CN217954155U - 一种能测试材料微区机械性能的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能测试材料微区机械性能的试验装置，该装置包含：环境箱，剪切部件，试件固定部件，底座；以及所述的剪切部件包含加力横梁、剪切刀头和导向轴；所述的剪切刀头固定在所述的加力横梁的下表面；所述的加力横梁下表面对称设置贯通孔，用于固定导向轴的上端，所述的导向轴的下端固定在底座上；所述的试件固定部件固定设置在所述的底座上；本实用新型解决了微型剪切应力测量环境单一、测量设备结构与测量方法较为复杂的问题。本实用新型的装置可在腐蚀试验环境条件下进行微型剪切试验，且该装置具有结构简单、加工方便和测量使用方法简单的优势。

Description

一种能测试材料微区机械性能的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种材料性能测试装置，具体涉及一种能测试材料微区机械性能的试验装置。

背景技术

结构微型化和材料复合化是未来的重要发展方向，常规力学性能评价方法无法快速准确评定各种微区力学性能。

现有公开号为CN2092097U的专利中提供了一种多功能的微型试验装置，该装置安装在材料试验机上除了能进行微型剪切试验之外，同时还可进行微型拉伸、小试件断裂力学二种试验，采用该装置可进行微型试验测定非均质材料中某狭窄范围内任何一处材料的机械性能。但是该装置结构复杂，制造和维护成本较高；该装置的装配方式采用孔轴配合，测量过程中导柱与孔之间的摩擦力会干扰剪切试验结果；该装置试验环境单一，无法测量腐蚀环境对材料性能的影响。

综合目前国内外对微型剪切应力测量试验研究发现，其试验过程中均存在测量环境比较单一、测量设备结构与测量方法较为复杂的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能测试材料微区机械性能的试验装置，解决了微型剪切应力测量环境单一、测量设备结构与测量方法较为复杂的问题，该装置结构简单，操作方便，能在腐蚀试验环境条件下进行微型剪切试验。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种能测试材料微区机械性能的试验装置，该装置包含：环境箱、剪切部件、试件固定部件以及底座。所述的剪切部件包含加力横梁、剪切刀头、导向轴、传感器和贯通孔。所述的剪切刀头固定在所述的加力横梁的下表面，所述的剪切刀头的底面和背面均为斜面；所述的剪切刀头内设置有传感器，该传感器与计算机通过总线连接。所述的加力横梁下表面与所述的底座上表面相平行，加力横梁下表面对称贯通设置贯通孔，该贯通孔用于固定导向轴的上端，所述的导向轴的下端固定在所述的底座上，所述的导向轴为伸缩结构。所述的试件固定部件固定在所述的底座上；所述的试件固定部件包含：试件送进平台和千分尺测微头。所述的试件送进平台贯通设置有长通孔，该长通孔位于所述的剪切刀头下方，其用于放置试件，且试件的一端在所述的剪切刀头的正下方；所述的试件送进平台贯通设置有所述的千分尺测微头；所述的长通孔的中轴线与所述的千分尺测微头的中轴线处于同一位置，其用于确保剪切间距的精度。所述的底座设置在环境箱内底部，所述的环境箱内盛装腐蚀液，进行应力腐蚀试验，该腐蚀液从箱体上部倒入，使试件完全浸泡，待试验完成后将腐蚀液从下部排出口排出。所述的传感器为载荷传感器和位移传感器；所述的载荷传感器用于读取剪切力的大小，并进行数据处理；所述的位移传感器用于获取剪切刀头相对于底座的位移，并进行数据处理。

优选地，所述的长通孔的长为1.4～1.6mm，宽为1.4～1.6mm的矩形的通孔。

优选地，所述的试件送进平台上设置有贯通至长通孔的第一固定孔，该第一固定孔连接螺栓，用于固定长通孔内的试件。

优选地，所述的试件送进平台上设置有贯通至千分尺测微头的第二固定孔，该第二固定孔连接螺栓，用于固定千分尺测微头。

优选地，所述的剪切刀头的背面与竖直方向的夹角为剪切后角，该剪切后角为2～4°；所述的剪切刀头背面和底面的夹角为刀尖角，该刀尖角为82.5°；所述的剪切刀头的底面与水平方向的夹角为剪切前角，该剪切前角为3.5°。

若剪切后角过大，刀头上部分承载面积变小，导致剪切刀头刚度和硬度下降，在剪切过程中，上半部分容易出现变形或者折断；若角度过小，剪切过程中增加了刀头后角面与试件的接触面，增大了摩擦力，影响是试验精度(试验数据偏大)。若刀尖角过小，在剪切过程中，除了造成剪切应力集中，影响实验精度以外(试验数据偏小)，还会导致刀头尖端刚度和强度下降，容易出现变形或者折断。若剪切前角过大，除了导致刀头强度和硬度下降，在剪切过程中，刀头容易出现变形或者折断意外，增大了剪切负荷和试件承受的附加弯矩变大，减小了剪切出塑性变形强化区域，影响实验精度，使试验数据偏小。

