本发明涉及一种材料时效处理方法，尤其涉及一种温度-应力耦合时效处理装置及其使用方法。
背景技术：
人工时效和应力时效，既是一种材料处理工艺，也是一种材料研究方法，它们能对材料的微观组织和力学性能产生不可忽视的影响。一方面，以铝合金等有色金属为主的材料和零件，在加工成型的过程中会经历时效处理这一道工序，材料基体中析出的弥散第二相，能有效提高材料的强度和硬度等性能指标；另一方面，某些零件在服役条件下会同时受到温度和应力的作用，例如高速精密机床轴承等，通常会用应力时效实验来模拟它的工况条件，从而研究温度和应力对其基体微观组织、精度寿命的影响。
应力时效由于引进了外力场，实验条件需要同时满足温度和应力耦合加载，然而目前还没有专门用于应力时效的实验设备。常用的温控恒温箱仅能提供温度场，可进行人工时效，却难以将应力加载装置放入其中进行应力时效；带恒温箱的电子万能试验机可以同时进行温度-应力加载，但它通常只用于高温拉伸实验，长时间的应力时效实验会损坏试验机；而最满足应力时效条件的高温蠕变试验机，多用于材料的蠕变性能测试，很少用于材料的时效处理实验，而且该设备价值昂贵、占地面积大、实验成本高。
因此，对于材料的应力时效研究，缺乏合适的应力时效装置是目前所面临的问题，如果能设计一种简单方便的应力时效装置，满足温度-应力耦合加载条件，运用于材料的应力时效研究中，非常具有现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种温度-应力耦合时效处理装置及其使用方法，它可以对时效过程中温度的高低、应力的大小等影响因素进行调节控制，满足不同条件下的温度-应力耦合时效实验，以此来研究材料在应力时效过程中的组织变化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种温度-应力耦合时效处理装置，包括基本框架结构、应力牵引结构、应力加载控制结构和温度加载控制结构；其中，
所述基本框架结构包括底座、安装在所述底座上的下底板以及设置于所述下底板上方的支撑板，所述支撑板与下底板之间通过多个立柱连接，所述立柱的下端与下底板螺纹连接，所述立柱的上端与支撑板滑动连接，所述立柱的上端螺纹连接有用于支撑所述支撑板的大螺母；
所述应力牵引结构包括设置于所述支撑板下方的下螺杆固定板、设置于所述支撑板上方的上螺杆固定板以及连接所述上、下螺杆固定板的多个螺杆，所述螺杆的上端与上螺杆固定板螺纹连接，所述螺杆的下端穿过支撑板与下螺杆固定板滑动连接，所述螺杆的下端螺纹连接有用于支撑所述下螺杆固定板的小螺母；
所述应力加载控制结构安装在支撑板与上螺杆固定板之间，其通过向上顶起上螺杆固定板对安装在下底板与下螺杆固定板之间的拉伸试样进行不同数值的恒拉应力加载并实时显示拉应力数据；
所述温度加载控制结构用于对安装在下底板与下螺杆固定板之间的拉伸试样进行不同数值的恒温加热并实时显示温度数据。
按上述技术方案，所述应力加载控制结构包括安装在支撑板与上螺杆固定板之间的千斤顶、安装在所述千斤顶上的压力传感器以及用于显示压力传感器数值的压力显示器。
按上述技术方案，所述温度加载控制结构包括设置在所述拉伸试样外周的小型低温电阻炉以及用于控制并显示加热温度的温度显示控制器。
按上述技术方案，所述小型低温电阻炉的形状为圆筒形。
按上述技术方案，所述支撑板与螺杆之间设置有导套。
一种温度-应力耦合时效处理装置的使用方法，包括以下步骤：
s1、通过应力加载控制结构将上螺杆固定板预先顶起一段行程，将哑铃型的拉伸试样放置于实验区，拉伸试样的上端与下螺杆固定板固定连接，其下端与下底板固定连接；
s2、调节应力加载控制结构向上顶起上螺杆固定板使拉伸试样受到拉应力作用，直至达到设定的应力水平保持恒拉应力加载，开启温度加载控制结构对拉伸试样进行设定温度和保温时间的恒温加热，温度-应力耦合时效实验结束后，关闭温度加载控制结构，卸载应力加载控制结构，待冷却至室温后，取出拉伸试样。
本发明产生的有益效果是：本发明通过设置基本框架结构和应力牵引结构，一是能传递15吨以下的载荷，对拉伸试样实现大应力加载，二是在竖向有很好的导向效果，能确保拉伸试样所受拉力完全处于轴线之上，三是基本框架结构和应力牵引结构分别使用大小两套螺母进行固定和定位，可自由调整基本框架结构和应力牵引结构的高度，以适用于各种不同长度的拉伸试样；另外，通过设置应力加载控制结构和温度加载控制结构，可以同时满足温度-应力耦合加载的实验条件，并且可以对温度的高低、应力的大小等因素进行调节控制。
