一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法技术

一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其使用满足下述要求的剪切装置：其由中心对称结构的下剪切偶(1)和上剪切偶(2)配对组合构成，单个剪切偶构成如下：紧固连接部(7)、基础部(6)、配合对正部(4)；其中，基础部(6)为圆柱体形状，紧固连接部(7)、配合对正部(4)沿基础部(6)的轴向分别布置在其两端；紧固连接部(7)、基础部(6)、配合对正部(4)三者固定连接为整体的一体化结构；两个剪切偶的配合对正部(4)上设置有垂直于轴向的贯穿的长方体形样品槽(5)。本发明专利技术适用性广，成本低，可操作性强，技术效果优良，其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

A single shear property test method for micro samples

Single shear performance testing method is widely used in micro samples, its use to meet the following requirements: the shearing device by shear even central symmetric structure (1) and (2) even on shear pairs, single shear even composed as follows: the fastening part (7) of the Department (6) with the Department (4); the base (6) is a cylinder shape, fastening connecting part (7), with the Department of (4) along the base (6) are arranged on the axial ends; fastening connecting part (7) of the Department (6), with the the three part (4) is connected to the integration of the whole structure; with two pairs of positive shear part (4) is arranged on the perpendicular to the axial direction of the rectangular slot through the sample (5). The invention has the advantages of wide applicability, low cost, strong operability and excellent technical effect, and has relatively large economic value and social value which can be expected.

