[发明专利]一种脉冲电流辅助棒状试样单轴拉伸的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料变形行为测试装置技术领域，具体地，涉及一种脉冲电流辅助棒状试样单轴拉伸的试验装置。

背景技术

自从前苏联学者O.A.Troitskii等人发现脉冲电流对锌单晶的变形行为存在明显影响后，脉冲电流作为一种新的材料处理方式引起了人们的高度重视。经研究表明，脉冲电流可以增强材料的变形能力，即电致塑性。K.Okazaki和H.Conrad等人的研究结果已经证实脉冲电流可以降低纯Ti、Pb、Sn的变形抗力，从而提高其金属延展性；Jiang等人在研究了脉冲电流对AZ91镁合金轧制的影响后，发现脉冲电流提高了AZ91镁合金的成形能力，而且变形过程中无需再退火以消除加工硬化问题，同时还可以抑制β相的产生，提高合金性能；Tang等人将脉冲电流应用到奥氏体不锈钢、304L不锈钢等合金的冷拔工艺中，发现脉冲电流可以减小冷力(约为20％～50％)，并使得金属延伸率明显增加，表面质量也得到改善，而且大大提高了生产效率。

综上所述，脉冲电流在改善材料组织结构以及提高材料性能方面存在明显的改善效果，但在实验研究过程中还存在如下问题：

1、根据国家和行业标准，现有的研究方式都是将金属试样加工成1-3mm厚的板状结构，由于要在小尺寸范围内保证试样规格的精准度，因此加工难度很大；

2、用尺寸误差大的板状试样进行试验，最终得到的试验结果可靠性不高，不利于研究工作的开展；

3、为了得到精确的数据，无论是选择多次重复试验还是采用精细的加工方法，都抬高了试验成本并导致材料浪费，考虑到有些金属合成困难、价格昂贵，这就限制了相关研究的进行。

中国专利CN201510012160公开了一种通电热拉伸试验装置及拉伸试验方法，电子万能试验机的上、下夹具均包括夹持板、连杆以及用于实现二者间接连接的绝缘板，所述夹具通过连杆固定设置在电子万能试验机的上横梁或活动横梁上，所述夹持板用于固定连接试样的两端且分别与电源的正、负极连通。该发明结构简陋，绝缘安全性无法保证，且仅限于对板状试样的通电热拉伸试验，无法解决上述板状试样存在的问题；另外，由于夹具的夹持板本身是一个固定件，结构体积大，当有大电流(几百甚至几千安培)通过时，夹持板会产生大量的焦耳热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、安全性高、数据精确、焦耳热量少、试验成本低的用于脉冲电流辅助金属试样单轴拉伸试验的装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种脉冲电流辅助棒状试样单轴拉伸的试验装置，包括脉冲电源和拉伸试验机，所述拉伸试验机包括至少一组相对设置且分别与棒状试样两端固定连接的拉伸夹具、以及用于带动同组的两个拉伸夹具相互靠近或远离的驱动装置，在所述棒状试样的两个端头位置分别设有至少部分环设在棒状试样外圆面上的导电环，且所述导电环通过导线分别连接脉冲电源的正、负极；

在同组的两个拉伸夹具上均设有型腔且两个型腔的相对面开口以用于棒状试样穿过，在每个型腔内均设有两个相对设置的绝缘夹块，相对设置的两绝缘夹块与相对设置的两拉伸夹具是在不同方向上相对，在两个绝缘夹块的相对面上分别设有卡槽，在每个卡槽内均设有材质刚度大于绝缘夹块的定位夹块，在两个定位夹块的相对面上分别设有定位槽，所述棒状试样的两端及设于其两端的导电环容纳于所述定位槽内并与其卡接固定。

优选地，所述型腔为楔形结构且两个型腔较窄的一端相对设置，所述绝缘夹块与型腔内壁间存在活动空间，所述拉伸夹具还包括设置在型腔内且位于型腔较宽一端的紧固旋钮，所述紧固旋钮可沿棒状试样的长度方向往复运动，进而带动所述绝缘夹块与型腔内壁间的压紧或放松；当所述绝缘夹块受到型腔内壁的挤压时，相对设置的两个绝缘夹块相互靠近并通过定位夹块将棒状试样夹紧固定。

优选地，相对设置的两绝缘夹块为结构对称的两绝缘夹块；在所述定位槽和棒状试样的接触面上设置有至少一处滚花防滑结构。

在试验过程中要保持试样始终被牢固夹紧，因此设计楔形的型腔既可以达到该目的又可以方便对试样的装取；考虑到绝缘夹块的刚度达不到夹持力度的要求，因此在绝缘夹块的卡槽内又设置了定位夹块，所述定位夹块选用刚度大的材质且其与棒状试样的接触面上经过滚花处理，从而确保棒状试样的紧固夹持。

优选地，所述绝缘夹块和定位夹块间通过销钉固连，且在绝缘夹块和定位夹块上分别开有位置对应的销孔。

优选地，所述绝缘夹块的材质为环氧树脂，所述定位夹块的材质为钢板，所述导电环的材质为铜。