本发明可以开展针对需要进行温度-应力耦合时效的材料进行时效实验，使材料在拉应力作用下进行人工时效，对铝合金等有色金属，可以促进第二相析出，提高材料的物理和化学性能；对高速精密轴承材料等，可以利用应力时效这一方法来模拟简单的服役条件，促进或抑制某些亚稳组织的转变。相对于蠕变试验机等设备价格昂贵、占地面积大、实验成本高等缺点，本发明结构具有简单便捷、制造难度小、实验成本低的优点，具有很重要的现实意义。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：1-底座，2-下底板，3-立柱，4-大螺母，5-支撑板，6-导套，7-千斤顶，8-温度显示控制器，9-压力显示器，10-上螺杆固定板，11-压力传感器，12-螺杆，13-下螺杆固定板，14-小螺母，15-小型低温电阻炉，16-拉伸试样。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种温度-应力耦合时效处理装置，包括基本框架结构、应力牵引结构、应力加载控制结构和温度加载控制结构；其中，
基本框架结构包括底座1、安装在底座1上的下底板2以及设置于下底板2上方的支撑板5，支撑板5与下底板2之间通过多个立柱3连接(具体为支撑板与下底板的两端之间分别通过一个立柱连接)，立柱3的下端与下底板2螺纹连接，立柱的3上端与支撑板5滑动连接，立柱3的上端螺纹连接有用于支撑支撑板5的大螺母4，通过大螺母在立柱上的不同安装高度可以实现支撑板的不同高度，进而适应不高长度的拉伸试样，所有大螺母需调平以确保支撑板水平放置；
应力牵引结构包括设置于支撑板5下方的下螺杆固定板13、设置于支撑板5上方的上螺杆固定板10以及连接上、下螺杆固定板的多个螺杆12(具体为上螺杆固定板与下螺杆固定板的两端之间分别通过一个螺杆连接)，螺杆12的上端与上螺杆固定板10螺纹连接，螺杆12的下端穿过支撑板5与下螺杆固定板13滑动连接，螺杆12的下端螺纹连接有用于支撑下螺杆固定板13的小螺母14，通过小螺母在螺杆上的不同安装高度可以实现下螺杆固定板的不同高度，进而适应不高长度的拉伸试样，所有小螺母需调平以确保下螺杆固定板水平放置；
应力加载控制结构安装在支撑板5与上螺杆固定板10之间，其通过向上顶起上螺杆固定板对安装在下底板2与下螺杆固定板13之间的拉伸试样16进行不同数值的恒拉应力加载并实时显示拉应力数据；
温度加载控制结构用于对安装在下底板与下螺杆固定板之间的拉伸试样16进行不同数值的恒温加热并实时显示温度数据。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，应力加载控制结构包括安装在支撑板5与上螺杆固定板10之间的千斤顶7(本实施例中为液压千斤顶)、安装在千斤顶7上的压力传感器11以及用于显示压力传感器数值的压力显示器9。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，温度加载控制结构包括设置在拉伸试样外周的小型低温电阻炉15以及用于控制并显示加热温度的温度显示控制器8。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，小型低温电阻炉的形状为圆筒形，可以保证温度场的均匀性。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，支撑板与螺杆之间设置有导套6。
一种温度-应力耦合时效处理装置的使用方法，如图1所示，包括以下步骤：
s1、通过应力加载控制结构将上螺杆固定板预先顶起一段行程，将哑铃型的板条拉伸试样放置于实验区，拉伸试样的上端与下螺杆固定板固定连接，其下端与下底板固定连接，具体的，拉伸试样的两端通过销钉与下螺杆固定板和下底板固定连接；
s2、调节应力加载控制结构向上顶起上螺杆固定板使拉伸试样受到拉应力作用，观察压力显示器的示数变化，直至达到设定的应力水平保持恒拉应力加载，设定温度显示控制器的相关参数，开启温度加载控制结构对拉伸试样进行设定温度和保温时间的恒温加热，温度-应力耦合时效实验结束后，关闭温度加载控制结构，卸载应力加载控制结构，待冷却至室温后，取出拉伸试样。
本发明的应力加载控制结构中，拉应力的加载通过千斤顶来实现，它带动上螺杆固定板进而带动下螺杆固定板往上运动，从而实现对安装于下螺杆固定板与下底板之间的拉伸试样的拉应力加载，由于千斤顶自锁原理，可以保持实验过程中的应力大小不变，实现不同应力的恒载控制。安装于千斤顶上端的压力传感器负责实时应力数据的采集，并通过压力显示器显示输出。
本发明的温度加载控制结构中，通过设定温度显示控制器8的相关参数，可以调节小型低温电阻炉的升温速率和保温温度，实现不同温度的恒温控制。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。