CN113390720B - 用于x射线衍射实验的离线式原位拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其包括：加载组件，加载组件包括支架和拉伸驱动组件；拉伸组件，拉伸组件可拆卸地设置在支架上，拉伸组件包括沿长度方向对称设置的两个拉伸模块，两个拉伸模块用于拉伸测试件，测试件固定在两个拉伸模块的表面，拉伸驱动组件与两个拉伸模块驱动连接，以使两个拉伸模块同步相向或反向移动。通过本发明提供的技术方案，能够解决X射线衍射实验原位拉伸的技术问题。

Description

用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置

技术领域

本发明涉及材料微观结构与力学性能测试技术领域，具体而言，涉及一种用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置。

背景技术

随着科技进步，装备制造业对航空航天、轨道交通、汽车轻量化等工程材料的性能要求越来越高。众所周知，材料的微观组织决定其宏观性能，要突破材料的使用瓶颈必须找到微观组织与宏观性能的对应关系，这将涉及到工程材料众多复杂的机理性问题。

为进一步研究材料的性能与结构之间的关系，通常需要对材料进行原位测试。对材料进行原位拉伸实验时，通常采用拉伸装置对材料进行拉伸，并对拉伸后的材料进行X射线衍射测试表征。

目前常用的原位拉伸装置通常包括一体化设计的加载组件和拉伸组件，对测试件进行拉伸实验时，将测试件放置到拉伸组件上，在加载组件的驱动作用下，拉伸组件对测试件进行拉伸，在X射线衍射测试时，需把拉伸组件和加载组件一起放置到X射线衍射仪样品台上，由于加载组件和拉伸组件一体化设计，只能单人次开展实验，测试效率较低，装置使用范围和适应性差。由于样品放置于拉伸组件中间位置，X射线容易被遮挡而无法开展X射线织构测试试验。

发明内容

本发明提供一种用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，以解决现有技术中的拉伸装置无法适应X射线衍射实验的问题。

本发明提供了一种用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，离线式原位拉伸装置包括：加载组件，加载组件包括支架和拉伸驱动组件；拉伸组件，拉伸组件可拆卸地设置在支架上，拉伸组件包括沿长度方向对称设置的两个拉伸模块，两个拉伸模块用于拉伸测试件，测试件固定在两个拉伸模块的表面，拉伸驱动组件与两个拉伸模块驱动连接，以使两个拉伸模块同步相向或反向移动。

进一步地，拉伸组件还包括拉伸丝杠，拉伸丝杠具有第一螺纹段和第二螺纹段，第一螺纹段的螺纹方向与第二螺纹段的螺纹方向不同，第一螺纹段和第二螺纹段分别设置在拉伸丝杠的两侧，每个拉伸模块包括：螺母套，与拉伸丝杠螺纹连接；支撑部，与螺母套固定连接，支撑部与螺母套同步移动，支撑部用于放置测试件；夹紧部，设置在支撑部上，夹紧部用于将测试件固定在支撑部上；其中，一个拉伸模块的螺母套与第一螺纹段螺纹连接，另一个拉伸模块的螺母套与第二螺纹段螺纹连接。

进一步地，夹紧部套设在支撑部的远离另一个拉伸模块的一端，支撑部具有相对设置的顶面和底面，测试件部分位于夹紧部与顶面之间，拉伸模块还包括紧固件，紧固件穿过夹紧部并与支撑部的底面连接。

进一步地，支撑部包括相互独立的内拉伸块和外拉伸块，内拉伸块靠近另一个拉伸模块设置，内拉伸块和外拉伸块均与螺母套固定连接，内拉伸块的上表面低于外拉伸块的上表面，夹紧部与外拉伸块配合连接，以将测试件固定在夹紧部与外拉伸块之间，拉伸模块还包括测力件，测力件设置在内拉伸块和外拉伸块之间，测力件用于检测拉力数据。

进一步地，拉伸组件还包括安装座，安装座固定设置在两个拉伸模块的外拉伸块的底部，安装座具有限位槽和连接孔，限位槽用于与支架配合限位，连接孔用于与检测仪器连接固定。

进一步地，拉伸组件的最高点与测试件表面的中心点的连线为入射线，入射线与水平面的夹角小于或等于4°。

进一步地，离线式原位拉伸装置还包括：位移检测件，位移检测件用于检测两个拉伸模块的相对位移量。

进一步地，离线式原位拉伸装置还包括：底座，支架可移动地设置在底座上；推动组件，推动组件与支架驱动连接，推动组件用于驱动支架在底座上移动，支架在底座上具有相对设置的初始位置和工作位置，当支架处于工作位置时，拉伸驱动组件与拉伸组件驱动连接，当支架处于初始位置时，拉伸驱动组件与拉伸组件分离。

进一步地，推动组件包括：推动电机；推动丝杠，推动电机与推动丝杠驱动连接；推动螺母，设置在推动丝杠上，并与推动丝杠螺纹连接；驱动架，可移动地设置在底座上，推动丝杠穿设在驱动架上，推动螺母与驱动架连接，推动电机通过推动丝杠和推动螺母配合以驱动驱动架移动，驱动架用于驱动支架移动。

