本發(fā)明涉及形狀記憶材料彈熱效應(yīng)測試技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種可用于4.2K-573K溫區(qū)內(nèi)任意溫度環(huán)境下的形狀記憶材料彈熱性能的測試裝置。

背景技術(shù)：

對(duì)某些材料(尤其是合金材料，例如Ni-Ti，Cu-Al-Mn，Cu-Zn-Al等合金)具有形狀記憶特性好、金屬耐疲勞特性強(qiáng)、金屬強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)對(duì)材料進(jìn)行加載力的時(shí)，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部組織發(fā)生相變，即馬氏體轉(zhuǎn)變。由于相變會(huì)使材料產(chǎn)生相變溫度，即發(fā)生溫度變化。由于材料具有強(qiáng)的形狀記憶特性，當(dāng)對(duì)材料卸載力時(shí)，相變后的材料又恢復(fù)到原來的晶格狀態(tài)，這一過程也發(fā)生了相變，材料產(chǎn)生相變溫度。一般情況下在對(duì)材料進(jìn)行拉伸或者彎曲加載力時(shí)，材料溫度升高，當(dāng)對(duì)材料卸載力時(shí)，材料溫度下降。對(duì)這一溫度變化現(xiàn)象稱為“熱彈性馬氏體轉(zhuǎn)變溫度”。

形狀記憶合金是在傳統(tǒng)馬氏體相變的現(xiàn)象和理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的功能材料，由于該材料在相變過程中會(huì)產(chǎn)生一些特殊的性能，特別是形狀記憶效應(yīng)、高阻尼性和超彈性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、航天、紡織工業(yè)、家用電器、電子、能源和機(jī)械等領(lǐng)域中。隨著形狀記憶合金的廣泛應(yīng)用，目前，對(duì)其研究也越來越深入，但是目前只有在室溫條件下測量材料彎曲形變下的彈熱性能的簡易裝置，而沒有一種可在大的溫度范圍內(nèi)測量形狀記憶合金任一應(yīng)變的彈熱性能的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可在多種溫度下測試材料任意應(yīng)變的彈熱性能的裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種材料彈熱性能的測試裝置，包括：

真空杜瓦容器，試樣放置在所述真空杜瓦容器內(nèi)并對(duì)試樣進(jìn)行保溫減少漏熱；

控溫系統(tǒng)，用來控制所述真空杜瓦容器內(nèi)的溫度，為試樣提供所需的環(huán)境溫度；

力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，在進(jìn)行材料彈熱性能測試過程中，為試樣提供負(fù)荷及卸載負(fù)荷；

數(shù)據(jù)輸入及采集的程序控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過程序向所述力學(xué)試驗(yàn)機(jī)輸入試驗(yàn)參數(shù)，并采集力學(xué)試驗(yàn)機(jī)傳感器和試樣處溫度計(jì)的測試數(shù)據(jù)；

以及引伸計(jì)，用于測量試樣的應(yīng)變。

優(yōu)選地，當(dāng)試驗(yàn)溫度要求4.2K或77K溫度進(jìn)行時(shí)，通過將液氦或液氮注入到所述真空杜瓦容器中浸泡試樣來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述控溫系統(tǒng)包括控溫儀和加熱裝置，當(dāng)試驗(yàn)溫度要求4.2K-77K或77K-室溫溫區(qū)進(jìn)行時(shí)，先通過將液氦或液氮注入所述真空杜瓦容器內(nèi)進(jìn)行預(yù)冷，再通過所述加熱裝置為真空杜瓦容器內(nèi)部環(huán)境升溫來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述控溫系統(tǒng)包括控溫儀和加熱裝置，當(dāng)試驗(yàn)溫度要求室溫以上至573K溫區(qū)進(jìn)行時(shí)，通過所述控溫儀和加熱裝置為真空杜瓦容器內(nèi)部環(huán)境升溫來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述力學(xué)試驗(yàn)機(jī)根據(jù)試樣所需的應(yīng)變進(jìn)行設(shè)置，并由應(yīng)變來控制力學(xué)試驗(yàn)機(jī)為試樣加載的負(fù)荷。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)輸入及采集的程序控制系統(tǒng)向力學(xué)試驗(yàn)機(jī)輸入的參數(shù)包括：試樣所需測試的應(yīng)變大小、位移過程中的位移速度、達(dá)到所需應(yīng)變后的位移的保載時(shí)間、卸載過程中試樣位移的速度、卸載最終目標(biāo)力的大小、目標(biāo)力保載的時(shí)間和試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的測試裝置可實(shí)現(xiàn)材料的任意應(yīng)變下的拉伸、彎曲等形變；并能實(shí)現(xiàn)低溫(最低液氦4.2K)、室溫、高溫(最高300攝氏度)下任意環(huán)境溫度下的彈熱性能測量；環(huán)境溫度精確可控可調(diào)。能準(zhǔn)確測量出材料在任意溫度下(4.2K-573K)發(fā)生相變時(shí)的溫度變化。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種材料彈熱性能測試裝置，包括：力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1、真空杜瓦容器2、加熱器3、溫度計(jì)4、引伸計(jì)5、控溫儀6和數(shù)據(jù)輸入及采集程序控制系統(tǒng)7。力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1上設(shè)有夾具9、傳感器10和拉伸桿11，拉伸桿11的一端與夾具9連接，另一端通過傳感器10固定在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1上。試樣8安裝在夾具9上，引伸計(jì)5和溫度計(jì)4均設(shè)置在試樣8上，分別用來采集試樣8的應(yīng)變和溫度，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)輸入及采集程序控制系統(tǒng)7。真空杜瓦容器2設(shè)置在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1的法蘭盤上，加熱器3設(shè)置在真空杜瓦容器2的內(nèi)部，控溫儀6通過加熱器3對(duì)真空杜瓦容器2升溫，真空杜瓦容器2為試樣8及其環(huán)境保溫。

