CN108918257A - 一种用于Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，包括万能试验机、拉伸机、上夹具、下夹具、盲孔凹槽四部分，所述万能试验机固定上下夹具的两端，拉伸机夹紧固定上、下夹具，所述上、下夹具位于拉伸夹具的中间，上、下夹具内有盲孔凹槽，通过卡合或者铰链的方式连接，上、下夹具间距可通过两端的拉伸机来调节。本发明装置适用于总长在5‑30mm之间的所有种类Al及Al合金微型试样的拉伸，可以为微型试样提供准确的拉伸性能。

Description

一种用于Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具
技术领域
本发明涉及金属材料的力学性能测试领域，尤其涉及一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具。
背景技术
拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料力学性能的测试方法，试验得到的数据可以用来确定材料的弹性极限、弹性模量、比例极限、屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率等拉伸性能指标，尤其是可以获得材料的拉伸曲线，使得科研工作者对材料力学性能有更直观的认识，为新材料的研发提供数据支持。
Al及Al合金密度低，耐蚀性好，被广泛应用到人类的日常生活中，尤其是航空航天和汽车领域。随着科学技术的发展，人们对Al及Al合金提出了更高的性能要求，先进Al及Al合金的研发已成为材料领域的一个热点。由于Al及Al合金主要应用于结构材料，所以在研发过程中最重要的一个指标就是拉伸性能，但是在研发新材料的过程中，并不能一开始就能成功制备出尺寸较大的块体，比如具有纳米晶结构的Al及Al合金；又或者是受限于材料制备工艺，比如轧制板材的厚度方向的尺寸就非常小。如何准确地检测这些微型试样的拉伸性能尤其是能提供精准的拉伸曲线就显得非常重要。
目前广泛使用的拉伸设备并不能很好地测试微型试样，其引伸计测量范围大多在10mm以上，加上要有一大段的加持段，使得很多样品并不能使用引伸计得到应力-应变曲线，就造成要寻找更精密的拉伸机并配备激光引伸计，目前这种精密仪器并不常见，且测试费用高昂，给先进Al及Al合金的研发带来了很大不便。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种一种用于Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具。可以克服微型试样不易拉伸的问题，准确地获得准确的应力-位移曲线，此曲线可以排除因拉伸机其它部位的匹配而造成的误差，正确地了解材料力学性能。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是利用Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，克服微型试样不易拉伸的问题，获得如下效果：对于平行段长度可以达到拉伸机引伸计使用范围，而因加持段太短造成无法加持或者加持不紧的微型试样，可以采用此夹具，准确获得应力-应变曲线；对于平行段长度短于拉伸机引伸计使用范围的或者极其微小而不易加持的微型试样，可以使用此夹具，将引伸计卡在夹具上，以获得准确的应力-位移曲线，此曲线可以排除因拉伸机其它部位的匹配而造成的误差，比应力-横梁位移曲线更加接近材料的本征值。为实现上述目的，本发明提供了一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，包括万能试验机、拉伸机、上夹具、下夹具、盲孔凹槽四部分，所述万能试验机固定上下夹具的两端，拉伸机夹紧固定上、下夹具，所述上、下夹具位于拉伸夹具的中间，上、下夹具内有盲孔凹槽，通过卡合或者铰链的方式连接，上、下夹具间距可通过两端的拉伸机来调节。
进一步地，所述上、下夹具对称，上下夹具的一端固定在万能试验机上，另一端设有凹槽。
进一步地，所述凹槽为盲孔凹槽，凹槽深度为夹具厚度的一半。
进一步地，所述上、下夹具的凹槽缝隙宽度为试样平行段宽度。
进一步地，所述凹槽的圆弧面与试样的平行段和加持段下表面分别相切，凹槽圆弧面的半径和试样加持段与平行段的过渡圆弧相匹配。
进一步地，所述拉伸机带有固有的拉伸装置，用来固定夹紧上下夹具。
进一步地，所述上下夹具的间距可调节，调节范围为5-30mm。
进一步地，所述拉伸机可以通过专用软件来操控和调节。
进一步地，所述拉伸机可以通过专用软件调节拉伸速率和应力阈值。
进一步地，所述上下夹具和盲孔凹槽一体成型。
由此可见，本发明采用Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，克服微型试样不易拉伸的问题。准确地获得准确的应力-位移曲线，正确地了解材料力学性能。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的用于Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具总体示意图；
图2是本发明的实施例一的铝合金微型试样的尺寸图；
图3是本发明的实施例一的铝合金微型试样应用拉伸夹具得到的应变-应力曲线；
图4是本发明的实施例二的铝合金微型试样的尺寸图；