更优选地，所述的剪切后角为4°。

优选地，所述的导向轴由空心套筒和套管组成，所述的空心套筒套置在套管的上端，所述空心套筒可相对套管滑动。所述的导向轴用于控制剪切部件相对底座发生运动，确保剪切试验结果的准确性。

优选地，所述的剪切刀头的材质采用工具钢。

优选地，所述的位移传感器通过总线与万能试验机的控制器通过总线连接。

本实用新型的一种能测试材料微区机械性能的试验装置，解决了微型剪切应力测量环境单一、测量设备结构与测量方法较为复杂的问题，具有以下优点：

1、本实用新型的装置可在腐蚀试验环境条件下进行微型剪切试验，用于测定，一般材料或非均质材料中某一狭窄范围内任一处材料的强度和塑性以及评定应力腐蚀对材料性能的影响。

2、本实用新型的装置具有结构简单、加工方便、装置间摩擦力小和测量使用方法简单的优势，且用该装置进行试验得到的数据快速、可靠，并能缩短试验周期、节约材料、节约能源。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的千分尺测微头示意图。

图3为本实用新型的剪切部件部分图，其中A为正视图，B为剪切刀头的侧视图。

图4为本实用新型的试件固定部件图。

标号：1-底座；2-试件固定部件，21-千分尺测微头：211-螺杆、212-螺母和213-精密螺纹；22-试件送进平台，23-第一固定孔，24-长通孔，25-第二固定孔；3-剪切部件，31-加力横梁，35-贯通孔；4-环境箱；41-排出口；32-导向轴，321-空心套筒，322-套管；33-剪切刀头，其中α-剪切后角，β-刀尖角，γ-剪切前角。

具体实施方式

下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

参照附图1～4，一种能测试材料微区机械性能的试验装置，该装置包含：环境箱4、剪切部件3、试件固定部件2和底座1。

其中，环境箱4内底部设置底座1，环境箱4内盛装腐蚀液，该腐蚀液从箱体上部倒入，将试件完全浸泡即可，待试验完成后将腐蚀液从下部排出口41排出。

试件固定部件2包含试件送进平台22和千分尺测微头21；底座1上固定试件送进平台22，试件送进平台22上贯通设置千分尺测微头21；试件送进平台22贯通设置有长通孔24，该长通孔24用于放置试件。长通孔24的中轴线与千分尺测微头21的中轴线处于同一位置，其用于确保剪切间距的精度。

所述的剪切部件3包含加力横梁31、剪切刀头33、导向轴32和贯通孔35；底座1上固定导向轴32的套管322下端，空心套筒321设置在套管322外壁上端，空心套筒321上端固定在贯通设置有对称贯通孔35的加力横梁31下表面，加力横梁31下表面与底座1上表面相平行，导向轴32为伸缩结构；加力横梁31的下表面固定剪切刀头33，且剪切刀头33的底面和背面均为斜面；剪切刀头33位于长通孔24上方，且长通孔24内的试件的一端位于剪切刀头33的正下方。剪切刀头33内设置有传感器，该传感器与计算机通过总线连接。传感器为载荷传感器和位移传感器；载荷传感器用于读取剪切力的大小；位移传感器用于获取剪切刀头33相对于底座1的位移。

根据本实用新型一具体实施例，长通孔24的孔为1.5mm x1.5mm矩形的通孔。

根据本实用新型一具体实施例，试件送进平台22上设置有贯通至长通孔24的第一固定孔23，该第一固定孔23连接螺栓，用于固定长通孔24内的试件。

根据本实用新型一具体实施例，试件送进平台22上设置有贯通至千分尺测微头21的第二固定孔25，该第二固定孔25连接螺栓，用于固定千分尺测微头21。

根据本实用新型一具体实施例，剪切刀头33的背面与竖直方向的夹角为剪切后角α，该剪切后角α为2～4°；剪切刀头33背面和底面的夹角为刀尖角β，该刀尖角β为82.5°；剪切刀头33的底面与水平方向的夹角为剪切前角γ，该剪切前角γ为3.5°。

