用于微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置，属于金属拉伸试验装置技术领域。

背景技术：

随着工业自动化水平的不断提高，对产品性能的要求不断提高，如高强度、大延伸率等，材料宏观综合力学性能总是由其微观组织性能决定的，为了改善材料宏观力学性能和开发性能更优的新材料，开展材料微观组织研究是有效途径，而开展研究的前提是获得不同实验条件下材料微观组织实验数据，而目前传统的试验机并不适合材料微观组织观测。

公开号为CN103575593A的中国专利公开了一种介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置，该装置包括机械部分、宏观力学参数测试部分和微观变形场测试部分，通过传动模块传动对试样两端同时施加拉伸载荷，通过显微设备及原位数据采集系统采集试样不同变形程度条件下的微观结构变化特征，通过力测试模块和位移测试模块获取对应变形条件下宏观力学性能参数。该专利适用于试样水平面内微观组织变化试样数据的测取，但对于试样厚度所在平面内微观组织变化数据及试样通电条件下的原位观测试验却不能实施。

因此，现有技术亟需一种能够满足不同实验要求的多功能原位观测试验装置。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是：现有技术中的用于微观组织原位在线观测的拉伸试验装置，不能获取试样厚度所在平面内微观组织变化数据，同时，如在通电条件下进行观测，则存在安全隐患。

本实用新型采取以下技术方案：

一种用于微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置，其特征在于：包括机架、动力传动机构、支持机构、测力机构；所述机架包括底板1、电机固定座2、一对平行的导轨19、19-1，所述电机固定座2安装在底板1上，一对平行的导轨19、19-1对称设置在电机3轴线两侧的导轨槽内；所述动力传动机构包括电机3、丝杠8、一对滑台6、6-1，固定座18、用于夹紧试验的紧固螺钉；其中，所述电机3安装在电机固定座2上，所述丝杠8通过两端的丝杠固定座5、18安装在底板1上，丝杠8与电机3同轴，并能够在电机3作用下转动；所述一对滑台6、6-1通过底部的导轨槽安装在一对导轨19、19-1上，所述一对滑台6、6-1分别安装在丝杠8两端的反对称螺纹上，丝杠8与滑台螺纹连接，丝杠8转动带动一对滑台6、6-1等速反向运动；所述夹持机构包括分别与一对滑台6、6-1及固定座18对应的三个可拆卸固定座10、10-1、10-2、三个销钉7、7-1、7-2、三个绝缘垫片9、9-1、9-2；所述可拆卸固定座呈凸字形，可通过滑台和固定座18上的凹孔安装在所述滑台/固定座18的顶面或侧面，并通过销钉实现固定；用于夹持式样21的上、下夹持块固定在前两个可拆卸固定座10、10-1上；所述三个绝缘垫片9、9-1、9-2分别将三个可拆卸固定座10、10-1、10-2与对应的滑台或固定座隔开；所述测力机构包括滑块15、力传感器16、压块17、压块螺钉20-4；所述滑块15安装在右侧滑台6-1上的可拆卸固定座10-1上部的导轨上；所述压块螺钉20-4通过压块17将力传感器16右侧端部固定在可拆卸固定座上，力传感器16左侧端部通过螺钉安装在滑 块15上；所述试样21未安装时，电机3转动带动两个滑台6、6-1相向/相背运动，右侧滑台6-1运动带动其上部导轨运动，此时滑块15因不受力而保持位置不变，力传感器16数值为零；装上试样21后，电机3转动时，因滑块15受力而保持其在导轨上的位置不变，并随右侧滑台6-1一起运动，力传感器16受力完成试样载荷值的测取；将所述支持和测力机构安装在滑台和丝杠右端固定座18的上部，试样保持水平，拉伸过程中进行试样水平面内微观组织原位观测；将所述支持和测力机构安装在滑台和丝杠右端固定座18的侧面，试样侧立，拉伸过程中可以实现试样侧面内微观组织原位观测。

进一步的，所述动力传动机构还包括联轴器4，用于连接电机输出轴与丝杠。

进一步的，采用一组螺钉将所述上、下夹持块固定连接，用于对式样21进行夹持。

进一步的，三个绝缘垫片分别置于两个滑台6、6-1和丝固定座18的上部和方形槽内，所述可拆卸固定座10、10-1、10-2下部的方形柄插入滑台与固定座18的方形槽内，通过绝缘销钉对可拆卸固定座进行定位；所述滑台6、6-1与可拆卸固定座彼此绝缘。

