CN111579384A - 一种高温环境金属材料拉伸试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温环境金属材料拉伸试验系统，主要涉及材料的机械性能测试领域。一种高温环境金属材料拉伸试验系统，包括单向拉伸试验机、应变测量系统、温度控制系统与控制终端，所述单向拉伸试验机具有呈垂直对称设置的一对夹头，所述温度控制系统包括电磁感应加热线圈、电控箱、温度监测装置，所述电磁感应加热线圈位于两夹头之间，所述应变测量系统包括DIC相机、辅助照明设备，所述DIC相机朝向试样加热位，所述单向拉伸试验机、电控箱、DIC相机均与控制终端电连接。本发明的有益效果在于：本发明能够便捷、精确测量全场应变，并且精确细致的控制测试系统的温度变化，得到更为精确的高温下材料的力学性能指标数据。
Description
技术领域
本发明主要涉及材料的机械性能测试领域，具体是一种高温环境金属材料拉伸试验系统。
背景技术
单向拉伸试验是工业和材料科学研究中应用最广泛的材料力学性能试验方法之一。通过拉伸试验可以揭示材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失效形式(过量弹性变形、塑性变形和断裂)的特点和基本规律，还可以评定出材料的基本力学性能指标，如屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率等。这些性能指标既是材料在工程应用，构件设计和科学研究等方面的计算依据，也是材料的评定和选用以及加工工艺选择的主要依据。其中高温下金属材料的力学性能也是一项重要的指标。
目前常用的材料高温力学性能试验装置主要有两种，一种是使用环境箱来加热试样，其温度反馈为环境箱内的环境温度，但环境箱内环境温度与试样真正的温度可能有所差距，故而这种系统温度控制实际上是半闭环控制，不够精确。另外由于试样位于环境箱内，应变测量主要有两种方法：一是可在环境箱内放置高温引伸计测量应变，但这种方法无法获取试样变形过程中的全场应变，二是采用一面透明的加热炉与DIC配合，这种方法对设备要求高，而且DIC设备调整困难，精度也较低(因为DIC镜头必须隔着透明隔热介质如玻璃等，带来折射、视角范围缩小等问题)；另一种是Gleeble热模拟试验机，其通过电阻式加热的方式加热试样(即从试样横截面内通过可高达上千安培的电流，并通过电流大小控制试样加热的温度变化)，升、降温速率变化范围广，另外采用热电偶直接测取试样温度，控温准确，但是试样须处于一个密闭空间内，难以配合DIC设备来精确获取试样变形过程中的全场应变。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种高温环境金属材料拉伸试验系统，它能够便捷、精确测量全场应变，并且精确细致的控制测试系统的温度变化，得到更为精确的高温下材料的力学性能指标数据。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种高温环境金属材料拉伸试验系统，包括单向拉伸试验机、应变测量系统、温度控制系统与控制终端，所述单向拉伸试验机具有呈垂直对称设置的一对夹头，所述温度控制系统包括电磁感应加热线圈、电控箱、温度监测装置，所述电磁感应加热线圈包括平行设置的来线与去线，所述来线与去线顶部一侧相连接，所述来线与去线之间为试样加热位，所述电磁感应加热线圈位于两夹头之间，所述电控箱与电磁感应线圈串联，所述温度监测装置与电控箱电连接，所述应变测量系统包括DIC相机、辅助照明设备，所述DIC相机朝向试样加热位，所述单向拉伸试验机、电控箱、DIC相机均与控制终端电连接。
所述温度监测装置为红外热像仪，所述红外热像仪朝向试样加热位的背部。
所述DIC相机具有两个，两个所述DIC相机对称设置在试样加热位的两侧。
所述控制终端为电脑。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
1、本装置的电磁感应线圈采用两对称设置的来线与去线的结构，使得试样的被拉伸表面连贯的暴露在DIC相机下，且通过电磁感应线圈进行加热，加热范围小，除被加热试样外，其他装置均处于室温环境，因此也无需封闭环境，使用DIC相机可更为精确的检测到材料在高温下的各项力学性能指标数据。
2、本装置温度控制系统的温度反馈是由红外热像仪直接测取试样温度，所以本发明所涉及的温度控制系统实现了真正意义上的全闭环控制，控温精确，且基本不受环境温度的影响。
附图说明
附图1是本发明俯视结构示意图；
附图2是本发明电磁感应加热线圈结构示意图。
