一種記憶合金恢復力的精確測試方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種記憶合金恢復力的精確測試方法，該方法通過在自動力學拉伸機配備位移傳感器，以濾除掉干擾測試結果的熱膨脹等因素。本發(fā)明技術方案與現技術相比，優(yōu)點是將外界溫度引起的熱膨脹因素對恢復力的影響考慮在內，更精確測量記憶合金恢復應力。
【專利說明】一種記憶合金恢復力的精確測試方法
【技術領域】
[0001]本方法是一種記憶合金恢復力的精確測試方法，屬于記憶合金特性測試【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著記憶合金研制和應用技術的發(fā)展，除了相變溫度以外，在一些結構件中還需要達到一定要求的恢復力，比如管路接頭為了保證規(guī)定的拉脫力，材料相變后必須提供一定的恢復力。近幾年，針對以上應用要求，才有了恢復力的測試，恢復力的測試技術還處于起步階段。
[0003]目前國內測試記憶合金恢復力的方法大致兩種:一種是用絲材在試驗機預拉伸后提供一個較小的維持拉力，保證絲材的直線狀態(tài)，然后通電加熱，測量其產生的拉力，減去維持拉力，得到恢復力；另一種是用棒材加工成拉伸試樣，置于裝在試驗機相應的保溫箱中，預拉伸后，保溫箱加熱，保持試樣應變?yōu)榱悖玫降睦词遣牧系幕謴土?。兩種測試方法中，均忽略了熱膨脹因素的影響，熱膨脹會使得試樣發(fā)生變形的而產生位移，而前面兩種測試方法并沒有剔除掉這個因素，導致其升降溫過程中測試結果與實際值存在一定差距，尤其在升降溫模式轉變時，其差距可能達到幾十兆帕。如圖1所示。從曲線形態(tài)上來看，對于單程記憶合金來說，加熱恢復后為奧氏體狀態(tài)，隨溫度的下降，恢復力應該表現為直線性緩慢下降，而不應該按曲線下降。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種記憶合金恢復力的精確測試方法，其目的是將外界溫度引起的熱膨脹因素對恢復力的影響考慮在內，更精確測量記憶合金恢復應力。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]該種記憶合金恢復力的精確測試方法，其特征在于:該方法步驟是:
[0007]⑴將棒材或絲材狀試樣(2)的兩端分別固定在自動力學拉伸機的上、下夾頭(I)上，然后安裝傳感器(3)，傳感器(3)的安裝形式分為兩種:
[0008]內置位移傳感器(3)，將位移傳感器(3)直接安裝在試樣(2)的兩端之間，位移傳感器(3)和試樣(2)同時置于自動力學拉伸機的保溫箱(5)內；
[0009]外置位移傳感器(3)，將位移傳感器(3)安裝在自動力學拉伸機的上、下夾頭(I)之間，位移傳感器(3)置于拉伸機的保溫箱(5)外部；
[0010]⑵密封試樣⑵所處的保溫箱(5)，通過保溫箱(5)內部設置的冷卻介質出口向保溫箱(5)內注入冷卻介質，對保溫箱(5)內的空間進行降溫，降溫至記憶合金相變溫度Ms以上10°C，保溫到試樣(2)冷透，然后對試樣(2)進行拉伸變形，在試樣(2)長度方向上的變形量達到5?16% ;
[0011]⑶拉伸變形到位后立即卸載拉力至I?3MPa，以保證試樣(2)的垂直；
[0012]⑷將位移傳感器(3)清零，通過保溫箱(5)的加熱裝置對保溫箱(5)內進行加熱，加熱的升溫速率為5°C?15°C /min，升溫過程中，試樣(2)的膨脹或者收縮引起的位移變化通過位移傳感器(3)將信號反饋給自動力學拉伸機，自動力學位伸機通過控制裝置調整上、下夾頭(I)之間的拉力，使位移傳感器(3)的數值保持零狀態(tài)，在整個升溫過程中，自動力學拉伸機的拉力的最大值減去步驟⑶中拉伸變形到位后的卸載拉力值I?3MPa，即得到記憶合金恢復力。
[0013]本發(fā)明選用的測試設備為自動力學拉伸機，該設備是一種應用于測試金屬或者非金屬力學性能的設備，測試系統軟件具備試樣應變量反饋、比較和控制的模塊。能夠自動加載和卸載拉力，同時能夠自動的顯示和調節(jié)加載的載荷值，并且能夠自動的顯示和調節(jié)夾頭之間的位移值，一般應用于測試金屬或非金屬的室溫、低溫、高溫的拉伸性能。
[0014]上述技術方案中所述的記憶合金具備形狀記憶功能的“神奇”的合金，它可以記憶隨溫度的變化的合金的形狀，目前形狀記憶合金的種類有很多，包括NiTi基、Cu基、Fe基等，其中最廣泛應用的是NiTi基的形狀記憶合金。
[0015]本發(fā)明技術方案與現技術相比，具有明顯的獨特性。記憶合金的恢復力測試必然伴隨著溫度的升降，而溫度變化引起了拉伸機夾頭和測試試樣的熱膨脹，熱膨脹的微量的變化導致測試試樣位移的微小的變化，卻會造成恢復力幾十兆帕的改變。本發(fā)明考慮了熱膨脹因素的影響，通過引入一套內置或外置的位移傳感器，成功的剔除了熱膨脹因素的影響，精確地測試出來記憶合金的恢復力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為現有測試方法得到的溫度與恢復應力曲線，在升降溫轉換過程中存在明顯的應力差值。