进一步地，拉伸驱动组件包括：拉伸驱动电机；拉伸传动组件，拉伸驱动电机与拉伸传动组件驱动连接；拉伸轴，拉伸轴具有相对设置的连接端和驱动端，连接端用于与拉伸传动组件连接，驱动端用于与拉伸丝杠的端部驱动连接，拉伸驱动电机通过拉伸轴以带动拉伸丝杠转动。

进一步地，推动组件还包括：支撑轴，设置在驱动架上，支撑轴位于拉伸丝杠的一侧，拉伸轴位于拉伸丝杠的另一侧，支撑轴用于与拉伸丝杠的端部连接。

进一步地，离线式原位拉伸装置还包括复位件，设置在底座和支架之间，推动组件用于驱动支架由初始位置移动至工作位置，复位件用于驱动支架由工作位置返回至初始位置。

进一步地，拉伸轴的驱动端具有连接孔，拉伸丝杠与驱动端连接的一端为多边形结构，连接孔与拉伸丝杠的端部对应设置，拉伸丝杠与连接孔配合连接，离线式原位拉伸装置还包括：定位组件，用于检测拉伸丝杠与连接孔的偏转角度；控制器，控制器分别与定位组件以及拉伸驱动电机电连接。

应用本发明的技术方案，表征测试件在拉伸作用下微观结构的演变特征时，将拉伸组件装配在支架上，并将测试件固定在两个拉伸模块上，之后启动拉伸驱动组件，拉伸驱动组件驱动两个拉伸模块同步反向移动，测试件在两个拉伸模块的作用下被拉伸。之后将被拉伸的测试件和拉伸组件整体从支架上取下，由于拉伸组件整体结构小，可以将其固定在X射线衍射仪器上，以对测试件的微观结构进行表征。在检测仪器工作的过程中，可以取出另一组拉伸组件装配至支架上，并将其它测试件固定至另一组拉伸组件上，对其它测试件进行拉伸实验。上述装置可以通过一个加载组件与多个拉伸组件的搭配方式，进行拉伸和测试，利用上述装置不仅能够满足X射线衍射仪器的测试需要，还能够提高装置适应性，提高拉伸效率和测试效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例提供的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的拉伸组件的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的拉伸组件的底面的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的拉伸模块的爆炸示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的拉伸组件的爆炸图；

图6示出了本发明实施例提供的拉伸组件与支架配合的爆炸图；

图7示出了本发明实施例提供的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置的另一个视角的结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置的主视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、支架；110、安装槽；111、下段；112、中段；113、上段；

12、拉伸驱动组件；121、拉伸驱动电机；122、拉伸传动组件；123、拉伸轴；

21、拉伸模块；211、螺母套；212、支撑部；2121、内拉伸块；2122、外拉伸块；2123、抵接凸台；213、夹紧部；2131、定位孔；2141、紧固螺栓；2142、顶丝；215、测力件；216、卡接槽；2161、封堵部；217、卡接部；2171、安装腔；2181、插接孔；2182、插接块；2183、固定件；

22、拉伸丝杠；

23、安装座；231、限位槽；232、连接孔；

30、位移检测件；

40、底座；41、支撑板；

51、推动电机；52、推动丝杠；53、推动螺母；54、驱动架；541、下部；5411、主体部；5412、嵌入部；542、中部；543、上部；55、支撑轴；

61、复位件；62、固定座；

71、定位组件；

1、测试件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其包括加载组件和拉伸组件。其中，加载组件包括支架11和拉伸驱动组件12。拉伸组件可拆卸地设置在支架11上，拉伸组件包括沿长度方向对称设置的两个拉伸模块21，两个拉伸模块21用于拉伸测试件1，测试件1固定在两个拉伸模块21的表面，拉伸驱动组件12与两个拉伸模块21驱动连接，以使两个拉伸模块21同步相向或反向移动。将测试件1固定在两个拉伸模块21的表面可以减少对X射线的遮挡，保证X射线衍射试验的正常进行。

应用本申请提供的装置，在表征测试件1在拉伸作用下微观结构的演变特征时，将拉伸组件装配在支架11上，并将测试件1固定在两个拉伸模块21上，之后启动拉伸驱动组件12，拉伸驱动组件12驱动两个拉伸模块21同步反向移动，测试件1在两个拉伸模块21的作用下被拉伸。之后将被拉伸的测试件1和拉伸组件整体从支架11上取下，并放置到检测仪器上，以对测试件1的微观结构进行表征。在检测仪器工作的过程中，可以取出第二组拉伸组件装配至支架11上，并将第二组测试件1固定至第二组拉伸组件上，对第二个测试件1进行拉伸实验。重复上述操作，使得在检测仪器对某个测试件1进行测试的过程中，可以对其他测试件1进行拉伸实验。与传统的原位拉伸装置相比，本申请提供的原位拉伸装置可实现测试件1拉力加载过程与测试件1测试过程的分离，并且能够实现一套加载组件对应多套拉伸组件，如此设置，既可降低原位拉伸装置的加工成本，也可实现同步展开多组实验，提高拉伸和测试效率。

