DKNZ型　原位扭轉(zhuǎn)測試儀

    公司針對當(dāng)前材料扭轉(zhuǎn)測試設(shè)備和原位監(jiān)測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了較為深入的分析，開發(fā)生產(chǎn)了可與光學(xué)顯微成像設(shè)備相兼容的原位扭轉(zhuǎn)測試儀，包括單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀（圖1）和雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀（圖5）。

                       (a) 單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀                    (b) 單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀實物圖

圖1 單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀

應(yīng)用

• 金屬材料

• 合金材料

• 陶瓷材料

• 仿生材料

• 復(fù)合材料

• 單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀，為材料制備、生命科學(xué)、航空航天和星際探索提供精準(zhǔn)技術(shù)支撐。

• 研制了結(jié)構(gòu)緊湊的單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀，可與光學(xué)顯微成像設(shè)備相兼容

• 實現(xiàn)在載荷作用下對材料微觀變形損傷機(jī)制與微觀組織演化等特性進(jìn)行動態(tài)原位觀測

• 深入研究材料的宏觀力學(xué)行為與微觀組織結(jié)構(gòu)演化規(guī)律

• 配備控制主機(jī)，專用檢測控制系統(tǒng)與配套分析處理軟件

• 采用了直流空心杯電機(jī)配合精密行星齒輪減速箱及精密蝸輪蝸桿傳動實現(xiàn)對試件的動力加載，這種加載方式可以保證測試裝置擁有足夠的扭轉(zhuǎn)載荷和寬泛的加載速率

• 實現(xiàn)以準(zhǔn)靜態(tài)的方式對試件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加載

• 原位觀測時獲取更高的質(zhì)量的圖像，對于微觀組織結(jié)構(gòu)的觀測與分析能夠更加的清晰而準(zhǔn)確

    典型材料單軸原位扭轉(zhuǎn)測試曲線如圖2所示；測試材料表面形貌原位觀測圖像如圖3所示；單軸原位扭轉(zhuǎn)測試金相組織原位觀測圖像如圖4所示。

                                                   (e)2A12鋁合金扭轉(zhuǎn)曲線                           (f) H59黃銅扭轉(zhuǎn)曲線             

                                       (g) 2A12鋁合金±150°循環(huán)扭轉(zhuǎn)曲線             (h) 2A12鋁合金±200°循環(huán)扭轉(zhuǎn)曲線  

圖2 典型材料單軸原位扭轉(zhuǎn)測試曲線

    如圖2所示，四種材料的扭矩-轉(zhuǎn)角曲線的重復(fù)性非常好，表明原位扭轉(zhuǎn)測試裝置具備良好的測試重復(fù)性。這四種材料在扭轉(zhuǎn)測試時表現(xiàn)出了不同的扭轉(zhuǎn)力學(xué)行為，相比于2A12鋁和H59黃銅，45鋼和Q235鋼均出現(xiàn)了明顯的屈服現(xiàn)象，但Q235鋼的強(qiáng)化現(xiàn)象并不明顯。2A12鋁相比于其它材料其在接近于斷裂時載荷波動加劇，這表明材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展加快。

圖3 材料（H59黃銅）表面形貌原位觀測圖像

    如圖3 所示，H59 黃銅在扭轉(zhuǎn)過程中的原位觀測圖像，可以看出其斷口相對平整，沒有縮頸現(xiàn)象發(fā)生，符合材料扭轉(zhuǎn)破壞的特征。

圖4 材料（Q235鋼）金相組織原位觀測圖像

    如圖4所示，扭轉(zhuǎn)測試過程中放大100倍和200倍的金相組織觀測圖像，當(dāng)800°時的金相圖像，可以看出此時大部分晶粒在剪切作用下破碎為細(xì)條狀，材料表面布滿了裂痕，晶界已無法辨別，當(dāng)扭轉(zhuǎn)至 2000°時，此時材料已接近于斷裂。

單軸原位扭轉(zhuǎn)測試儀技術(shù)指標(biāo)（單軸系列NZ01、NZ02、NZP01等）

• 載荷力：100N?m、200N?m（系列）

• 加載力分辨率：100mN

• 扭轉(zhuǎn)角分辨率： 0.18o

• 扭轉(zhuǎn)載荷量程：1500N?mm

• 扭轉(zhuǎn)載荷分辨率：0.1N?m

• 力測量精度：±1%示值

• 位移分辨率：1μm

• 測試速度范圍：0～6.5/min

• 位移速度精度：優(yōu)于±0.5%（空載）

• 速度負(fù)荷容量：3mm/min以下，允許試驗扭矩

• 樣品尺寸：毫米級

                      (a) 商業(yè)化雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀                 (b) 商業(yè)化雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀實物圖

圖5 雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀

應(yīng)用

• 金屬材料

• 合金材料

• 陶瓷材料

• 仿生材料

• 復(fù)合材料

特點及優(yōu)勢

• 雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀，為材料制備、生命科學(xué)、航空航天和星際探索提供精準(zhǔn)技術(shù)支撐。

