CN106802308A - 一种材料弹热性能测试装置 - Google Patents

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李山峰
黄传军
黄荣进
徐冬
刘辉明
吴智雄
韩叶茂
王维
沈福至
黄碧涵
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Abstract

本发明公开一种材料弹热性能测试装置，包括：真空杜瓦容器，试样放置在所述真空杜瓦容器内并对试样进行保温减少漏热；控温系统，用来控制所述真空杜瓦容器内的温度，为试样提供所需的环境温度；力学试验机，在进行材料弹热性能测试过程中，为试样提供负荷及卸载负荷；数据输入及采集的程序控制系统，该系统通过程序向所述力学试验机输入试验参数，并采集力学试验机传感器和试样处温度计的测试数据；以及引伸计，用于测量试样的应变。本发明的测试装置可实现材料的任意应变下的拉伸、弯曲等形变；并能实现4.2K‑573K温区内任意环境温度下的弹热性能测量；同时环境温度精确可控可调，能准确测量出材料发生相变时的温度变化。

Description

一种材料弹热性能测试装置
技术领域
本发明涉及形状记忆材料弹热效应测试技术领域。更具体地，涉及一种可用于4.2K-573K温区内任意温度环境下的形状记忆材料弹热性能的测试装置。
背景技术
对某些材料(尤其是合金材料，例如Ni-Ti，Cu-Al-Mn，Cu-Zn-Al等合金)具有形状记忆特性好、金属耐疲劳特性强、金属强度高等优点。当对材料进行加载力的时，会导致材料内部组织发生相变，即马氏体转变。由于相变会使材料产生相变温度，即发生温度变化。由于材料具有强的形状记忆特性，当对材料卸载力时，相变后的材料又恢复到原来的晶格状态，这一过程也发生了相变，材料产生相变温度。一般情况下在对材料进行拉伸或者弯曲加载力时，材料温度升高，当对材料卸载力时，材料温度下降。对这一温度变化现象称为“热弹性马氏体转变温度”。
形状记忆合金是在传统马氏体相变的现象和理论基础上发展起来的一种新型的功能材料，由于该材料在相变过程中会产生一些特殊的性能，特别是形状记忆效应、高阻尼性和超弹性，已经被广泛应用到医疗、航天、纺织工业、家用电器、电子、能源和机械等领域中。随着形状记忆合金的广泛应用，目前，对其研究也越来越深入，但是目前只有在室温条件下测量材料弯曲形变下的弹热性能的简易装置，而没有一种可在大的温度范围内测量形状记忆合金任一应变的弹热性能的装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可在多种温度下测试材料任意应变的弹热性能的装置。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种材料弹热性能的测试装置，包括：
真空杜瓦容器，试样放置在所述真空杜瓦容器内并对试样进行保温减少漏热；
控温系统，用来控制所述真空杜瓦容器内的温度，为试样提供所需的环境温度；
力学试验机，在进行材料弹热性能测试过程中，为试样提供负荷及卸载负荷；
数据输入及采集的程序控制系统，该系统通过程序向所述力学试验机输入试验参数，并采集力学试验机传感器和试样处温度计的测试数据；
以及引伸计，用于测量试样的应变。
优选地，当试验温度要求4.2K或77K温度进行时，通过将液氦或液氮注入到所述真空杜瓦容器中浸泡试样来实现。
优选地，所述控温系统包括控温仪和加热装置，当试验温度要求4.2K-77K或77K-室温温区进行时，先通过将液氦或液氮注入所述真空杜瓦容器内进行预冷，再通过所述加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。
优选地，所述控温系统包括控温仪和加热装置，当试验温度要求室温以上至573K温区进行时，通过所述控温仪和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。
优选地，所述力学试验机根据试样所需的应变进行设置，并由应变来控制力学试验机为试样加载的负荷。
优选地，所述数据输入及采集的程序控制系统向力学试验机输入的参数包括：试样所需测试的应变大小、位移过程中的位移速度、达到所需应变后的位移的保载时间、卸载过程中试样位移的速度、卸载最终目标力的大小、目标力保载的时间和试验循环次数。
本发明的有益效果如下：
本发明的测试装置可实现材料的任意应变下的拉伸、弯曲等形变；并能实现低温(最低液氦4.2K)、室温、高温(最高300摄氏度)下任意环境温度下的弹热性能测量；环境温度精确可控可调。能准确测量出材料在任意温度下(4.2K-573K)发生相变时的温度变化。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种材料弹热性能测试装置，包括：力学试验机1、真空杜瓦容器2、加热器3、温度计4、引伸计5、控温仪6和数据输入及采集程序控制系统7。力学试验机1上设有夹具9、传感器10和拉伸杆11，拉伸杆11的一端与夹具9连接，另一端通过传感器10固定在力学试验机1上。试样8安装在夹具9上，引伸计5和温度计4均设置在试样8上，分别用来采集试样8的应变和温度，并将采集到的数据传输给数据输入及采集程序控制系统7。真空杜瓦容器2设置在力学试验机1的法兰盘上，加热器3设置在真空杜瓦容器2的内部，控温仪6通过加热器3对真空杜瓦容器2升温，真空杜瓦容器2为试样8及其环境保温。
