DKNZ型 原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀
公司針對(duì)當(dāng)前材料扭轉(zhuǎn)測(cè)試設(shè)備和原位監(jiān)測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行了較為深入的分析，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了可與光學(xué)顯微成像設(shè)備相兼容的原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀，包括單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀（圖1）和雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀（圖5）。
(a) 單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀 (b) 單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀實(shí)物圖
圖1 單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀
應(yīng)用
特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀，為材料制備、生命科學(xué)、航空航天和星際探索提供精準(zhǔn)技術(shù)支撐。
研制了結(jié)構(gòu)緊湊的單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀，可與光學(xué)顯微成像設(shè)備相兼容
實(shí)現(xiàn)在載荷作用下對(duì)材料微觀(guān)變形損傷機(jī)制與微觀(guān)組織演化等特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)原位觀(guān)測(cè)
深入研究材料的宏觀(guān)力學(xué)行為與微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)演化規(guī)律
配備控制主機(jī)，專(zhuān)用檢測(cè)控制系統(tǒng)與配套分析處理軟件
的設(shè)計(jì)采用了直流空心杯電機(jī)配合精密行星齒輪減速箱及精密蝸輪蝸桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的動(dòng)力加載，這種加載方式可以保證測(cè)試裝置擁有足夠的扭轉(zhuǎn)載荷和寬泛的加載速率
實(shí)現(xiàn)以準(zhǔn)靜態(tài)的方式對(duì)試件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加載
原位觀(guān)測(cè)時(shí)獲取更高的質(zhì)量的圖像，對(duì)于微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的觀(guān)測(cè)與分析能夠更加的清晰而準(zhǔn)確
典型材料單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試曲線(xiàn)如圖2所示；測(cè)試材料表面形貌原位觀(guān)測(cè)圖像如圖3所示；單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試金相組織原位觀(guān)測(cè)圖像如圖4所示。
(a) Q235鋼扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn) (b) 不同工藝下Q235鋼扭轉(zhuǎn)測(cè)試曲線(xiàn)
(c) 45鋼扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn) (d)Q235鋼扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn)
(e)2A12鋁合金扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn) (f) H59黃銅扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn) (g) 2A12鋁合金±150°循環(huán)扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn) (h) 2A12鋁合金±200°循環(huán)扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn)
(i) H59黃銅±50°循環(huán)扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn) (j) H59黃銅±75°循環(huán)扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn)
圖2 典型材料單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試曲線(xiàn)
如圖2所示，四種材料的扭矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)的重復(fù)性非常好，表明原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試裝置具備良好的測(cè)試重復(fù)性。這四種材料在扭轉(zhuǎn)測(cè)試時(shí)表現(xiàn)出了不同的扭轉(zhuǎn)力學(xué)行為，相比于2A12鋁和H59黃銅，45鋼和Q235鋼均出現(xiàn)了明顯的屈服現(xiàn)象，但Q235鋼的強(qiáng)化現(xiàn)象并不明顯。2A12鋁相比于其它材料其在接近于斷裂時(shí)載荷波動(dòng)加劇，這表明材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展加快。
圖3 材料（H59黃銅）表面形貌原位觀(guān)測(cè)圖像
如圖3 所示，H59 黃銅在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的原位觀(guān)測(cè)圖像，可以看出其斷口相對(duì)平整，沒(méi)有縮頸現(xiàn)象發(fā)生，符合材料扭轉(zhuǎn)破壞的特征。
圖4 材料（Q235鋼）金相組織原位觀(guān)測(cè)圖像