图5是本发明的实施例二的铝合金微型试样应用拉伸夹具得到的应变-应力曲线；
其中，1-拉伸机固有夹紧装置，2-上夹具，3-盲孔凹槽，4-下夹具。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例一
本发明是如图1所述的Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，是对现有夹具的的改进，可以克服微型试样不易拉伸的问题。测试所用拉伸试样是Al-4.5wt.％Cu合金，微型拉伸试样的尺寸如图2所示，根据试样尺寸设计夹具的凹槽各部分尺寸，使用Cr12MoV冷作模具钢加工出图1所示的上夹具和下夹具；利用拉伸机固有的夹紧装置，将上下夹具分别固定在拉伸机上，并保持上下夹具对中；调节拉伸机横梁的位置，使得上下夹具的间距稍微小于微型试样平行段的长度，方便下一步将试样装进夹具；用镊子将微型试样装进夹具，直到试样碰到盲孔凹槽的底端，往上调节拉伸机横梁的位置，使得上夹具的位置上移，调节引伸计的位置，使其可以分别卡在微型试样的平行段两端；点击开始进行拉伸实验，直到微型试样断裂，得到其应力-应变曲线，如图3所示。
实施例二
测试所用拉伸试样是Al-4.5wt.％Cu合金，微型拉伸试样的尺寸如图4所示，根据试样尺寸设计夹具的凹槽各部分尺寸，使用Cr12MoV冷作模具钢加工出图1所示的上夹具和下夹具；利用拉伸机固有的夹紧装置，将上下夹具分别固定在拉伸机上，并保持上下夹具对中；调节拉伸机横梁的位置，使得上下夹具的间距稍微小于微型试样平行段的长度，方便下一步将试样装进夹具；用镊子将微型试样装进夹具，直到试样碰到盲孔凹槽的底端，往上调节拉伸机横梁的位置，使得上夹具的位置上移，调节引伸计的位置，使其可以对称地卡在上夹具和下夹具上；通过拉伸机专用软件设置参数，点击开始进行拉伸实验，直到微型试样断裂，得到其应力-位移曲线，如图5所示，由于引伸计卡在了试样附近的夹具上，且夹具所用材料的弹性模量和屈服强度远高于Al-4.5wt.％Cu合金，所以变形主要发生在所测试样的平行段，而且这样可以排除仪器其它部分的匹配误差，比应力-横梁位移曲线更能准确地反应材料的拉伸性能。
实施例三
用镊子将微型试样装进夹具，直到试样碰到盲孔凹槽的底端，往上调节拉伸机横梁的位置，使得上夹具的位置上移，直到微型试样产生一个5MPa的预应力；将引伸计调节到其最小使用值10mm，并调节引伸计的位置，使其可以分别卡在微型试样的平行段两端；通过拉伸机专用软件设置参数：输入微型试样平行段的宽度3mm和厚度2mm，输入拉伸速率0.3mm/min，设置引伸计开始计数的应力阈值10MPa。
实施例四
用镊子将微型试样装进夹具，直到试样碰到盲孔凹槽的底端，往上调节拉伸机横梁的位置，使得上夹具的位置上移，直到微型试样产生一个5MPa的预应力，将引伸计调节到其最小使用值10mm，并调节引伸计的位置，使其可以对称地卡在上夹具和下夹具上，通过拉伸机专用软件设置参数：输入微型试样平行段的宽度1.5mm和厚度1mm，输入拉伸速率0.075mm/min，设置引伸计开始计数的应力阈值20MPa；然后进行拉伸实验直到微型试样断裂，得到其应力-位移曲线。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，包括万能试验机、拉伸机、上夹具、下夹具、盲孔凹槽四部分，其特征在于，所述万能试验机固定上下夹具的两端，拉伸机夹紧固定上、下夹具，所述上、下夹具位于拉伸夹具的中间，上、下夹具内有盲孔凹槽，通过卡合或者铰链的方式连接，上、下夹具间距可通过两端的拉伸机来调节。
2.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述上、下夹具对称，上下夹具的一端固定在万能试验机上，另一端设有凹槽。
3.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述凹槽为盲孔凹槽，凹槽深度为夹具厚度的一半。
4.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述上、下夹具的凹槽缝隙宽度为试样平行段宽度。
5.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述凹槽的圆弧面与试样的平行段和加持段下表面分别相切，凹槽圆弧面的半径和试样加持段与平行段的过渡圆弧相匹配。
6.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述拉伸机带有固有的拉伸装置，用来固定夹紧上下夹具。
7.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述上下夹具的间距可调节，调节范围为5-30mm。
8.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述拉伸机可以通过专用软件来操控和调节。
9.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述拉伸机可以通过专用软件调节拉伸速率和应力阈值。
10.如权利要求1所述的一种Al及Al合金片状微型试样的拉伸夹具，其特征在于，所述上下夹具和盲孔凹槽一体成型。
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