一种高温拉伸试样磨抛装置及其使用方法与流程

本发明属于试样磨抛领域，具体涉及一种高温拉伸试样磨抛装置及其使用方法。

背景技术：
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在进行薄板、带材、薄板材拉伸试样的磨抛过程中，需要把拉伸试样表面处理干净(去掉氧化层和脱碳层)，拉伸试样平行段的表面粗糙度要尽量小、沿拉伸方向试样的磨抛薄厚要尽量均匀，如果沿拉伸方向试样的磨抛薄厚不均会导致拉伸过程中样品在较薄处先发生断裂，导致实验结果不准确的问题。有些拉伸试样为非标准样品，如：高温激光共聚焦显微镜高温拉伸实验，样品尺寸较小，这类试样的磨抛难度更大。

高温激光共聚焦显微镜是日本Lasertec公司将共聚焦激光扫描、红外加热、拉伸等技术结合，是可以原位观察材料高温组织演化的共聚焦激光扫描显微镜。

该产品可以进行高温状态下样品形貌的原位观察。是直观研究材料融化、凝固、高温拉伸、马氏体相变等过程的重要工具。高温激光共聚焦显微镜高温拉伸压缩模块的特点是：

(1)加热速度快，可在30秒内由室温加热至1200℃。

(2)采用He气体压入式急冷机构时最快可以达到-100℃/sec的急速冷却。

(3)有效加热区域较大，可以达到范围，便于在进行高温拉伸实验时找到合适的观察区域。

(4)可以将高温拉伸与高温压缩结合进行实验，拉压结合，模拟实验样品工程实际服役环境，使实验数据更有针对性。

高温激光共聚焦显微镜高温拉伸压缩模块样品的制备要求：

(1)样品表面水平度要高，拉伸试样的平行段必须要抛光均匀；如果样品表面水平度较差或抛光不均匀将导致样品表面存在一定高度差或波浪状磨抛纹，在进行高温拉伸试验时样品沿较薄区域断裂，不能真实反映材料高温拉伸断裂情况，影响实验的准确性与真实性。

(2)样品表面粗糙度要尽量低，样品表面尽量不要有划痕。

这样要求的原因是如果样品表面粗糙度过高，划痕较多，在高温加热的过程中样品表面因温度改变而产生的变化会因为划痕和缺陷与样品表面的高度差超出了显微镜镜头的景深范围，在高温金相观测时无法清晰对焦，不能成清晰的高温观察像，导致无法观测试验时材料高温下实时演变情况。

高温激光共聚焦显微镜高温拉伸压缩模块样品的制备存在的问题或困难主要包括以下几个方面：

(1)样品打磨过程中产生的磨屑容易粘连样品表面，造成污染。

样品的制备：拉伸试样在进行组织性能形貌观察之前，往往需要不同号砂纸的磨制，分为粗磨和细磨两道工序。粗磨：粗磨的目的是为了去掉样品表面的锈层和杂质获得一个平整的表面。细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光做好准备。在细磨的过程中，通过砂纸上加水磨制可以使得样品表面状态更好，但要注意防止磨制过程中的磨屑粘连在样品表面造成二次污染。最后再通过抛光设备抛光，进行下一步的形貌观察。

(2)样品抛光过程中抛光难度大。

由于高温拉伸试样比较薄，试样尺寸较小，在抛光的过程中，抛光机高转速下用手很难拿持，抛光难度大，试样在抛光过程中如果飞出容易伤人。

(3)抛光过程产生的表面磨抛波浪纹难以去除。

在抛光的过程中拉伸试样要保持平贴在抛光盘表面，抛光机高转速下，只能用手将试样压住，但因为手指对样品施加的力不均匀，导致拉伸试样沿长度方向受力区域不均，试样抛光度不同且表面容易产生波浪纹，这些缺陷难以消除且对后续的高温观察造成非常大的影响。拉伸试样表面质量、粗糙度、划痕难以控制，实验成功率较低。

(4)样品沿拉伸方向上的受力不均。

在抛光的过程中，用手指按压在样品表面，因为手指对样品施加的力不均匀，导致样品沿拉伸方向受力不均，样品沿拉伸方向出现磨、抛程度不同的情况，导致样品沿拉伸方向厚度不均匀，有些地方会磨的比较薄，对后续的高温拉伸实验的结果造成非常大的影响。无法反应材料的真实抗拉强度及断裂区域，实验数据无法重复。