本实施例中力学试验机1对试样8施加拉伸力，测试试样8发生拉伸应变时的弹热性能。在其它的实施列中，力学试验机1可对试样8施加拉伸、压缩、弯曲或扭转等任意应变，本发明的装置可测试试样8任意应变下的弹热性能。
本发明的测试装置的实验流程包括下述步骤：
(1)将试样8安装在力学试验机1的夹具9上，并将适合试样8标距的引伸计5和温度计4设置在试样8上。
(2)将真空杜瓦容器2安装在力学试验机1的法兰盘上，为试样及其环境保温。
(3)当加热器3加热真空杜瓦容器2达到试样所需的温度后，将试样的直径、厚度、宽度、规定非比例延伸率、规定总延伸率、原始标距、引伸计标距等一系列参数输入到数据输入及采集程序控制系统7中。同时也将拉伸过程中，试样所需测试的应变大小、试样被拉伸的位移速度、达到所需应变后的试样位移的保载时间、卸载过程中试样位移的速度、卸载最终目标力的大小、目标力保载的时间及试验循环次数也输入到数据输入及采集程序控制系统7中。
(4)开始对试样8进行拉伸，数据输入及采集程序控制系统7采集传感器10与引伸计5将测量到的试样8所承受的力、应力和应变以及温度计4测得的温度。
在试验时，对试样8加载负荷的过程中，力学试验机1是根据所需试样的应变进行设置，并由应变来控制力学试验机为试样加载的负荷。这是因为试样8由于材质或者内部组织结构不同，在达到相同的应变的情况下，力学试验机1加载的负荷会不同。由于试样8应变过程中会产生位移，可设置试验加载过程中位移变化的速度及达到所需应变后位移保载的时间。加载过程中试样会有温升的现象，等试样恢复到环境温度后，对加载在试样上的负荷进行卸载，卸载过程中是通过设置试样的位移速度及卸载完成时的试验机加载在试样上的最小力(目标力)来完成的。卸载过程中试样会有温降现象，卸载完成后，进行力保载一段时间，等试样恢复到环境温度后，进行该试样的下一个循环的弹热性能测试。
本实施例中，因试验所需的温度在室温以上，所以控温仪6通过加热器3对真空杜瓦容器2内部环境进行升温，就可达到所需的试验温度。本发明的测试装置可最高到573K的试验温度。加热器3为加热电阻、加热片或加热带。在进行4.2K或77k温度的试验时，将液氦或液氮注入到真空杜瓦容器2中，浸泡试样8来达到试验所需的温度。当试验温度要求在4.2K-77K或77K-室温温区内时，先通过用液氦或液氮预冷真空杜瓦容器，再通过控温仪6和加热器3为真空杜瓦容器2内部环境升温，最后通过控温仪6控温以达到所需的试验温度。加热装置可以是加热电阻，加热片或者加热带。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种材料弹热性能测试装置，其特征在于，包括：
真空杜瓦容器，试样放置在所述真空杜瓦容器内并对试样进行保温减少漏热；
控温系统，用来控制所述真空杜瓦容器内的温度，为试样提供所需的环境温度；
力学试验机，在进行材料弹热性能测试过程中，为试样提供负荷及卸载负荷；
数据输入及采集的程序控制系统，该系统通过程序向所述力学试验机输入试验参数，并采集力学试验机传感器和试样处温度计的测试数据；
以及引伸计，用于测量试样的应变。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，当试验温度要求在4.2K或77K环境温度下进行时，通过将液氦或液氮注入到所述真空杜瓦容器中浸泡试样来实现。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述控温系统包括控温仪和加热装置，当试验温度要求4.2K-77K或77K-室温温区进行时，先通过将液氦或液氮注入所述真空杜瓦容器内进行预冷，再通过所述控温仪和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述控温系统包括加热装置，当试验温度要求室温以上至573K温区进行时，通过所述控温仪和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述力学试验机可根据测试时所需的试样应变进行设置，并由应变来控制力学试验机为试样加载的负荷。
6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述数据输入及采集的程序控制系统向力学试验机输入的参数包括：试样所需测试的应变大小、应变过程中的位移速度、达到所需应变后的位移的保载时间、卸载过程中试样位移的速度、卸载最终目标力的大小、目标力保载的时间和试验循环次数。
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