本實(shí)施例中力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1對(duì)試樣8施加拉伸力，測試試樣8發(fā)生拉伸應(yīng)變時(shí)的彈熱性能。在其它的實(shí)施列中，力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1可對(duì)試樣8施加拉伸、壓縮、彎曲或扭轉(zhuǎn)等任意應(yīng)變，本發(fā)明的裝置可測試試樣8任意應(yīng)變下的彈熱性能。

本發(fā)明的測試裝置的實(shí)驗(yàn)流程包括下述步驟：

(1)將試樣8安裝在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1的夾具9上，并將適合試樣8標(biāo)距的引伸計(jì)5和溫度計(jì)4設(shè)置在試樣8上。

(2)將真空杜瓦容器2安裝在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1的法蘭盤上，為試樣及其環(huán)境保溫。

(3)當(dāng)加熱器3加熱真空杜瓦容器2達(dá)到試樣所需的溫度后，將試樣的直徑、厚度、寬度、規(guī)定非比例延伸率、規(guī)定總延伸率、原始標(biāo)距、引伸計(jì)標(biāo)距等一系列參數(shù)輸入到數(shù)據(jù)輸入及采集程序控制系統(tǒng)7中。同時(shí)也將拉伸過程中，試樣所需測試的應(yīng)變大小、試樣被拉伸的位移速度、達(dá)到所需應(yīng)變后的試樣位移的保載時(shí)間、卸載過程中試樣位移的速度、卸載最終目標(biāo)力的大小、目標(biāo)力保載的時(shí)間及試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)也輸入到數(shù)據(jù)輸入及采集程序控制系統(tǒng)7中。

(4)開始對(duì)試樣8進(jìn)行拉伸，數(shù)據(jù)輸入及采集程序控制系統(tǒng)7采集傳感器10與引伸計(jì)5將測量到的試樣8所承受的力、應(yīng)力和應(yīng)變以及溫度計(jì)4測得的溫度。

在試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試樣8加載負(fù)荷的過程中，力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1是根據(jù)所需試樣的應(yīng)變進(jìn)行設(shè)置，并由應(yīng)變來控制力學(xué)試驗(yàn)機(jī)為試樣加載的負(fù)荷。這是因?yàn)樵嚇?由于材質(zhì)或者內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同，在達(dá)到相同的應(yīng)變的情況下，力學(xué)試驗(yàn)機(jī)1加載的負(fù)荷會(huì)不同。由于試樣8應(yīng)變過程中會(huì)產(chǎn)生位移，可設(shè)置試驗(yàn)加載過程中位移變化的速度及達(dá)到所需應(yīng)變后位移保載的時(shí)間。加載過程中試樣會(huì)有溫升的現(xiàn)象，等試樣恢復(fù)到環(huán)境溫度后，對(duì)加載在試樣上的負(fù)荷進(jìn)行卸載，卸載過程中是通過設(shè)置試樣的位移速度及卸載完成時(shí)的試驗(yàn)機(jī)加載在試樣上的最小力(目標(biāo)力)來完成的。卸載過程中試樣會(huì)有溫降現(xiàn)象，卸載完成后，進(jìn)行力保載一段時(shí)間，等試樣恢復(fù)到環(huán)境溫度后，進(jìn)行該試樣的下一個(gè)循環(huán)的彈熱性能測試。

本實(shí)施例中，因試驗(yàn)所需的溫度在室溫以上，所以控溫儀6通過加熱器3對(duì)真空杜瓦容器2內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行升溫，就可達(dá)到所需的試驗(yàn)溫度。本發(fā)明的測試裝置可最高到573K的試驗(yàn)溫度。加熱器3為加熱電阻、加熱片或加熱帶。在進(jìn)行4.2K或77k溫度的試驗(yàn)時(shí)，將液氦或液氮注入到真空杜瓦容器2中，浸泡試樣8來達(dá)到試驗(yàn)所需的溫度。當(dāng)試驗(yàn)溫度要求在4.2K-77K或77K-室溫溫區(qū)內(nèi)時(shí)，先通過用液氦或液氮預(yù)冷真空杜瓦容器，再通過控溫儀6和加熱器3為真空杜瓦容器2內(nèi)部環(huán)境升溫，最后通過控溫儀6控溫以達(dá)到所需的試驗(yàn)溫度。加熱裝置可以是加熱電阻，加熱片或者加熱帶。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。