(5)高温下的实验过程中观察口有波动，无法实时清晰观察。

主要原因是：高温激光共聚焦显微镜采用观察窗气流吹扫方式，这样做的目的是使得观察窗上不会因为样品在加热的过程中所释放的杂质升华物附着在观察窗口，影响观察；采用观察窗气流吹扫方式能够长期保持清晰的观察效果。但同时，如果样品表面粗糙度大、存在波浪磨抛纹、划痕等缺陷，在加热过程中伴随高速气流的吹扫，将导致高温金相图像抖动，视场明暗度变化过于明显，无法清晰稳定成像，无法对高温下样品表面的变化进行实时清晰观察。

技术实现要素：
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针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高温拉伸试样磨抛装置及其使用方法，该装置操作简单，磨抛拉伸试样效率高，磨抛拉伸试样表面质量大幅提高，更有利于拉伸试样进行高温拉伸试验。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温拉伸试样磨抛装置，该装置包括：磨抛装置主体、钕铁硼强磁体、封盖、第一拉伸试样槽、第二拉伸试样槽、吸附限位装置安装槽，具体结构如下：

磨抛装置主体的一侧表面设有交叉布置的第一拉伸试样槽和第二拉伸试样槽，磨抛装置主体的另一侧端面安装封盖，磨抛装置主体中部开设有中空槽，作为钕铁硼强磁体的吸附限位装置安装槽，在吸附限位装置安装槽内安装钕铁硼强磁体。

所述的高温拉伸试样磨抛装置，第一拉伸试样槽和第二拉伸试样槽中分别设置拉伸试样安装柱，拉伸试样两端的孔与拉伸试样安装柱相对应配合。

所述的高温拉伸试样磨抛装置，磨抛装置主体表面的第一拉伸试样槽和第二拉伸试样槽之间设有导流槽。

所述的高温拉伸试样磨抛装置，磨抛装置主体的另一侧端面设有螺栓孔，通过螺栓安装封盖于磨抛装置主体一端。

所述的高温拉伸试样磨抛装置，吸附限位装置安装槽中设置无磁螺栓，无磁螺栓的端帽与吸附限位装置安装槽底面相对应，无磁螺栓穿过钕铁硼强磁体、封盖，无磁螺栓的端帽与铁硼强磁体中心的台阶孔配合，无磁螺栓的螺纹端伸至封盖外，无磁螺栓的螺纹端安装固定螺帽。

所述的高温拉伸试样磨抛装置，第一拉伸试样槽开设深度为2mm，第二拉伸试样槽开设深度为4mm；吸附限位装置安装槽为圆柱形，开设尺寸为Φ50mm，深20mm。

所述的高温拉伸试样磨抛装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，试样安装

将拉伸试样按照厚度放入第一拉伸试样槽或第二拉伸试样槽中，将拉伸试样槽放在取平器上进行初步水平调节；

步骤2，试样固定

当拉伸试样为磁性拉伸试样时，拉伸试样水平调平后，将钕铁硼强磁体压入磨制装置中间的吸附限位装置安装槽中用于吸附拉伸试样，并根据试样的厚度调节钕铁硼强磁体压入位置，调节完成后，盖上封盖，用螺栓将封盖与磨抛装置主体连接起来，最后将固定螺帽拧在无磁螺栓上，磁性拉伸试样固定完成；

当拉伸试样为无磁性拉伸试样时，将拉伸试样磨抛装置主体上的拉伸试样槽内沿拉伸方向粘贴磁性导电胶条，并将无磁性拉伸试样粘贴在拉伸试样槽内，将钕铁硼强磁体压入磨制装置中间的吸附限位装置安装槽中用于吸附导电胶条，盖上封盖，用螺栓将封盖与磨抛装置主体连接起来，最后将固定螺帽拧在无磁螺栓上，无磁性拉伸试样固定完成；

步骤3，试样磨制

对拉伸试样进行固定之后，开始试样磨制，并通过磨抛装置的导流槽，将磨制过程中产生的积水和磨屑排出。

所述的高温拉伸试样磨抛装置的使用方法，步骤1中，当2mm<拉伸试样厚度≤4mm，将拉伸试样放入第一拉伸试样槽中；当拉伸试样厚度＞4mm，将拉伸试样放入第二拉伸试样槽中。