进一步的，所述下夹持块固定座14通过螺钉安装滑块15上，右侧下夹持块13置于下夹持块固定座14沉槽内，二者之间通过绝缘垫片进行绝缘，并用绝缘销钉将下夹持块13定位在下加持块固定座14内；左侧下夹持块11通过螺钉20-1固定在可拆卸固定座10上；两个下夹持块11、13同轴，且其夹持面在同一平面内。

更进一步的，所述两个上夹持块12、12-1采用螺钉固定在下夹持块上。

进一步的，夹持结构采用插拔式连接，利用销钉定位，便于拆卸和实 现90°旋转。

本实用新型的有益效果在于：

1)提供了不同材料微观组织原位观测所需的加载环境和加载装置，可用于试样通电条件下的单轴加载，

2)可以实现试样厚度所在平面内微观组织原位观测；

3)可用于单轴拉伸条件下材料宏观力学性能、微观变形场变形特征测取，并为建立宏观力学、微观变形场、材料属性多者之间的对应关系所需的基本实验数据测取提供相应的方法。

4)90°换向及绝缘装配相互结合，装配结构设计巧妙，而且可靠性高。

5)装配结构充分考虑了零部件加工以及式样安装的便利性，制作方便、使用方便，具有广泛推广应用的前景。

附图说明

图1是式样侧立安装时，本实用新型用于微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置的主视图。

图2是式样水平安装时，本实用新型用于微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置的主视图。

图3是图2的局部放大图。

图4是式样水平安装时，本实用新型用于微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置的主视图。

图5是滑台的三视图，其中：

图5-1是滑台的主视图，图5-2是滑台的左视图，图5-3是滑台的俯视图。

图6是下夹持块固定座的示意图，其中，图6-1是主视图，图6-2是 俯视图。

图7是三个可拆卸固定座的示意图，其中，7-1是左侧可拆卸固定块的主视图，图7-2是对应的俯视图；图7-3是中间可拆卸固定块的主视图，图7-4是对应的俯视图；图7-5是右侧可拆卸固定块的主视图，图7-6是对应的俯视图；

图8是下夹持块的示意图，其中，图8-1是左侧下夹持块的主视图，图8-2是左侧下夹持块的俯视图，图8-3是右侧下夹持块的主视图，图8-4是右侧下夹持块的俯视图。

图9是式样的示意图，其中，图9-1是式样的水平面视图，图9-2是式样的侧面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

如图1-图3所示，用于微观组织原位在线观测的多功能单轴拉伸试验装置，能够实现试样通电、试样不通电、试样水平放置加载、试样侧立放置加载时的原位拉伸试验，由机架、动力传动、夹持和测力四大部分组成。

所述的机架由底板1、电机固定座2、导轨19、19-1组成；

其中，所述电机固定座2安装在底板1上，所述导轨19和19-1与电机3轴线平行，导轨19和19-1对称设置在电机3轴线两侧的导轨槽内。

所述的动力传动部分包括电机3、联轴器4、丝杠8、丝杠固定座5、滑台6和6-1、固定座18和紧固螺钉20；

其中，所述电机3安装在电机固定座2上；所述丝杠8通过两端的丝杠固定座5和18安装在底板1上，丝杠8与电机3轴同轴，并通过联轴器4连接在一起；

其中，所述滑台6和6-1通过底部的导轨槽安装在导轨19和19-1上，滑台6和6-1可以沿导轨运动；所述滑台6和6-1分别安装在丝杠8两端的反对称螺纹上，丝杠8和滑台6和6-1链接形式为螺纹连接，两滑台6和6-1对称布置在丝杠8正中心两侧，丝杠8转动保证滑台6和6-1等速相向/相背运动。

所述的加持部分由绝缘销钉7、7-1、7-2和7-3、绝缘垫片9、9-1和9-2、9-3和9-4、可拆卸固定座10、10-1和10-2、下夹持块11和13、上夹持块12和12-1、下夹持块固定座14、螺钉20-1、20-2和20-3组成。