由于拉伸组件的离线设计，可通过单个加载组件配备多个拉伸组件，实现同时多人开展多项实验，例如A研究人员可对某组测试件1进行热处理后进行拉伸，而B研究人员可对另一组测试件1进行腐蚀操作后进行拉伸，所有实验人员互不影响。

X射线衍射（XRD）实验是探索材料微观结构例如晶格常数、第二相、晶体生长取向等问题的重要测试技术，能够解决工程材料重大顽疾突破卡脖子技术。由于上述拉伸装置与传统的原位拉伸装置相比，能够保证测试件1的测试面积，使得通过上述原位拉伸装置拉伸后的测试件1不仅可以进行扫描电镜实验，也可进行X射线衍射物相测试和织构测试。通过采用上述拉伸装置，能够利用X射线衍射仪器对同一测试件1在不同的拉力作用下的结构参数进行表征，使其获取的数据具有可信性强的特点，能有力推进学术前沿问题的研究，也有利于新材料的开发和工程应用的升级，对材料科学的发展有重大意义。

如图2所示，拉伸组件还包括拉伸丝杠22，拉伸丝杠22具有第一螺纹段和第二螺纹段，第一螺纹段的螺纹方向与第二螺纹段的螺纹方向不同，第一螺纹段和第二螺纹段分别设置在拉伸丝杠22的两侧。每个拉伸模块21包括螺母套211、支撑部212和夹紧部213，螺母套211与拉伸丝杠22螺纹连接；支撑部212与螺母套211固定连接，支撑部212与螺母套211同步移动，支撑部212用于放置测试件1；夹紧部213设置在支撑部212上，用于将测试件1固定在支撑部212上。其中，一个拉伸模块21的螺母套211与第一螺纹段螺纹连接，另一个拉伸模块21的螺母套211与第二螺纹段螺纹连接。通过在拉伸丝杠22上设置螺纹方向不同的第一螺纹段和第二螺纹段，这样可以只通过驱动一个拉伸丝杠22即可实现两个拉伸模块21同步相向或反向移动，如此能够在保证同步运动的同时简化装置结构，降低装置生产成本。

将测试件1固定在拉伸组件上后，拉伸驱动组件12驱动拉伸丝杠22转动，拉伸丝杠22转动驱动两个螺母套211带动两个支撑部212同步反向移动，实现对测试件1的拉伸。拉伸丝杠22具有自锁的功能，能够保证在停止对测试件1进行拉伸后，螺母套211以及支撑部212的稳定性，避免出现在停止拉伸时支撑部212随螺母套211移动的情况，保证对测试件1夹持的稳定性，进而能够保证对测试件1测试的准确性。

具体地，拉伸组件包括两个平行设置的拉伸丝杠22，两个拉伸模块21均位于两个拉伸丝杠22之间，并沿拉伸丝杠22的长度方向分布。每个拉伸模块21包括两个螺母套211，其中一个拉伸模块21的两个螺母套211与两个拉伸丝杠22一一对应设置，并分别与两个拉伸丝杠22的第一螺纹段螺纹连接，另一个拉伸模块21的两个螺母套211与两个拉伸丝杠22一一对应设置，并分别与两个拉伸丝杠22的第二螺纹段螺纹连接。支撑部212的底面与支架11的顶面抵接，且两个拉伸丝杠22均凸出于支架11设置，如此设置，能够避免支架11对拉伸丝杠22的转动造成干涉，保证支撑部212移动的顺畅性。通过上述结构，通过转动拉伸丝杠22，即可驱动支撑部212在支架11上移动，实现对测试件1的拉伸。两个拉伸丝杠22的设置，能够进一步提高螺母套211的移动精度，进而能够保证测试件1拉伸的长度精度，保证测试结果的精确性。

具体地，夹紧部213套设在支撑部212的远离另一个拉伸模块21的一端，支撑部212具有相对设置的顶面和底面，测试件1部分位于夹紧部213与顶面之间，拉伸模块21还包括紧固件，紧固件穿过夹紧部213并与支撑部212的底面连接。通过采用上述技术方案，将测试件1的端部放置到夹紧部213与顶面之间，之后，通过紧固件对支撑部212以及夹紧部213进行固定，以实现对测试件1的固定。在上述方案中，利用夹紧部213对测试件1进行固定，并将紧固件设置在夹紧部213的下方，这样能够避免紧固件的顶端凸出于夹紧部213，进而在测试件1进行测试过程中，能够避免由于在夹紧部213的顶端具有凸起结构而引起的X射线被遮挡的问题。通过本申请提供的装置，能够实现对测试件1进行X射线衍射低角度测试，如此能够扩大X射线的衍射范围，提高数据检测准确性，为改良材料性能提供数据支持。

