[發(fā)明專利]一種適用于金屬材料拉彎變形的微觀組織觀測(cè)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510837598.4
• 申請(qǐng)日: 2015-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN105372126A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 但文蛟;張衛(wèi)剛;任闖;緱瑞賓;黃婷婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/06
• 分類號(hào): G01N3/06;G01N3/08;G01N3/20
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 唐燕潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬塑性成形領(lǐng)域，特別涉及一種適用于金屬材料拉彎變形的微觀組織觀測(cè)裝置。

背景技術(shù)

微(介觀)塑性成形技術(shù)，由于具有高效率、低成本、大批量、高精度、高密集、短周期、無污染、凈成形等一些特有的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)的零件具有高強(qiáng)度、高精度、高質(zhì)量等特點(diǎn)，已成為研究領(lǐng)域和業(yè)界的新熱點(diǎn)。介觀尺度下材料組織非均勻性及其微觀變形特性，對(duì)材料宏觀力學(xué)性能產(chǎn)生影響。尤其是介觀成形下的多相金屬材料，由于軟、硬微觀組織的存在，其微觀組織的非均勻性愈加明顯。因此，多相金屬材料在介觀塑性成形過程中，研究微觀軟、硬相組織如何發(fā)生非均勻變形，如何對(duì)宏觀變形場(chǎng)產(chǎn)生影響，從而指導(dǎo)介觀尺度下薄板塑性成形工藝，是解除制約微成形技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵之一。

中國(guó)專利公開號(hào)為CN102346117A(名稱為掃描電鏡下微弧度級(jí)精度原位扭轉(zhuǎn)材料力學(xué)性能測(cè)試裝置)，通過精密加載單元、精密信號(hào)檢測(cè)及控制單元、夾持單元及連接單元組成；在各類成像儀器的觀測(cè)下開展針對(duì)三維宏觀試件的跨尺度原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試以及扭轉(zhuǎn)作用下的微觀變形和損傷過程進(jìn)行原位觀察。該專利主要是針對(duì)纖維類試樣的測(cè)試，采用主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)和被動(dòng)輪固定的方式進(jìn)行測(cè)試，比較適合轉(zhuǎn)動(dòng)類零件原位測(cè)試。但對(duì)于拉彎模式的金屬微觀力學(xué)研究并不適用。

中國(guó)專利公開號(hào)CN102033003A(名稱為基于原位觀察的薄板動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)方法)，該專利采用加工有兩個(gè)對(duì)稱的圓弧凹面的試樣，能夠最大程度的消除應(yīng)力集中，而加工的斜面，實(shí)際上是由多個(gè)截面組成的表面，能夠?qū)⒃嚇拥膬?nèi)部乃至中心部位轉(zhuǎn)移至觀察面上，因此在拉伸時(shí)，通過同時(shí)觀察試樣表面和斜面的變化，實(shí)現(xiàn)了薄板動(dòng)態(tài)拉伸的近似三維在線觀察。主要是針對(duì)薄板動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行宏觀幾何變化的原位觀察，而對(duì)于拉彎模式的金屬微觀力學(xué)研究并不適用。

中國(guó)專利公開號(hào)CN103575593A(名稱為一種介觀尺度金屬材料單向拉伸原位觀察裝置)，該裝置主要采用單向拉伸分析金屬的最大變形區(qū)的微觀變形場(chǎng)。研究不同變形程度條件下的微觀結(jié)構(gòu)變化特征，建立宏觀變形條件下微觀尺度的變形場(chǎng)特征，同時(shí)通過力測(cè)試模塊和位移測(cè)試模塊獲取對(duì)應(yīng)變形條件下宏觀力學(xué)性能參數(shù)。但該裝置不能測(cè)試彎曲變形過程中的金屬微觀變形場(chǎng)特性。

因此，設(shè)計(jì)一種適用于金屬材料拉彎變形的微觀組織觀測(cè)裝置，用于分析拉彎的微觀變形場(chǎng)，宏觀力學(xué)性能，以及宏觀-微觀間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究微觀軟、硬相組織如何發(fā)生非均勻變形，如何對(duì)宏觀變形場(chǎng)產(chǎn)生影響，不同拉伸力作用情況下材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與變形損傷機(jī)制的相關(guān)性規(guī)律，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問題，提供了一種適用于金屬材料拉彎變形的微觀組織觀測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬拉彎過程中，最大變形區(qū)的視場(chǎng)原位觀察，并通過力學(xué)傳感器與位移傳感器，建立材料的宏觀力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了材料微觀組織變化的實(shí)時(shí)在線觀察，建立宏觀力學(xué)與微觀組織變形場(chǎng)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種適用于金屬材料拉彎變形的微觀組織觀測(cè)裝置，其特征在于，包括機(jī)械拉伸模塊、力學(xué)測(cè)試模塊和彎曲模塊；

所述機(jī)械拉伸模塊包括左右對(duì)稱安裝在底座上并可沿底座滑動(dòng)的滑塊一和滑塊二，以及驅(qū)動(dòng)滑塊一和滑塊二進(jìn)行相向/相背運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述滑塊一和滑塊二的頂部分別安裝有呈左右對(duì)稱的夾頭一和夾頭二，用于分別夾住試樣的兩端；

所述力學(xué)測(cè)試模塊包括分別安裝在夾頭一和夾頭二上的力測(cè)試系統(tǒng)以及分別安裝在滑塊一和滑塊二上的位移測(cè)試系統(tǒng)；所述力測(cè)試系統(tǒng)用于分別探測(cè)試樣拉伸時(shí)夾頭一和夾頭二所用的力；所述位移測(cè)試系統(tǒng)用于探測(cè)滑塊一和滑塊二的移動(dòng)距離；

所述彎曲模塊包括橫跨在底座中心前后兩側(cè)的門形框支架，所述門形框支架的頂部中心向上垂直凸伸出具有尖頂部的彎曲輥，在彎曲輥的上方懸空安裝有放置顯微設(shè)備的顯微定位組件，所述門形框支架的頂部還安裝有升降機(jī)構(gòu)，該升降機(jī)構(gòu)具有兩塊分別位于門形框支架頂部的前后兩端的升降立板，垂直貫穿兩塊升降立板設(shè)置有相互平行且沿彎曲輥?zhàn)笥覍?duì)稱的轉(zhuǎn)動(dòng)輪一和轉(zhuǎn)動(dòng)輪二；

待測(cè)試樣的中心位于彎曲輥的上方，兩側(cè)自轉(zhuǎn)動(dòng)輪一和轉(zhuǎn)動(dòng)輪二的下方穿過并通過夾頭一和夾頭二夾持試樣的兩端，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)試樣兩端同時(shí)施加拉伸載荷，試樣在彎曲輥位置發(fā)生彎曲變形，通過顯微設(shè)備測(cè)得試樣彎曲變形區(qū)的微觀變形場(chǎng)特征，同時(shí)通過力學(xué)測(cè)試模塊獲取試樣在對(duì)應(yīng)變形條件下的宏觀力學(xué)性能參數(shù)。