[0017]圖2為本發(fā)明技術方案測試裝置的一種結構示意圖
[0018]圖3為本發(fā)明技術方案測試裝置的另一種結構示意圖
[0019]圖4為Ni47Ti44Nb9棒材的恢復力測試曲線
[0020]圖5為Ni47Ti44Nb9絲材的恢復力測試曲線
【具體實施方式】
[0021]以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案作進一步地詳述:
[0022]參見附圖2?3所示，本實施例測試的記憶合金為Ni47Ti44Nb9棒材和絲材，棒材的名義成分為Ni47Ti44Nb9，試樣從棒材上線切割，截面為I X Imm,絲材的名義成分為Ni47Ti44Nb9，截面為 Φ 1mm。
[0023]本實施例采用國內制造的TOT-5微機控制電子萬能材料試驗機,最大負荷5kN,試驗溫度區(qū)間-100°C?200°C，測試系統為KPTestV4.3及相關軟件。選擇內置傳感器，傳感器選用進口電子引伸計，工作溫度-100°C?200°C。
[0024]該種記憶合金恢復力的精確測試方法的步驟是:
[0025]⑴將棒材或絲材狀試樣2的兩端分別固定在自動力學拉伸機的上、下夾頭I上，然后將內置位移傳感器3直接安裝在試樣2的兩端之間，位移傳感器3和試樣2同時置于自動力學拉伸機的保溫箱5內；
[0026]⑵密封試樣2所處的保溫箱5，通過保溫箱5內部設置的冷卻介質出口向保溫箱5內注入冷卻介質，對保溫箱5內的空間進行降溫，降溫至記憶合金相變溫度160°C，保溫到試樣2冷透，然后對試樣2進行拉伸變形，在試樣2長度方向上的變形量達到16% ；
[0027]⑶拉伸變形到位后立即卸載拉力至IMPa，以保證試樣2的垂直；
[0028]⑷將位移傳感器3清零，通過保溫箱5的加熱裝置對保溫箱5內進行加熱，加熱的升溫速率為10°C/min，加熱至217°C。升溫過程中，試樣2的膨脹或者收縮引起的位移變化通過位移傳感器3將信號反饋給自動力學拉伸機，自動力學位伸機通過控制裝置調整上、下夾頭I之間的拉力，使位移傳感器3的數值保持零狀態(tài)，在整個升溫過程中，自動力學拉伸機的拉力的最大值減去步驟⑶中拉伸變形到位后的卸載拉力值IMPa，即得到記憶合金恢復力。
[0029]參見附圖4所示，通過Ni47Ti44Nb9棒材的恢復力測試曲線可以看出，測試曲線的升降溫差距幾乎為0，說明該測試方法很好的剔除了溫度引起的熱膨脹因素對恢復力的影響，更精確測量出了 Ni47Ti44Nb9記憶合金的恢復應力。
[0030]參見附圖5所示，通過Ni47Ti44Nb9絲材的恢復力測試曲線可以看出，測試曲線的升降溫差距同樣幾乎為0，說明該測試方法很好的剔除了溫度引起的熱膨脹因素對恢復力的影響，更精確測量出了 Ni47Ti44Nb9記憶合金的恢復應力。
【權利要求】
1.一種記憶合金恢復力的精確測試方法，其特征在于:該方法步驟是: ⑴將棒材或絲材狀試樣(2)的兩端分別固定在自動力學拉伸機的上、下夾頭(1)上，然后安裝傳感器(3)，傳感器(3)的安裝形式分為兩種: 內置位移傳感器(3)，將位移傳感器(3)直接安裝在試樣(2)的兩端之間，位移傳感器(3)和試樣(2)同時置于自動力學拉伸機的保溫箱(5)內； 外置位移傳感器(3)，將位移傳感器(3)安裝在自動力學拉伸機的上、下夾頭(1)之間，位移傳感器(3)置于拉伸機的保溫箱(5)外部； ⑵密封試樣(2)所處的保溫箱(5)，通過保溫箱(5)內部設置的冷卻介質出口向保溫箱(5)內注入冷卻介質，對保溫箱(5)內的空間進行降溫，降溫至記憶合金相變溫度Ms以上10°C，保溫到試樣(2)冷透，然后對試樣(2)進行拉伸變形，在試樣(2)長度方向上的變形量達到5?16% ； ⑶拉伸變形到位后立即卸載拉力至1?3MPa，以保證試樣(2)的垂直； ⑷將位移傳感器(3)清零，通過保溫箱(5)的加熱裝置對保溫箱(5)內進行加熱，加熱的升溫速率為5°C?15°C/min，升溫過程中，試樣⑵的膨脹或者收縮引起的位移變化通過位移傳感器(3)將信號反饋給自動力學拉伸機，自動力學位伸機通過控制裝置調整上、下夾頭(1)之間的拉力，使位移傳感器(3)的數值保持零狀態(tài)，在整個升溫過程中，自動力學拉伸機的拉力的最大值減去步驟⑶中拉伸變形到位后的卸載拉力值1?3MPa，即得到記憶合金恢復力。
【文檔編號】G01N3/08GK104316404SQ201410609872
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】韓勁, 洪起虎, 王二敏, 倪志銘, 楊根林 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院