附图中所示标号：1、单向拉伸试验机；2、应变测量系统；3、温度控制系统；4、控制终端；5、电磁感应加热线圈；6、电控箱；7、温度检测装置；8、DIC相机；9、辅助照明设备；51、来线；52、去线；53、试样加热位；54、试样。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1-2所示，本发明所述一种高温环境金属材料拉伸试验系统，包括单向拉伸试验机1、应变测量系统2、温度控制系统3与控制终端4，所述单向拉伸试验机1具有呈垂直对称设置的一对夹头，夹头对试样进行夹持，对试样进行拉伸从而获得再和、位移等数据。所述温度控制系统3包括电磁感应加热线圈5、电控箱6、温度监测装置7，所述电磁感应加热线圈5包括平行设置的来线51与去线52，所述来线51与去线52顶部一侧相连接，所述来线51与去线52之间为试样加热位53，所述电磁感应加热线圈5位于两夹头之间，试样即在两夹头的装夹下位于试样加热位内，来线与去线通交流电，产生交变强磁场对试样进行加热。电磁感应加热线圈的该种结构，使得试样的正面与背面均无遮挡，以便DIC相机的观测。所述电控箱6与电磁感应线圈5串联，所述温度监测装置7与电控箱6电连接，温度检测装置可实时对试样的温度进行检测并反馈给电控箱，电控箱将温度检测装置测取的温度与目标温度进行比较，进而调节电磁感应加热线圈功率大小，实现温度的实时反馈与调节。电磁感应加热线圈、温度监测装置以及电控箱组成一个闭环温度控制系统，可精确控制试样温度，并可在一定范围内精确调节试样升降温速率。所述应变测量系统2包括DIC相机8、辅助照明设备9，所述DIC相机8与辅助照明设备均通过三脚架进行支撑，DIC相机与辅助照明设备的高度与位置均可调节。所述DIC相机8朝向试样加热位53以获取高温环境下试样变形过程中的全场应变数据，试样正面需制作散斑用于DIC装置测量应变。所述单向拉伸试验机1、电控箱6、DIC相机8均与控制终端4电连接。所述控制终端用于收集记录单向拉伸试验机1的试样拉伸载荷、位移等数据，并记录温度检测装置测得的温度历程，同时记录DIC相机获得的试样变形过程中的全场应变数据，并通过控制终端设置单向拉伸试验机以及DIC相机的试验程序。本装置通过电磁感应线圈进行加热，加热范围小，除被加热试样外，其他装置均处于室温环境，因此也无需封闭环境，使用DIC相机可更为精确的检测到材料在高温下的各项力学性能指标数据。
具体的，所述温度监测装置7为红外热像仪，所述红外热像仪朝向试样的背部，试样背部涂抹覆盖耐高温石墨漆用于红外热像仪测量温度。通过红外热成像仪可以在不接触试样的前提下准确地对试样加热温度进行检测，减少了试样拉伸过程中的外部干扰。
具体的，所述DIC相机8具有两个，两个所述DIC相机8对称设置在试样加热位53的两侧。两台DIC相机同时工作，从而完整测试到试样X、Y、Z方向的应变数据。
具体的，所述控制终端4为电脑。
具体的，本发明的测试系统适用于任何金属材料，只需将金属材料制作为合适的试样尺寸，并在电控箱设置好温度历程，其包括加热温度、加热时间、升降温速率(自定义温度-时间曲线)；在单向拉伸试验机设定好试验程序及相关控制参数，从而可以完成任意金属材料的测试。
具体的，本装置中的电磁感应加热线圈可以根据不同标准或非标准试样的形状、规格而定制、更换，以满足测试所需。
Claims (4)
1.一种高温环境金属材料拉伸试验系统，其特征在于，包括单向拉伸试验机(1)、应变测量系统(2)、温度控制系统(3)与控制终端(4)，所述单向拉伸试验机(1)具有呈垂直对称设置的一对夹头，所述温度控制系统(3)包括电磁感应加热线圈(5)、电控箱(6)、温度监测装置(7)，所述电磁感应加热线圈(5)包括平行设置的来线(51)与去线(52)，所述来线(51)与去线(52)顶部一侧相连接，所述来线(51)与去线(52)之间为试样加热位(53)，所述电磁感应加热线圈(5)位于两夹头之间，所述电控箱(6)与电磁感应线圈(5)串联，所述温度监测装置(7)与电控箱(6)电连接，所述应变测量系统(2)包括DIC相机(8)、辅助照明设备(9)，所述DIC相机(8)朝向试样加热位(53)，所述单向拉伸试验机(1)、电控箱(6)、DIC相机(8)均与控制终端(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温环境金属材料拉伸试验系统，其特征在于：所述温度监测装置(7)为红外热像仪，所述红外热像仪朝向试样加热位(53)的背部。
3.根据权利要求1所述的一种高温环境金属材料拉伸试验系统，其特征在于：所述DIC相机(8)具有两个，两个所述DIC相机(8)对称设置在试样加热位(53)的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种高温环境金属材料拉伸试验系统，其特征在于：所述控制终端(4)为电脑。
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