如图3所示，支撑部212的底面开设有螺纹孔，紧固件包括紧固螺栓2141，紧固螺栓2141穿过夹紧部213并伸入到螺纹孔内，紧固螺栓2141与夹紧部213螺纹连接。紧固件还包括顶丝2142，顶丝2142沿紧固螺栓2141的外周环形间隔设置有6个，顶丝2142的一端依次穿过夹紧部213和支撑部212并与测试件1的底面抵接，顶丝2142与支撑部212螺纹连接。这样能够通过紧固螺栓2141对夹紧部213施加向下的压力，通过顶丝2142对测试件1施加向上的压力，如此能够将测试件1固定在夹紧部213与支撑部212之间。通过上述结构，既能保证紧固螺栓2141和顶丝2142对测试件1固定的稳定性，也能够保证测试件1受力的均匀性，避免对测试件1拉伸过程中，测试件1发生偏移的情况，进而能够保证测试结果的精确性。

其中，支撑部212可以为一体结构，也可设置为分体结构。如图3和图4所示，支撑部212包括相互独立的内拉伸块2121和外拉伸块2122，内拉伸块2121靠近另一个拉伸模块21设置，内拉伸块2121和外拉伸块2122均与螺母套211固定连接，内拉伸块2121的上表面低于外拉伸块2122的上表面，这样可以避免测试件1与内拉伸块2121接触。夹紧部213与外拉伸块2122配合连接，以将测试件1固定在夹紧部213与外拉伸块2122之间，拉伸模块21还包括测力件215，测力件215设置在内拉伸块2121和外拉伸块2122之间，测力件215用于检测拉力数据。通过采用上述技术方案，外拉伸块2122通过紧固螺栓2141和顶丝2142与夹紧部213配合连接，使测试件1的端部固定在夹紧部213与外拉伸块2122之间。对测试件1进行拉伸的过程中，内拉伸块2121、测力件215以及外拉伸块2122同步移动，此时，外拉伸块2122受到测试件1对其产生的拉力，该拉力的方向与其移动方向相反，这样可以通过测力件215检测该拉力值。具体地，可以将测力件215与拉伸驱动组件12电连接，当测力件215检测的拉力值与预设值相等时，测力件215将该信号反馈至拉伸驱动组件12，拉伸驱动组件12停止驱动拉伸丝杠22转动。通过上述结构能够使离线式原位拉伸装置实现对测试件1的定拉力拉伸实验，进一步提升拉伸测试的适应性。

如图3和图4所示，夹紧部213具有沿拉伸丝杠22的长度方向延伸的通孔，外拉伸块2122沿拉伸丝杠22的长度方向延伸，且外拉伸块2122一端位于通孔内，外拉伸块2122的另一端的具有环形设置抵接凸台2123，抵接凸台2123与夹紧部213的靠近内拉伸块2121的一端的端面抵接。外拉伸块2122的靠近内拉伸块2121的端面设置有卡接槽216，内拉伸块2121的靠近卡接槽216的一端设置有卡接部217，卡接部217与卡接槽216卡接配合。卡接部217的靠近卡接槽216的一端设置有安装腔2171，测力件215设置在安装腔2171内，卡接槽216内设置有封堵部2161，封堵部2161伸入到安装腔2171内并与安装腔2171卡接配合。以通过封堵部2161与测力件215抵接，将测力件215固定在安装腔2171内。

如图4和图5所示，内拉伸块2121和外拉伸块2122可拆卸连接，且内拉伸块2121和外拉伸块2122均与螺母套211可拆卸连接。具体地，外拉伸块2122和内拉伸块2121的靠近螺母套211的侧壁均开设有插接孔2181，螺母套211的周面设置有插接块2182，插接块2182和插接孔2181插接配合，且插接块2182和内拉伸块2121之间设置有固定件2183，插接块2182和内拉伸块2121通过固定件2183实现对内拉伸块2121和螺母套211的配合固定。外拉伸块2122的靠近内拉伸块2121的端面开设有导向孔，内拉伸块2121的靠近外拉伸块2122的端面设置有导向柱，导向柱与导向孔插接配合。上述设置，能够方便拉伸组件的拆装，并且可通过更换不同厚度的内拉伸块2121和外拉伸块2122，以实现对不同厚度的样品进行测试，进而能够进一步提升离线式原位拉伸装置的适应性。

进一步地，外拉伸块2122的顶面和夹紧部213通孔的顶壁均设置有防滑结构，可选地，防滑结构可以为摩擦垫，也可设置为防滑纹路。本实施例中，将外拉伸块2122的顶面和通孔的顶壁进行打磨，形成防滑结构。防滑结构的设置，能够增加测试件1与外拉伸块2122与夹紧部213之间的摩擦力，保证外拉伸块2122与夹紧部213对测试件1固定的稳定性，保证对测试件1的拉伸精度。

进一步地，夹紧部213的顶面开设有定位孔2131，定位孔2131与通孔连通设置。对测试件1进行拉伸测试前，通过定位孔2131对测试件1进行标记，拉伸结束后，检测标记点与定位孔2131是否对正，若标记点与定位孔2131对正，则认为测试件1在拉伸过程中没有发生位移，继续对测试件1进行X射线衍射实验；若标记点与定位孔2131发生偏移，则认为测试件1在拉伸过程中发生位移，需要重新选取测试件1进行拉伸测试。定位孔2131的设置，能够及时监测测试件1的位置，便于测试人员观察测试件1是否发生偏移，保证测试件1的拉伸精度，保证测试结果的精确性。

