[实用新型]拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪

说明书

技术领域

    本实用新型涉及精密仪器领域，特别涉及一种拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪。可在多种材料性能表征仪器（扫描电子显微镜、光学显微镜、Raman光谱仪、X射线衍射仪等）动态监测下对试件材料载荷作用下的变形损伤机制和微观组织结构变化规律进行动态原位监测。本实用新型在钢铁冶金、有色金属、半导体材料、先进金属、国防军工和航空航天等领域具有良好的应用前景。

背景技术

    材料微观力学性能原位测试技术是近年来发展起来的前沿技术，受到各国政府和研究机构的高度关注。微拉伸扭转力学测试技术具有可以在各类成像仪器的观测下对试件进行原位拉伸、扭转以及复合测试和对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察的诸多优势。相比于传统力学测试技术，微纳米拉伸扭转力学测试技术目前只被少数的研究人员所掌握和使用，主要原因是该项技术需要在满足高的测试精度的同时，保证测试仪器的小型化以及与原位监测设备的兼容性。目前微纳米扭转力学测试主要集中在透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）中开展，两者都具有非常有限的工作腔体，并且需要保证测试装置与工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，正是这些原因限制了微纳米拉伸扭转力学测试技术的快速发展。总体来看，研究高精度、大测试范围、低成本的微纳米拉伸扭转复合力学测试装置依然是具有挑战性的工作，同时也是一项紧迫性的工作。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪，解决了现有技术存在的上述问题，本实用新型为实现体积小、结构精巧的可用于精密材料微纳米拉伸扭转单一以及复合力学性能测试的装置提供一种可用方案。借助本实用新型提供的测试装置，可以实现测试装置与电镜工作腔体的电磁兼容性和真空兼容性，促进原位微纳米拉伸扭转力学测试技术的发展。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪，包括扭矩加载机构、试件夹持机构、拉伸加载机构，所述扭矩加载机构安装在基座1和上支座3上，其中上支座3通过基座支架a、b、c2、39、40固定安装在基座1上，通过两级蜗轮蜗杆减速、换向，将扭矩加载在测试工件；试件夹持机构包含两个试件夹具18和四个调整块20，调整块20安装在试件夹具18里面，调整试件19夹持的位置；拉伸加载机构安装在基座1和上支座3上面，通过两级蜗轮蜗杆减速以及换向，将扭矩施加在丝杠26上，丝杠(26)将旋转运动转化为直线运动，驱动丝杠螺母25直线运动，然后带动拉扭传感器21和试件夹具18进行拉伸运动。

所述的扭矩加载机构包括精密驱动电机a4、电机法兰a5、联轴器a6、蜗杆a8、蜗轮a10、蜗杆b13、蜗轮b14，所述精密驱动电机a4安装在电机法兰a5上，电机法兰a5用螺钉安装在基座1上，其输出轴与蜗杆轴a11通过联轴器4连接；蜗杆a8用螺钉固定安装在蜗杆轴a11，然后通过两个轴承支座a7和两个标准轴承安装在基座1上，并与蜗轮a10形成第一级减速和换向；同理通过蜗杆b13和蜗轮b14形成第二级减速和换向；两级减速和换向，第一级采用较小的减速比，第二级采用较大减速比，以提高扭矩加载的精度，减小扭矩加载机构结构尺寸。扭矩通过蜗轮轴a15传输到试件夹具18上；蜗轮轴a15通过轴承支座c17安装在上支座上3，轴承支座c17内部安装有轴承41，还安装有固定轴承41的轴承端盖16和轴承挡圈42。

所述的试件夹持机构包括轴承端盖16、轴承支座c17、两个试件夹具18及调整块20，左侧的试件夹具18与第二级减速输出轴连接，即蜗轮轴a15，两者通过精密轴承、轴承支座c17以及轴承端盖16和螺钉安装在上支座3上；右侧的试件夹具18直接与拉伸加载机构的精密拉扭传感器21连接。

所述的拉伸加载机构包括精密拉扭传感器21、螺母连接套22、支撑板23、精密导轨滑块24、丝杠螺母25、丝杠26以及两级蜗轮蜗杆减速机构，所述精密拉扭传感器21的左端通过螺钉与右侧的试件夹具18连接，精密拉扭传感器21的右端通过螺钉与螺母连接套22安装在一起，螺母连接套22安装在丝杠螺母25上, 丝杠螺母25和丝杠26构成的丝杠螺母副通过丝杠支撑座27安装在上支座3上，支撑板23分别连接螺母连接套22和导轨滑块24，由丝杠螺母25带动支撑板23实现直线运动，导轨滑块24固定安装在支撑块43上，丝杠螺母副由右侧的两级蜗轮蜗杆减速驱动，其传动方式和左侧的扭转加载传动一样。