如圖4所示，扭轉(zhuǎn)測(cè)試過(guò)程中放大100倍和200倍的金相組織觀(guān)測(cè)圖像，當(dāng)800°時(shí)的金相圖像，可以看出此時(shí)大部分晶粒在剪切作用下破碎為細(xì)條狀，材料表面布滿(mǎn)了裂痕，晶界已無(wú)法辨別，當(dāng)扭轉(zhuǎn)至 2000°時(shí)，此時(shí)材料已接近于斷裂。
單軸原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀技術(shù)指標(biāo)（單軸系列NZ01、NZ02、NZP01等）
(a) 商業(yè)化雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀 (b) 商業(yè)化雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀實(shí)物圖
圖5 雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀
應(yīng)用
特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀，為材料制備、生命科學(xué)、航空航天和星際探索提供精準(zhǔn)技術(shù)支撐。
研制了結(jié)構(gòu)緊湊的雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀，可與光學(xué)顯微成像設(shè)備相兼容
實(shí)現(xiàn)在載荷作用下對(duì)材料微觀(guān)變形損傷機(jī)制與微觀(guān)組織演化等特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)原位觀(guān)測(cè)
深入研究材料的宏觀(guān)力學(xué)行為與微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)演化規(guī)律
配備控制主機(jī)，專(zhuān)用檢測(cè)控制系統(tǒng)與配套分析處理軟件
的設(shè)計(jì)
電機(jī)通過(guò)集成的行星齒輪減速后，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)的蝸輪蝸桿的減速、增扭和換向，實(shí)現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)下輸出大載荷。
實(shí)現(xiàn)以準(zhǔn)靜態(tài)的方式對(duì)試件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加載
原位觀(guān)測(cè)時(shí)獲取更高的質(zhì)量的圖像，對(duì)于微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的觀(guān)測(cè)與分析能夠更加的清晰而準(zhǔn)確
雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試曲線(xiàn)如圖6所示；測(cè)試材料表面形貌原位觀(guān)測(cè)圖像如圖7所示；雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試金相組織原位觀(guān)測(cè)圖像如圖8所示。
圖6 雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試曲線(xiàn)
如圖6（a）所示，對(duì)6061鋁合金小角度的預(yù)扭轉(zhuǎn)角度拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明預(yù)扭轉(zhuǎn)角度下進(jìn)行拉伸測(cè)試，較小的塑性變形，對(duì)拉伸力學(xué)性能幾乎沒(méi)有影響，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角度大于30°左右的時(shí)候，拉伸測(cè)試的局部變形階段會(huì)隨著角度的增大而提前出現(xiàn)，伸長(zhǎng)率下降。
如圖6（b）所示。分別為預(yù)扭轉(zhuǎn) 10°和 60°下，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的轉(zhuǎn)角、扭矩、位移和拉力的時(shí)間曲線(xiàn)。曲線(xiàn)表明，不論預(yù)扭轉(zhuǎn)角度的大小，其所產(chǎn)生的扭矩，都會(huì)在拉伸試驗(yàn)的彈性階段急劇下降，隨后一直保持在一個(gè)較低的水平，直至試件斷裂。
如圖6（c）所示，在拉伸的彈性階段和強(qiáng)化階段進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，拉力值都會(huì)降低，但是降低的速度比較慢，并且在扭轉(zhuǎn)至60°時(shí)，拉力均降至200N左右。
如圖6（d）所示，對(duì)材料（紫銅）試件預(yù)拉伸位移下扭轉(zhuǎn)測(cè)試，0mm至0.04mm預(yù)拉伸位移下扭轉(zhuǎn)測(cè)試曲線(xiàn)，僅有微弱的變化。因?yàn)樵谳^小的預(yù)拉伸載荷下，材料處于彈性階段，預(yù)拉伸位移增加，試件橫截面尺寸的變小，是導(dǎo)致抗扭強(qiáng)度降低的主導(dǎo)因素。
圖7 測(cè)試材料表面形貌原位觀(guān)測(cè)圖像
如圖7所示，從拉伸的斷口二維和三維形貌可觀(guān)察出塑性材料典型的“杯狀”斷口。在拉應(yīng)力下縮頸區(qū)形成三向應(yīng)力狀態(tài)，且心部軸向應(yīng)力。材料在經(jīng)過(guò)足夠的塑性變形后，位錯(cuò)等缺陷不斷堆積，達(dá)到一定程度，沿著切應(yīng)力方向產(chǎn)生裂紋，裂紋從外向內(nèi)延伸直至斷裂。
圖8 雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試金相組織原位觀(guān)測(cè)圖像 如圖8所示，轉(zhuǎn)角 90°時(shí)的金相組織，隨著轉(zhuǎn)角的增加，裂紋數(shù)量和密度增加，仍保持與X軸平行和垂直兩個(gè)方向。同時(shí)，晶格的滑移現(xiàn)象也更加明顯。轉(zhuǎn)角180°時(shí)的金相組織，由于試件平面翹曲的程度加劇，圖像出現(xiàn)邊緣的虛焦，仍可清晰看到金相組織的變化。晶格滑移明顯，晶格中相互交叉的裂紋導(dǎo)致晶格破碎，并在多個(gè)晶格之間逐漸出現(xiàn)連貫的長(zhǎng)裂紋。
雙軸聯(lián)動(dòng)原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試儀技術(shù)指標(biāo)（雙軸系列NZ01、NZ02、NZP01等）