如图6所示，拉伸组件还包括安装座23，安装座23固定设置在两个拉伸模块21的外拉伸块2122的底部，安装座23具有限位槽231和连接孔232，限位槽231用于与支架11配合限位，连接孔232用于与检测仪器连接固定。如此设置，既能够方便将拉伸组件安装在支架11上，也能够方便将拉伸组件安装在检测仪器上，保证拉伸组件在支架11上以及在检测仪器上的安装精度以及顺畅性。具体地，安装座23沿两个拉伸模块21的排布方向相对设置有两个，安装座23为C形结构，且两个安装座23的开口相对设置，两个安装座23之间的空间形成限位槽231。安装座23具有相对设置的两个内侧壁，安装座23的两个内侧壁分别与支架11的两个侧壁抵接。

进一步地，拉伸组件的最高点与测试件1表面的中心点的连线为入射线，入射线与水平面的夹角小于或等于4°。具体地，拉伸组件的最高点位于夹紧部213的顶面，且夹紧部213的顶面与测试件1的表面之间的高度差小于或等于2.1㎜。如此设置，能够避免测试件1在测试的过程中，X射线被夹紧部213遮挡，以实现对测试件1进行X射线衍射低角度测试，扩大X射线的衍射范围，提高数据的准确性。

如图6和图7所示，离线式原位拉伸装置还包括位移检测件30，位移检测件30用于检测两个拉伸模块21的相对位移量。对测试件1进行定量位移拉伸时，两个内拉伸块2121同步反向移动，直至内拉伸块2121移动至预设的位移量，位移检测件30检测到内拉伸块2121的位移量并反馈给拉伸驱动组件12，拉伸驱动组件12停止驱动动作，内拉伸块2121停止继续移动。位移检测件30的设置，能够使得离线式原位拉伸装置实现定量位移拉伸动作，提升离线式原位拉伸装置的适应性。本实施例中，支架11的顶面具有U型的安装槽110，且支架11的长度方向与两个拉伸模块21的连线方向相同，位移检测件30为位移探测器，位移探测器设置在安装槽110内，并位于拉伸组件的下方，位移探测器用于检测内拉伸块2121的位移量且位移探测器与拉伸驱动组件12电连接。如此设置，能够保证离线式原位拉伸装置的整体的结构的紧凑性，同时也能够保证位移探测器对内拉伸块2121的位移量测试的精确度。

如图7和图8所示，离线式原位拉伸装置还包括底座40和推动组件，支架11可移动地设置在底座40上；推动组件与支架11驱动连接，推动组件用于驱动支架11在底座40上移动，支架11在底座40上具有相对设置的初始位置和工作位置，当支架11处于工作位置时，拉伸驱动组件12与拉伸组件驱动连接，当支架11处于初始位置时，拉伸驱动组件12与拉伸组件分离。当支架11处于初始位置时，将拉伸组件安装至支架11上，然后启动推动组件，推动组件驱动支架11移动至工作位置。如此设置，能够实现拉伸组件与拉伸驱动组件12的快速精准对位，提高装配的精度以及便捷性。

如图7和图8所示，推动组件包括推动电机51、推动丝杠52、驱动架54和推动螺母53。其中，推动电机51与推动丝杠52驱动连接，推动螺母53设置在推动丝杠52上，并与推动丝杠52螺纹连接。驱动架54可移动地设置在底座40上，推动丝杠52穿设在驱动架54上，推动螺母53与驱动架54连接，推动电机51通过推动丝杠52和推动螺母53配合以驱动驱动架54移动，驱动架54用于驱动支架11移动。将拉伸组件安装至支架11上后，启动推动电机51，推动电机51驱动推动丝杠52转动，推动丝杠52转动驱动推动螺母53和驱动架54靠近支架11，直至拉伸组件与拉伸驱动组件12对位。当支架11处于工作位置后，在推动丝杠52的自锁作用下，驱动架54与推动丝杠52的相对位置保持不变，如此便能保证支架11的稳定性，避免支架11发生位移，进而能够保证对测试件1拉伸时，拉伸组件的稳定性，保证对测试件1的拉伸精度，提高拉伸实验结果的准确性。

如图1、图6和图8所示，支架11包括由下至上依次设置的下段111、中段112和上段113，下段111可移动地设置在底座40上，推动丝杠52穿设在下段111上。上段113用于承载拉伸组件，中段112为升降器，中段112设置在下段111上并驱动上段113上升或下降。不同的拉伸组件的高度可能不同，将支架11设置成上述形式，能够使得支架11与不同的拉伸组件进行匹配，进而能够提高离线式原位拉伸装置的适应性。