• 研制了結(jié)構(gòu)緊湊的雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀，可與光學(xué)顯微成像設(shè)備相兼容

• 實現(xiàn)在載荷作用下對材料微觀變形損傷機(jī)制與微觀組織演化等特性進(jìn)行動態(tài)原位觀測

• 深入研究材料的宏觀力學(xué)行為與微觀組織結(jié)構(gòu)演化規(guī)律

• 配備控制主機(jī)，專用檢測控制系統(tǒng)與配套分析處理軟件

的設(shè)計

• 電機(jī)通過集成的行星齒輪減速后，再經(jīng)過兩級的蝸輪蝸桿的減速、增扭和換向，實現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)下輸出大載荷。

• 實現(xiàn)以準(zhǔn)靜態(tài)的方式對試件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加載

• 原位觀測時獲取更高的質(zhì)量的圖像，對于微觀組織結(jié)構(gòu)的觀測與分析能夠更加的清晰而準(zhǔn)確

    雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試曲線如圖6所示；測試材料表面形貌原位觀測圖像如圖7所示；雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試金相組織原位觀測圖像如圖8所示。

   圖6 雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試曲線

    如圖6（a）所示，對6061鋁合金小角度的預(yù)扭轉(zhuǎn)角度拉伸試驗，結(jié)果表明預(yù)扭轉(zhuǎn)角度下進(jìn)行拉伸測試，較小的塑性變形，對拉伸力學(xué)性能幾乎沒有影響，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角度大于30°左右的時候，拉伸測試的局部變形階段會隨著角度的增大而提前出現(xiàn)，伸長率下降。
    如圖6（b）所示。分別為預(yù)扭轉(zhuǎn) 10°和 60°下，進(jìn)行拉伸試驗的轉(zhuǎn)角、扭矩、位移和拉力的時間曲線。曲線表明，不論預(yù)扭轉(zhuǎn)角度的大小，其所產(chǎn)生的扭矩，都會在拉伸試驗的彈性階段急劇下降，隨后一直保持在一個較低的水平，直至試件斷裂。
    如圖6（c）所示，在拉伸的彈性階段和強(qiáng)化階段進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，拉力值都會降低，但是降低的速度比較慢，并且在扭轉(zhuǎn)至60°時，拉力均降至200N左右。
    如圖6（d）所示，對材料（紫銅）試件預(yù)拉伸位移下扭轉(zhuǎn)測試，0mm至0.04mm預(yù)拉伸位移下扭轉(zhuǎn)測試曲線，僅有微弱的變化。因為在較小的預(yù)拉伸載荷下，材料處于彈性階段，預(yù)拉伸位移增加，試件橫截面尺寸的變小，是導(dǎo)致抗扭強(qiáng)度降低的主導(dǎo)因素。

圖7 測試材料表面形貌原位觀測圖像

    如圖7所示，從拉伸的斷口二維和三維形貌可觀察出塑性材料典型的“杯狀"斷口。在拉應(yīng)力下縮頸區(qū)形成三向應(yīng)力狀態(tài)，且心部軸向應(yīng)力。材料在經(jīng)過足夠的塑性變形后，位錯等缺陷不斷堆積，達(dá)到一定程度，沿著切應(yīng)力方向產(chǎn)生裂紋，裂紋從外向內(nèi)延伸直至斷裂。

圖8 雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試金相組織原位觀測圖像    如圖8所示，轉(zhuǎn)角 90°時的金相組織，隨著轉(zhuǎn)角的增加，裂紋數(shù)量和密度增加，仍保持與X軸平行和垂直兩個方向。同時，晶格的滑移現(xiàn)象也更加明顯。轉(zhuǎn)角180°時的金相組織，由于試件平面翹曲的程度加劇，圖像出現(xiàn)邊緣的虛焦，仍可清晰看到金相組織的變化。晶格滑移明顯，晶格中相互交叉的裂紋導(dǎo)致晶格破碎，并在多個晶格之間逐漸出現(xiàn)連貫的長裂紋。

雙軸聯(lián)動原位扭轉(zhuǎn)測試儀技術(shù)指標(biāo)（雙軸系列NZ01、NZ02、NZP01等）

• 載荷力：100N?m、200N?m（系列）

• 加載力分辨率：100mN

• 扭轉(zhuǎn)角分辨率： 0.18o

• 扭轉(zhuǎn)載荷量程：1500N?mm

• 扭轉(zhuǎn)載荷分辨率：0.1N?m

• 力測量精度：±1%示值

• 位移分辨率：1μm

• 測試速度范圍：0～6.5/min

• 位移速度精度：優(yōu)于±0.5%（空載）

• 速度負(fù)荷容量：3mm/min以下，允許試驗扭矩

• 樣品尺寸：毫米級