本发明的优点及有益效果是：

(1)本发明的装置开设了两个不同方向、不同深度的拉伸试样槽，分别适用于随磨制拉伸试样的厚度和长度不同进行适配，可根据拉伸试样的不同厚度需求安放，第一拉伸试样槽开槽深度2mm，适用放置2～4mm厚的拉伸压缩试样；第二拉伸试样槽开槽深度4mm，适用放置4～8mm厚的拉伸压缩试样；这种设计在磨抛拉伸试样过程中使用方式更加灵活，一套磨具就能基本覆盖拉伸试样的厚度需求。

(2)根据拉伸试样厚度的不同，固定拉伸试样所需要的磁铁吸力也会发生变化，本发明设计了利用无磁螺栓，通过上下调整钕铁硼强磁体在安装槽内垂直方向的位置，起到调整钕铁硼强磁体吸附力的作用。

(3)本发明的装置主体中间设有的模块中间槽为钕铁硼强磁体定位装置安装槽，用于安装钕铁硼强磁体，对拉伸试样进行固定，防止磁性拉伸试样在抛光过程中移动及掉落。同时，通过调整钕铁硼强磁体在定位装置安装槽中的垂直位置，还可以调整钕铁硼强磁体的吸附力。

(4)本发明的装置针对无磁性的拉伸试样，可通过在拉伸试样槽中沿拉伸方向铺设磁性导电胶带粘贴拉伸试样，并通过钕铁硼强磁体对导电胶带的吸附作用，防止在磨抛过程中导电胶带脱落而导致拉伸试样在抛光过程中移动及掉落。

(5)本发明的装置通过导流槽的设计，在磨制试样的过程中，砂纸表面的积水会随着磨抛装置底部开的导流槽流出，使得磨制试样的过程中砂纸上的水分既能保证湿磨需要，又能防止水过多的堆积而使磨制过程中的磨屑粘连在拉伸试样表面造成二次污染。

(6)本发明简易磨样装置重量轻、便携、制作成本低廉、操作简单，磨抛拉伸试样效率高，可节省大量的拉伸试样制备时间，提高拉伸试样的制备成功率，提高实验成功率。

附图说明：

图1为本发明的拉伸试样尺寸意图。

图2(a)-图2(d)为本发明高温拉伸试样磨抛装置的结构示意图。其中，图2(a)为主视图；图2(b)为图2(a)的A-A剖视图；图2(c)为俯视图；图2(d)为后视图。

图中，1-磨抛装置主体；2-钕铁硼强磁体；3-封盖；4-无磁螺栓；5-固定螺帽；6-螺栓；7-第一拉伸试样槽；8-第二拉伸试样槽；9-吸附限位装置安装槽；10-导流槽；11-拉伸试样安装柱。

图3(a)-(b)手工磨制拉伸试样与磨抛装置磨抛拉伸试样的磨制效果对比图。其中，(a)为手工磨制拉伸试样；(b)为磨抛装置磨抛拉伸试样。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2(a)-图2(d)所示，本发明高温拉伸试样磨抛装置，主要包括：磨抛装置主体1、钕铁硼强磁体2、封盖3、无磁螺栓4、固定螺帽5、螺栓6、第一拉伸试样槽7、第二拉伸试样槽8、吸附限位装置安装槽9、导流槽10、拉伸试样安装柱11等，磨抛装置主体1和封盖3为304不锈钢材质，具体结构如下：

磨抛装置主体1的一侧表面设有交叉布置的第一拉伸试样槽7和第二拉伸试样槽8，第一拉伸试样槽7和第二拉伸试样槽8中分别设置拉伸试样安装柱11，拉伸试样两端的孔与拉伸试样安装柱11相对应配合，磨抛装置主体表面的第一拉伸试样槽7和第二拉伸试样槽8之间设有若干导流槽10；磨抛装置主体1中部开设有中空槽，作为钕铁硼强磁体2的吸附限位装置安装槽9，用于固定磁性拉伸试样，通过在吸附限位装置安装槽9内安装钕铁硼强磁体2，起到吸附拉伸试样并限制拉伸试样纵向移动的作用。

磨抛装置主体1的另一侧端面设有螺栓孔，通过螺栓6安装封盖3于磨抛装置主体1一端，将封盖3和磨抛装置主体1连接起来。吸附限位装置安装槽9中设置无磁螺栓4，无磁螺栓4的端帽与吸附限位装置安装槽9底面相对应，无磁螺栓4穿过钕铁硼强磁体2、封盖3，无磁螺栓4的端帽与铁硼强磁体2中心的台阶孔配合，无磁螺栓4的螺纹端伸至封盖3外，无磁螺栓4的螺纹端安装固定螺帽5。