如图1所示，推动组件还包括支撑轴55，支撑轴55设置在驱动架54上，支撑轴55位于拉伸丝杠22的一侧，拉伸轴123位于拉伸丝杠22的另一侧，支撑轴55用于与拉伸丝杠22的端部连接。当支架11位于工作位置时，支撑轴55与拉伸丝杠22连接。支撑轴55的设置，能够在拉伸过程中，对拉伸丝杠22的转动起到导向以及限位的作用，保证伸丝杠转动过程中的稳定性，进而能够保证对测试件1拉伸过程中的稳定性，保证对测试件1的拉伸效果。

如图1、图6至图8所示，驱动架54包括由下至上依次设置的下部541、中部542和上部543，其中，下部541、中部542和上部543分别与下段111、中段112和上段113一一对应设置，下部541可移动地设置在底座40上，推动丝杠52穿设在下段111上，推动螺母53与下部541固定连接。可选地，支撑轴55可转动地设置在上部543，且支撑轴55的靠近拉伸丝杠22的端部开设有多边形孔，拉伸丝杠22的靠近支撑轴55的一端为与多边形孔配合的多边形结构。如此设置，能够使得支撑轴55与不同的拉伸组件的拉伸丝杠22对接，保证对不同的拉伸组件的拉伸丝杠22的限位以及导向作用，提升离线式原位拉伸装置的适应性。

本实施例中，支撑轴55固定设置在上部543，且支撑轴55的靠近拉伸丝杠22的一端可转动地设置有限位套，限位套的端部开设有限位孔，拉伸丝杠22的靠近支撑轴55的一端为多边形结构，拉伸丝杠22与限位孔配合。上述设置，其结构简单，能够方便将支撑轴55与拉伸丝杠22固定配合，且支撑轴55与拉伸丝杠22对接的过程中，只需要转动限位套即可，如此设置，便能够避免支撑轴55与驱动架54之间发生磨损，保证支撑轴55的使用寿命。

具体地，下部541包括相互独立设置的主体部5411和嵌入部5412，主体部5411的靠近推动螺母53的一侧开设有容纳槽，嵌入部5412的一端嵌入到容纳槽内，另一端与推动螺母53固定连接。容纳槽内设置有弹性件，弹性件位于嵌入部5412的远离推动螺母53的一端。可选地，弹性件可分别与嵌入部5412和容纳槽的槽壁抵接。本实施例中，弹性件的两端分别与嵌入部5412和容纳槽的槽壁固定连接。如此设置，能够利用弹性件对嵌入部5412和主体部5411起到缓冲作用，保证支撑轴55与拉伸丝杠22对接时的平稳性，同时也能够避免支撑轴55与拉伸丝杠22的刚性接触，进而保证拉伸丝杠22与拉伸驱动组件12对接时的平稳性。

如图7和图8所示，拉伸驱动组件12包括拉伸驱动电机121、拉伸传动组件122和拉伸轴123。其中拉伸驱动电机121与拉伸传动组件122驱动连接；拉伸轴123具有相对设置的连接端和驱动端，连接端用于与拉伸传动组件122连接，驱动端用于与拉伸丝杠22的端部驱动连接，拉伸驱动电机121通过拉伸轴123以带动拉伸丝杠22转动。具体地，底座40的顶面设置有支撑板41，支撑板41位于底座40的长度方向的一端，拉伸传动组件122为传动齿轮组，传动齿轮组可转动地设置在支撑板41上。拉伸轴123设置有两个，两个拉伸轴123分别与两个拉伸丝杠22一一对应设置，且拉伸轴123的连接端设置在传动齿轮组的输出端。如此设置，能够通过传动齿轮组带动两个拉伸轴123同步且反向转动，在简化装置结构的同时保证拉伸轴123转动的平稳性，进而能够保证对测试件1拉伸的稳定性。另外，上述结构能够提高离线式原位拉伸装置的整体结构的紧凑性。

如图1、图7和图8所示，拉伸轴123的驱动端具有穿设孔，拉伸丝杠22与驱动端连接的一端为多边形结构，穿设孔与拉伸丝杠22的端部对应设置，拉伸丝杠22与穿设孔配合连接，离线式原位拉伸装置还包括定位组件71和控制器，其中，定位组件71用于检测拉伸丝杠22与穿设孔的偏转角度；控制器分别与定位组件71以及拉伸驱动电机121电连接。具体地，定位组件71包括定位盘和对射定位器，定位盘上开设有对射孔，定位盘与拉伸轴123同轴且设置在拉伸轴123上，对射定位器位于定位盘的远离拉伸丝杠22的一侧，通过对射定位器与对射孔配合实现拉伸丝杠22与拉伸轴123的对位。将拉伸组件安装在支架11上后，定位组件71检测拉伸丝杠22与穿设孔的偏转角度并将该信息传递至控制器，控制器控制拉伸驱动组件12驱动拉伸轴123转动，直至穿设孔与拉伸丝杠22对应拉伸驱动组件12停止工作，之后启动推动组件进行对接操作。如此设置，能够实现对接过程的自动化，进而能够提升拉伸丝杠22与拉伸轴123对接时的便捷性以及准确性，提升拉伸测试时的效率。