其中，所述绝缘垫片9、9-1和9-2分别置于两个滑台6和6-1和丝杠8右端固定座18的上部和方形槽内，所述可拆卸固定座10、10-1和10-2下部的方形柄插入6和6-1和丝杠8右端固定座18的方形槽内，通过绝缘销钉7、7-1和7-2对可拆卸固定座10、10-1和10-2进行定位；所述滑台6和6-1与可拆卸固定座10和10-1彼此绝缘。

其中，所述下夹持块固定座14通过螺钉安装滑块15上，右侧下夹持块13置于下夹持块固定座14沉槽内，二者之间通过绝缘垫片9-3和9-4进行绝缘，并用绝缘销钉7-3将下夹持块13定位在下加持块固定座14内；左侧下夹持块11通过螺钉20-1固定在可拆卸固定座10上；下夹持块11和13同轴，且其夹持面在同一平面内。

其中，所述上夹持块12和12-1采用螺钉固定在下夹持块上；

所述测力部分由滑块15、力传感器16、压块17、螺钉20-4组成。

其中，所述滑块15安装在右侧滑台6-1上的可拆卸固定座10-1上部的导轨上；所述紧固螺钉20-4通过压块17将力传感器16右侧端部固定在可拆卸固定座上，力传感器16左侧端部通过螺钉20-3安装在滑块15上；

所述试样21未安装时，电机3转动带动两个滑台6和6-1相向/相背 运动，右侧滑台6-1运动带动其上部导轨运动，此时滑块15因不受力而保持位置不变，力传感器16数值为零；装上试样21后，电机3转动时，因滑块15受力而保持其在导轨上的位置不变，并随滑台6-1一块运动，力传感器16受力完成试样载荷值的测取。

所述绝缘垫片9和绝缘销钉7使左侧夹持端与滑台6相互绝缘，所述绝缘垫片9-3、9-4和绝缘销钉7-3使右侧夹持端与测力部分及滑台6-1相互绝缘，保证试样21通电条件下试验装置的机架、动力传动、测力部分不带电，确保了测试过程中设备和人身安全。

如图1-图3所示，将夹持和测力部分安装在滑台和丝杠右端固定座的上部，试样保持水平，拉伸过程中可以实现试样水平面内微观组织原位观测；

如图5-1、5-2、5-3所所示，将夹持和测力部分安装在滑台和丝杠右端固定座的侧面，试样侧立，拉伸过程中可以实现试样侧面内微观组织原位观测。

以厚度图9-1、9-2中所示平板试样为例，测试过程具体包括以下几个步骤：

1)试样制备：将材料板采用线切割进行加工，采用人工方式对试样水平面和侧面中间部位进行打磨、抛光处理，然后用金相腐蚀液进行金相腐蚀。

2)滑台位置调整：启动电机，根据试样长度将两滑台间的距离调整至合理范围内，保证试样两夹持端夹持长度足够，以防试样加载过程中因夹持面过小而松动。

3)夹持部分安装：根据试样观测面要求，将夹持部分安装在滑台正上方或滑台侧面。

4)试样装夹：松开螺钉打开两个上夹持块，将试样放置在两下夹持块的正中间，调整试样位置，使其轴线与丝杠轴线上下/前后重合，并保证试样两端夹持长度相同，然后，拧紧所有螺钉将试样固定住，预紧过程中各螺钉预紧力要均匀一致，以保证试样在拉伸过程中，两端受力均匀，无偏心拉伸。

5)通电：如实验要求给试样通电，需将电极固定在试样上。

6)加载：开启伺服电机带动反对称螺纹丝杠转动，从而带动两滑台在底座的滑道上作等速相背运动，即使得试样两端加头沿相反方向作等速运动，从而保证试样中间位置基本不变，提供一个固定不变的原位观测区域。试验一般采用位移控制，根据丝杠位移决定停机观测点，停机过程中，利用辅助观测设备将试样上某一固定视场内的微观组织进行拍照成像，成像结束后，继续加载，然后停机拍照，重复以上步骤，直至试样断裂。丝杠位移和试样力值会实时采集，据此可以得到材料宏观力学性能曲线。

在整个测试过程中，微观组织变化特征可以借助显微镜等显微成像设备进行实时监测,并结合调试软件获得测试的力-位移图像，从而建立对应拉伸作用力下的金属金相组织等微观组织的变化，得到宏观力学与微观组织变形场的一一对应关系。