根据本实用新型一具体实施例，剪切后角α为4°。

根据本实用新型一具体实施例，导向轴32用于控制剪切部件3相对底座1发生运动，确保剪切试验结果的准确性。

根据本实用新型一具体实施例，导向轴32由空心套筒321和套管322组成，空心套筒321套置在套管322外壁上端。

根据本实用新型一具体实施例，套管322外壁设置卡扣，空心套筒321内壁的相应位置设置卡位，用于固定空心套筒321。

根据本实用新型一具体实施例，空心套筒321可相对套管322滑动。

根据本实用新型一具体实施例，套管322为常规的伸缩结构。

根据本实用新型一具体实施例，剪切刀头33的材质采用工具钢。

根据本实用新型一具体实施例，本实用新型装置的材质为不锈钢，腐蚀液为3.5％氯化钠溶液。

下面结合附图1～4，对本实用新型能测试材料微区机械性能的试验装置的工作原理做进一步描述：

在环境箱4提供不同的试验环境下将1.5mm²见方的小试件放入试件送进平台22的长通孔24中，试件送进的长度由千分尺测微头21控制(千分尺测微头21由螺杆211、螺母212和精密螺纹213组成，精密螺纹213的螺距是0.5mm，每个螺距有50个等分刻度线，该千分尺测微头21的结构是常规结构。在试件送进过程中，螺杆211在螺母212中顺时针旋转一周，螺杆211便沿着旋转轴线方向将试件向前推进0.5mm的距离，总计旋转螺杆211三周半将试件向前推进1.5mm)，拧紧螺栓将试件固定。加力横梁31安装于常规的万能试验机上，剪切刀头33内置的传感器与万能试验机(型号为WDW-50)的控制器通过总线连接，万能试验机只有施加外力的作用(若无外力作用，本实用新型装置保持如图1所示的结构)。在外力作用下，安装于加力横梁31下方的剪切刀头33向下运动进行剪切试件，导向轴32控制施力方向的相对位移(在剪切过程中，导向轴32只允许剪切部件3相对底座1发生运动，防止剪切时候剪切刀头33左右移动，确保剪切试验结果的准确性)。当试件切断后，剪切刀头33内置的传感器会自动停止试验机加载(剪切刀头33自动停止向下运动)，并采集试验载荷以及位移并记录出剪切曲线，在与传感器相连接的计算机上显示，同时通过电脑系统手动复位。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，该装置包含：

环境箱(4)、剪切部件(3)、试件固定部件(2)以及底座(1)；

其中，所述的剪切部件(3)包含加力横梁(31)、剪切刀头(33)、导向轴(32)和贯通孔(35)；所述的剪切刀头(33)固定在所述的加力横梁(31)的下表面，所述的剪切刀头(33)的底面和背面均为斜面；所述的剪切刀头(33)内设置有传感器，该传感器与计算机通过总线连接；所述的加力横梁(31)下表面与所述的底座(1)上表面相平行，所述的加力横梁(31)下表面对称贯通设置贯通孔(35)，该贯通孔(35)用于固定导向轴(32)的上端，所述的导向轴(32)的下端固定在所述的底座(1)上，所述的导向轴(32)为伸缩结构；

所述的试件固定部件(2)固定在所述的底座(1)上；所述的试件固定部件(2)包含：试件送进平台(22)和千分尺测微头(21)；

其中，所述的试件送进平台(22)贯通设置有长通孔(24)，该长通孔(24)位于所述的剪切刀头(33)下方，其用于放置试件，且试件的一端在所述的剪切刀头(33)的正下方；

其中，所述的试件送进平台(22)贯通设置有所述的千分尺测微头(21)；所述的长通孔(24)的中轴线与所述的千分尺测微头(21)的中轴线处于同一位置，其用于确保剪切间距的精度；

所述的底座(1)设置在环境箱(4)内底部，所述环境箱(4)用于盛装腐蚀液；

所述的传感器为载荷传感器和位移传感器；所述的载荷传感器用于读取剪切力的大小；所述的位移传感器用于获取剪切刀头(33)相对于底座(1)的位移。

2.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的长通孔(24)的长为1.4～1.6mm，宽为1.4～1.6mm的矩形的通孔。

3.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的试件送进平台(22)上设置有贯通至长通孔(24)的第一固定孔(23)，该第一固定孔(23)连接螺栓，用于固定长通孔(24)内的试件。

4.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的试件送进平台上(22)设置有贯通至千分尺测微头(21)的第二固定孔(25)，该第二固定孔(25)连接螺栓，用于固定千分尺测微头(21)。

5.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的剪切刀头(33)的背面与竖直方向的夹角为剪切后角(α)，该剪切后角(α)为2～4°；所述的剪切刀头(33)背面和底面的夹角为刀尖角(β)，该刀尖角(β)为82.5°；所述的剪切刀头(33)的底面与水平方向的夹角为剪切前角(γ)，该剪切前角(γ)为3.5°。

6.根据权利要求5所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的剪切后角(α)为4°。

7.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的导向轴(32)由空心套筒(321)和套管(322)组成，所述的空心套筒(321)套置在套管(322)的上端，所述空心套筒(321)可相对套管(322)滑动。

8.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的剪切刀头(33)的材质采用工具钢。

9.根据权利要求1所述的能测试材料微区机械性能的试验装置，其特征在于，所述的位移传感器通过总线与万能试验机的控制器通过总线连接。

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