进一步地，离线式原位拉伸装置还包括复位件61，复位件61设置在底座40和支架11之间，推动组件用于驱动支架11由初始位置移动至工作位置，复位件61用于驱动支架11由工作位置返回至初始位置。对测试件1拉伸结束后，启动推动电机51，在推动丝杠52和推动螺母53的作用下，驱动架54与支架11分离，并为支架11提供退位空间，在复位件61的作用下支架11返回至初始位置。复位件61的设置，能够使得支架11自动地返回至初始位置，方便测试人员进行下一组拉伸测试实验。

如图8所示，底座40上设置有固定座62，固定座62位于支架11和推动电机51之间，固定座62的靠近支架11的一侧开设有安装孔，复位件61为复位弹簧，复位弹簧的伸缩方向与支架11的移动方向相同，复位弹簧的一端设置在安装孔内，复位弹簧的另一端用于与支架11抵接。

具体地，推动螺母53、驱动架54、支架11、复位件61、推动电机51和拉伸驱动组件12沿底座40的长度方向依次排布，如此设置，能够保证离线式原位拉伸装置的整体结构的紧凑性，且能够保证拉伸组件和拉伸驱动组件12对接以及退对接时的顺畅性。

通过本申请提供的装置进行试验，其具体过程如下：

1.首先将测试件1放置于拉伸组件的外拉伸块2122的上表面，套入夹紧部213，通过旋转紧固螺栓2141将样品压紧，从外拉伸块2122的底面拧紧顶丝2142顶住测试件1以增加夹持效果，夹紧部213上表面的定位孔2131可做标记，以便观察拉伸实验过程中测试件1是否出现松动、打滑现象。

2.将测试件1夹紧后将拉伸组件放置于支架11上，并将支撑轴55与拉伸丝杠22对接。

3.通过定位盘与对射定位器配合，使得拉伸驱动电机121驱动拉伸轴123转动，直至拉伸轴123的穿设孔与拉伸丝杠22端部的多边形结构匹配，拉伸驱动电机121停止运转。

4.启动推动电机51，在推动丝杠52和推动螺母53的作用下，驱动架54驱动支架11靠近拉伸驱动组件12，直至拉伸丝杠22与拉伸轴123对接，此时，拉伸组件进入工作位置。

5.通过对位移检测件30进行参数设置，使得原位拉伸装置对测试件1进行定量位移拉伸；或通过对测力件215进行参数设置，使得原位拉伸装置对测试件1进行定拉力拉伸。

6.拉伸完毕后，启动推动电机51，在推动丝杠52作用下，推动螺母53以及驱动架54复位，并为支架11提供移动空间，在复位件61的作用下，支架11返回至初始位置。

7.取下拉伸组件并将拉伸组件放置于XRD测试台进行物相或织构测试，物相或织构测试完毕后取下拉伸组件再次放置于支架11进行拉伸实验，拉伸与测试反复进行直至测试件1断裂。

通过本申请提供的装置，具有以下优点：

1.测试件1拉力加载与X射线衍射测试分离，即测试件1为离线式加载，可实现一套加载组件对应多套拉伸组件，拉伸组件制造成本低，有利于多人、多学科同时进行原位实验，有利于原位实验的普及和应用范围的扩大。

2.环绕式加载模式使得入射衍射光路遮挡角小于4°，有效避免测试件1在测试过程中X射线被遮挡问题。可实现测试件1织构与应力应变、测试件1物相分析、晶格常数等研究。

3.本原位拉伸装置测试件1的测试面积大于15mm*15mm，能有效增加测试过程中数据的信噪比，特别是板材的原位织构测试。

4.本装置能够对测试件1进行大吨位原位拉伸，最大拉力可达15000N。

5.通过设置位移检测件30和测力件215，本装置可实现自动控制定量位移拉伸和定量拉力拉伸。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述离线式原位拉伸装置包括：

加载组件，所述加载组件包括支架（11）和拉伸驱动组件（12）；

拉伸组件，所述拉伸组件可拆卸地设置在所述支架（11）上，所述拉伸组件包括拉伸丝杠（22）和沿长度方向对称设置的两个拉伸模块（21），所述拉伸丝杠（22）具有第一螺纹段和第二螺纹段，所述第一螺纹段的螺纹方向与所述第二螺纹段的螺纹方向不同，所述第一螺纹段和所述第二螺纹段分别设置在所述拉伸丝杠（22）的两侧，两个所述拉伸模块（21）用于拉伸测试件（1），所述测试件（1）固定在两个所述拉伸模块（21）的表面，所述拉伸驱动组件（12）与两个所述拉伸模块（21）驱动连接，以使两个拉伸模块（21）同步相向或反向移动，当所述支架（11）处于工作位置时，所述拉伸驱动组件（12）与所述拉伸组件驱动连接，当所述支架（11）处于初始位置时，所述拉伸驱动组件（12）与所述拉伸组件分离；

