冷热原位拉伸测试系统是一款集力学加载、宽域温控与多场耦合观测于一体的高阶材料研究平台。该系统专为微纳米尺度及小尺度样品设计,普遍应用于生物组织、金属、陶瓷、功能涂层、玻璃、有机聚合物及纤维等多种材料的性能研究。系统可在-190℃至600℃以及室温至1200℃的宽广温度范围内进行精确测试,温控精度最高达±0.1℃,并具备最大5000N的载荷能力。其重要优势在于,能够对材料在动态拉伸载荷与极端温度耦合作用下的行为进行原位、实时的观测与测量。通过集成高分辨率光学显微镜、数字图像相关(DIC)、以及力学测试系统,该平台可同步采集材料的载荷-形变-温度数据,并直接关联其微观结构的动态演化。这使得研究人员能够定量分析与揭示一系列关键机理,包括但不限于:
材料的微观力学性质与相变行为;
材料的高温蠕变、疲劳断裂、分层与弯曲特性;
形变与相变过程中伴随的电学性能演变。
该系统最终实现了从微观机理到宏观性能的桥梁构建,为深入理解材料在复杂服役环境下的行为、优化材料设计与工艺提供了强有力的研究工具。
本次准备测试上海交通大学寄出的钛合金的样品,分为室温和高温950℃两种状态。

DIC耦合温控力控的全场显微应变测量系统系统
1主机及力学控制系统
1)主机
①支持恒速模式、恒力模式
②可配套显微镜、光谱仪、DIC和视觉引伸计等使用
③可充入保护气体的气密腔,低温不结霜
④模块化设计,结构紧凑
⑤支持水平、竖直安装
2)温度控制器
液氮-电热模式-190~600℃,电加热模式RT~1000℃(选配),两种模式采用通用的结构接口设计适配原位拉伸台,满足客户的不同温度下力学测试要求。
3)控制软件
XTDIC分析软件
2实验准备
1)样品尺寸(可定制):

2)对样品进行散斑制作

标准冷热测试样品(可定制)
室温和高温950℃:实验过程采用双向拉伸,拉伸速度 0.6mm/min。

4实验结果
室温:
该实验记录了钛合金试样的力-变形数据。试样在拉伸过程中承受的屈服力约 1505 N 时,,此时对应的位移约为 1.2 mm。随后试样在位移达到约 2.3 mm、载荷降至 1502 N 左右时发生断裂。

下图为室温下状态下变形从均匀到局部化的0%~90%过程。在90%加载阶段,位移场的剧烈非均匀分布与突出梯度,是颈缩已发生并进入严重局域化的直接证据。该阶段为裂缝萌生的前兆,与宏观力-位移曲线中峰值后承载力下降的阶段完全对应。

高温950℃:
根据实验数据,该钛合金试样在950℃高温拉伸时,其屈服力突出降低至一个较低的水平。试样在达到该屈服力后,能够承受持续的大塑性变形,断裂时的位移大于室温下的2.3 mm,展现出相对较好的高温延展性。

从0~90%变化看出在高温下长期承受应力,钛合金会发生缓慢的、持续的塑性变形,这叫做蠕变。

