察结果与加载状态进行实时、定量地对应。

4、本发明对于织构演化的研究而言，具有十分重要的意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的织构演化原位观察实验装置结构示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的织构演化原位观察实验装置，包含框架组件与夹持加载组件；所述框架组件包含活动框架2与固定框架8，所述活动框架2包含一体成型或紧固连接的上端横梁与下端横梁；上端横梁与下端横梁之间构成夹持空间；所述固定框架8配设有导向结构，所述导向结构滑动安装在活动框架2上；所述夹紧加载组件包含固定顶尖与活动顶尖，固定顶尖、活动顶尖分别安装在固定框架8、活动框架2上。

多个活动顶尖中包含有相对布置的上活动顶尖3与下活动顶尖4；一个或多个上活动顶尖3安装在上端横梁上，一个或多个下活动顶尖4安装在下端横梁上。多个固定顶尖中包含有上固定顶尖9与下固定顶尖10；上固定顶尖9与下固定顶尖10相对设置，上固定顶尖9与下固定顶尖10之间的空间构成演化空间。所述导向结构包含上导向轴7与下导向连接轴11；上导向轴7、下导向连接轴11分别紧固安装在固定框架8沿高度延伸方向的两端；上导向轴7、下导向连接轴11分别通过设置的上滚珠导向套5、下滚珠导向套6滑动安装在上端横梁、下端横梁上。优选地，所述上端横梁上还紧固连接有上连接轴1。优选地，上端横梁和/或下端横梁上设置有标尺。优选地，固定顶尖和/或活动顶尖包含有刚性锥形件。优选地，所述固定框架8上设置有装接槽，所述固定顶尖紧固安装在装接槽中。

本发明还提供了一种织构演化原位观察实验系统，包含待观察测试试件12、金相显微镜、拉伸实验机以及上述的织构演化原位观察实验装置；待观察测试试件12安装在夹持加载组件上；一台或多台金相显微镜设置在与演化空间相匹配的位置；拉伸实验机包含上夹具与下夹具，上连接轴1、下导向连接轴11分别安装在上夹具、下夹具上。实施例中，采用了两台金相显微镜，两台金相显微镜分别配设有上观察窗口13、下观察窗口14。上观察窗口13是可以一个在待观察测试试件12上选取的实时记录织构演化的观察点。下观察窗口14是可以另一个在待观察测试试件12上选取的实时记录织构演化的观察点，该点与观察窗口13收载荷状态是反向对称关系。

本发明还提供了一种织构演化原位观察实验系统应用方法，包含以下步骤：

步骤s1：利用活动框架2上的标尺将上活动顶尖3与下活动顶尖4调整至设定位置后进行固定，将上连接轴1、下导向连接轴11分别夹紧在拉伸实验机的上夹具、下夹具上；将金相显微镜对准待观察测试试件12位于演化空间中的部分；步骤s2：控制拉伸实验机以平衡位置为中心对织构演化原位观察实验装置进行对称拉压往复加载；保持金相显微镜观测位置不变。

实施例的步骤s1中，采用两部金相显微镜，将一部金相显微镜的物镜对准待观察测试试件12上的上观察窗口13，将另一部金相显微镜的物镜对准待观察测试试件12反面的下观察窗口14。在步骤s2中，对称拉压往复加载的模式中，待观察测试试件12形成往、复三点弯曲加载，固定顶尖限制的待观察测试试件12中心位置的变形剧烈，然而在加载过程中，两个观察位置保持不变，保证了织构演化显微观察的需要。本实施例能对待观察测试试件12在典型复杂加载模式——反复三点弯曲加载条件下，典型位置的织构演化进行原位显微观察，通过原位观察结果与加载状态进行实时、定量地对应，可以对加载条件对织构的影响规律进行研究。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。