其中，每个所述拉伸模块（21）包括螺母套（211）、支撑部（212）和夹紧部（213），所述支撑部（212）与所述螺母套（211）固定连接，所述支撑部（212）与所述螺母套（211）同步移动，所述支撑部（212）用于放置所述测试件（1）；所述夹紧部（213）设置在所述支撑部（212）上，所述夹紧部（213）用于将所述测试件（1）固定在所述支撑部（212）上，一个所述拉伸模块（21）的螺母套（211）与所述第一螺纹段螺纹连接，另一个所述拉伸模块（21）的螺母套（211）与所述第二螺纹段螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述夹紧部（213）套设在所述支撑部（212）的远离另一个所述拉伸模块（21）的一端，所述支撑部（212）具有相对设置的顶面和底面，所述测试件（1）部分位于所述夹紧部（213）与所述顶面之间，所述拉伸模块（21）还包括紧固件，所述紧固件穿过所述夹紧部（213）并与所述支撑部（212）的底面连接。

3.根据权利要求1所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述支撑部（212）包括相互独立的内拉伸块（2121）和外拉伸块（2122），所述内拉伸块（2121）靠近另一个所述拉伸模块（21）设置，所述内拉伸块（2121）和所述外拉伸块（2122）均与所述螺母套（211）固定连接，所述内拉伸块（2121）的上表面低于所述外拉伸块（2122）的上表面，所述夹紧部（213）与所述外拉伸块（2122）配合连接，以将所述测试件（1）固定在所述夹紧部（213）与所述外拉伸块（2122）之间，所述拉伸模块（21）还包括测力件（215），所述测力件（215）设置在所述内拉伸块（2121）和所述外拉伸块（2122）之间，所述测力件（215）用于检测拉力数据。

4.根据权利要求3所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述拉伸组件还包括安装座（23），所述安装座（23）固定设置在两个所述拉伸模块（21）的外拉伸块（2122）的底部，所述安装座（23）具有限位槽（231）和连接孔（232），所述限位槽（231）用于与所述支架（11）配合限位，所述连接孔（232）用于与检测仪器连接固定。

5.根据权利要求1所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述拉伸组件的最高点与所述测试件（1）表面的中心点的连线为入射线，所述入射线与水平面的夹角小于或等于4°。

6.根据权利要求1所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述离线式原位拉伸装置还包括：

位移检测件（30），所述位移检测件（30）用于检测两个所述拉伸模块（21）的相对位移量。

7.根据权利要求1所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述离线式原位拉伸装置还包括：

底座（40），所述支架（11）可移动地设置在所述底座（40）上；

推动组件，所述推动组件与所述支架（11）驱动连接，所述推动组件用于驱动所述支架（11）在所述底座（40）上移动，所述支架（11）在所述底座（40）上具有相对设置的所述初始位置和所述工作位置。

8.根据权利要求7所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述推动组件包括：

推动电机（51）；

推动丝杠（52），所述推动电机（51）与所述推动丝杠（52）驱动连接；

推动螺母（53），设置在所述推动丝杠（52）上，并与所述推动丝杠（52）螺纹连接；

驱动架（54），可移动地设置在所述底座（40）上，所述推动丝杠（52）穿设在所述驱动架（54）上，所述推动螺母（53）与所述驱动架（54）连接，所述推动电机（51）通过所述推动丝杠（52）和所述推动螺母（53）配合以驱动所述驱动架（54）移动，所述驱动架（54）用于驱动所述支架（11）移动。

9.根据权利要求8所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述拉伸驱动组件（12）包括：

拉伸驱动电机（121）；

拉伸传动组件（122），所述拉伸驱动电机（121）与所述拉伸传动组件（122）驱动连接；

拉伸轴（123），所述拉伸轴（123）具有相对设置的连接端和驱动端，所述连接端用于与所述拉伸传动组件（122）连接，所述驱动端用于与所述拉伸丝杠（22）的端部驱动连接，所述拉伸驱动电机（121）通过所述拉伸轴（123）以带动所述拉伸丝杠（22）转动。

10.根据权利要求9所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述推动组件还包括：

支撑轴（55），设置在所述驱动架（54）上，所述支撑轴（55）位于所述拉伸丝杠（22）的一侧，所述拉伸轴（123）位于所述拉伸丝杠（22）的另一侧，所述支撑轴（55）用于与所述拉伸丝杠（22）的端部连接。

11.根据权利要求7所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述离线式原位拉伸装置还包括：

复位件（61），设置在所述底座（40）和所述支架（11）之间，所述推动组件用于驱动所述支架（11）由所述初始位置移动至所述工作位置，所述复位件（61）用于驱动所述支架（11）由所述工作位置返回至所述初始位置。

12.根据权利要求9所述的用于X射线衍射实验的离线式原位拉伸装置，其特征在于，所述拉伸轴（123）的驱动端具有穿设孔，所述拉伸丝杠（22）与所述驱动端连接的一端为多边形结构，所述穿设孔与所述拉伸丝杠（22）的端部对应设置，所述拉伸丝杠（22）与所述穿设孔配合连接，所述离线式原位拉伸装置还包括：

定位组件（71），用于检测所述拉伸丝杠（22）与所述穿设孔的偏转角度；

控制器，所述控制器分别与所述定位组件（71）以及所述拉伸驱动电机（121）电连接。

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