由于拉伸试样厚度的不同，固定拉伸试样所需要的磁铁吸力也会发生变化，针对这个问题，利用无磁螺栓4，可上下调整钕铁硼强磁体2在吸附限位装置安装槽9内垂直方向的位置，起到调整钕铁硼强磁体2吸附力的作用。

在磨制抛光无磁性拉伸试样过程中，可在第一拉伸试样槽7和第二拉伸试样槽8底部安装磁性导电胶，将无磁性拉伸试样粘贴在导电胶上，起到固定作用，同时由钕铁硼强磁体2对导电胶的吸附作用也防止导电胶的脱落，防止无磁性拉伸试样在抛光过程中发生掉落或水平方向的移动。

第一拉伸试样槽7开设深度为2mm，第二拉伸试样槽8开设深度为4mm，吸附限位装置安装槽为圆柱形，开设尺寸为Φ50mm，深20mm。

拉伸试样磨抛装置为拉伸试样厚度可调节的拉伸试样磨抛装置，拉伸试样厚度可调，适用于磁性拉伸试样和无磁性拉伸试样。高温激光共聚焦显微镜高温拉伸最大力是0.5kN，高温压缩最大力是0.2kN，因此拉伸试验试样厚度最大不要超过4mm，最小厚度不要小于1.5mm；针对普通薄板、带材、薄板材拉伸试样，最大拉力一般为50kN，拉伸试样的厚度最大3～8mm。

本发明中的拉伸试样槽分两档，将拉伸试样按照不同的厚度选择适合的拉伸试样槽；将拉伸试样卡入拉伸试样槽后，连同拉伸试样磨抛装置一起放置在取平器上对拉伸试样的水平度进行调节。调节好拉伸试样水平度后，针对磁性拉伸试样，将钕铁硼强磁体2压入拉伸试样磨抛工具中间的吸附限位装置安装槽9中吸附拉伸试样，上下调整钕铁硼强磁体2的垂直位置，确定合适的吸附力，拉伸试样固定完成。如果是无磁性的拉伸试样，在拉伸试样槽内粘贴磁性导电胶带，将拉伸试样压入拉伸试样槽内，调节拉伸试样水平度，拉伸试样固定完成。固定好拉伸试样后，就可以开始磨制试样。

上述高温拉伸试样磨抛装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，试样安装

将拉伸试样按照厚度放入合适的拉伸试样槽中(第一拉伸试样槽7或第二拉伸试样槽8)，将拉伸试样槽放在取平器上进行初步水平调节；

所述的步骤1中，当2mm<拉伸试样厚度≤4mm，将拉伸试样放入第一拉伸试样槽7中；当拉伸试样厚度＞4mm，将拉伸试样放入第二拉伸试样槽8中。

步骤2，试样固定

当拉伸试样为磁性拉伸试样时，拉伸试样水平调平后，将钕铁硼强磁体2压入磨制装置中间的吸附限位装置安装槽9中用于吸附拉伸试样，并根据试样的厚度调节钕铁硼强磁体2压入位置，调节完成后，盖上封盖3，用螺栓6将封盖3与磨抛装置主体1连接起来，最后将固定螺帽5拧在无磁螺栓4上，磁性拉伸试样固定完成；

当拉伸试样为无磁性拉伸试样时，将拉伸试样磨抛装置主体1上的拉伸试样槽内沿拉伸方向粘贴磁性导电胶条，并将无磁性拉伸试样粘贴在拉伸试样槽内，将钕铁硼强磁体2压入磨制装置中间的吸附限位装置安装槽9中用于吸附导电胶条，盖上封盖3，用螺栓6将封盖3与磨抛装置主体1连接起来，最后将固定螺帽5拧在无磁螺栓4上，无磁性拉伸试样固定完成；

步骤3，试样磨制

对拉伸试样进行固定之后，开始试样磨制，并通过磨抛装置的导流槽，将磨制过程中产生的积水和磨屑排出。

如图3所示，对比手工磨制和通过本发明的磨抛装置磨制的拉伸试样，可以看出，手工磨制样口表面粗糙度大，存在划痕、磨抛不均匀。而通过本发明磨抛装置磨制的拉伸试样表面光亮，没有划痕，抛光均匀，具有较好的磨制及抛光效果。

本发明中采用钕铁硼强磁体，是稀土永磁材料稀土永磁材料，将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。稀土永磁分钐钴(SmCo)永磁体和钕铁硼(NdFeB)系永磁体，NdFeB系永磁体的磁能积在27-50MGOe之间，被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。