【技术实现步骤摘要】
一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法
本专利技术涉及材料剪切性能测试的技术方案设计和应用
，特别提供了一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法。
技术介绍
剪切表现为构件在大小相等方向相反作用线相距很近的横向外力作用下，两力之间的横截面发生错动，这两个大小相等方向相反作用线相距很近的横向外力称为剪切力，发生剪切变形的截面称为剪切面，剪切力和剪切面面积的比值称为剪切应力。根据构件受到的剪切力的作用方式，可将剪切分为单剪切和双剪切，单剪切表现为剪切力只作用于构件的一个截面；双剪切则表现为剪切力同时作用于构件的两个截面。导致材料破坏的力都是剪切力，拉伸、压缩、扭转等一系列变形虽然宏观上表现为各种不同的变形方式，但是微观上都是材料内部的位错在剪切力的作用下沿着特定的方向和平面产生滑移进而导致材料的宏观变形或者断裂，也就是说导致材料变形和破坏的力实质都是剪切力。在实际工况中，螺栓、铆钉、链接键等很多构件都会受到剪切力的作用。所以，剪切性能是材料非常重要的力学性能指标，是材料各种力学性能指标的基础。典型的螺栓和铆钉受到的剪切力如附图1-4所示。现有测试中，关于材料的剪切性能测试的方法有限，且适用对象单一，方法复杂；现有技术方案中，来自国家标准标《销剪试验方法》，国标号为GB/T13683-92。该方案使得实验对象(实验销子)承受双截面的剪切载荷，最后记录销子断裂时的最大载荷得出剪切强度。该方案很难保证销子在两个截面处同时断裂，得出的剪切强度会有所失真。来自行业标准《金属板材剪切实验方法》，行标号为HB6736-93。该方案试样加工困难，而且试样要求的尺寸过大(某一维度尺寸大于100mm)，其试样尺寸图如附图5所示。来自专利《一种用于薄板简单剪切加载下力学性能测试的装置》，专利号为201010553215.8。该方案适用对象范围较小，而且剪切装置结构复杂，加工困难。在实际加工生产中，有时会遇到尺寸较小(三维尺寸或二维尺寸小于10mm)的产品或构件，在这类产品或构件上所取得的能用于剪切测试的样品就会更小。而且，实际工程中，需要一种简单而且适用范围广的方法来测定材料的剪切性能，人们迫切希望获得一种技术效果优良的广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果优良且广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法。本专利技术能很好地解决现有技术的缺点，其尤其适合小尺度样品的单剪切性能测试操作。本专利技术提供了一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：使用满足下述要求的剪切装置：剪切装置为刚性结构，其具体为两个中心对称结构的剪切偶即下剪切偶1和上剪切偶2二者配对组合构成，配对使用的下剪切偶1和上剪切偶2是由一个圆柱体材料切割加工而成；单个剪切偶的结构如下：紧固连接部7、基础部6、配合对正部4；其中，基础部6为圆柱体形状，紧固连接部7、配合对正部4沿基础部6的轴向分别布置在其两端；配合对正部4为沿圆柱体垂直于轴线所在某平面沿直径半剖开后剩余的半个圆柱体结构；紧固连接部7、基础部6、配合对正部4三者固定连接为整体的一体化结构；两个剪切偶即下剪切偶1和上剪切偶2二者配对时二者的配合对正部4紧密接触使得两个剪切偶共同构成圆柱体形状的结构；两个剪切偶的配合对正部4上设置有垂直于轴线的贯穿的长方体形样品槽5。所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：剪切装置中的紧固连接部7设置有螺纹连接结构；剪切装置所用材料的硬度不低于600HV。所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：样品槽5的宽度W和厚度B是可以根据实际检测实物的尺寸来确定，使得本专利技术的适用范围大大增加。一般情况下，W＝2～20mm，B＝1～10mm。所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：剪切样品配合剪切装置的样品槽5，样品为长方体形，样品的宽度W’和样品的厚度B’均比样品槽的宽度W和样品槽的厚度B小0.1mm，即是W’＝W-0.1；B’＝B-0.1，这样使得样品易于装卸；要求剪切样品表面的粗糙度小于0.8μm，相对表面的平行度小于20μm。所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，具体的剪切操作为：将两个剪切偶即下剪切偶1和上剪切偶2的紧固连接部7分别固定布置在电子万能试验机上，然后使得两个剪切偶的配合对正部4紧密接触，且应将两个剪切偶的配合对正部4上设置的样品槽5对正布置；然后向样品槽5中装入样品，使得样品沿长度方向的中间截面恰好处于两个剪切偶的配合对正部4的接触面上；然后设定应变速率，试验机作用在剪切装置上的拉力通过剪切装置转化为作用在样品上的剪切力，最后在实验机上进行相应的剪切操作并采集实验数据。所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法中，在进行样品剪切试验时，采集并处理实验数据，最后可以得出工程剪切应力-滑移应变曲线；工程剪切应力和滑移应变的计算公式如下：工程剪切应力：τ＝F/(W’*B’)滑移应变：εs＝S/B’。本专利技术是在系统研究了材料剪切实验相关
技术实现思路
的基础上提出了一种借助于专门的剪切装置进行的可操作性更强、适用范围更广、技术效果更优的单剪切性能测试方法，尤其适合于传统剪切实验难以操作的微型样品。本专利技术相关的技术原理等内容简介如下：单剪切变形是从纯剪切变形演变而来，这是由于纯剪切的条件十分苛刻，所以在实际条件下，材料的剪切变形大多属于单剪切变形。单剪切变形可以分解成纯剪切变形、刚性旋转和拉伸/压缩变形，如附图6-8所示，图中[F]表示应变张量、γ和γp分别表示单剪切应变和纯剪切应变，三种变形状态的应变莫尔圆表示如附图9所示，图9中a、b、c分别表示纯剪切变形状态、刚性旋转变形状态和拉伸/压缩变形状态。对于金属板材，在单剪切变形破坏过程中会经历三个变形阶段，分别是弹性变形阶段、塑性变形阶段和撕断阶段，这三个阶段的变形和受力示意图如图10-12所示。弹性变形阶段材料内部少量位错开始滑移，此时材料处于弹性变形范围内；塑性变形阶段材料内部大量位错滑移，材料在剪切面处缓慢错开；在撕断阶段，材料已经承受不住外界的剪切力，材料在剪切面处发生瞬时错开发生断裂。本专利技术中所涉及到的相关参数符号、对应的术语及其数值单位如表1。表1相关参数符号说明符号术语单位τ剪切应力MPaτm剪切强度MPaF剪切试样承受的载荷NB剪切装置的样品槽厚度mmW剪切装置的样品槽宽度mmB’剪切样品的厚度mmW’剪切样品的宽度mmL剪切样品的长度mmS样品在剪切方向的位移mmεs剪切样品的滑移应变％本专利技术主要涉及两方面内容：剪切装置的设计和剪切样品的制备。剪切装置的设计首先是装置所用材料的选择，本专利技术所涉及的剪切装置所用材料的要求为：剪切装置所用材料的硬度不低于600HV，也就是在剪切变形的过程中，剪切装置是刚性的，没有宏观弹性变形，只有测定的材料发生剪切变形。其次是剪切装置的加工，采用车床加工一个φ38的圆柱并在两端加工螺纹；然后采用线切割的方式在圆柱沿高度方向的中心位置垂直于轴线开一个贯穿直径方向的样品槽5，样品槽5必须与装置的轴线垂直，且样品槽5宽度的相对面和厚度相对面的平行度小于40μm；然后采用线切割的方式将圆柱切为等同的两个剪切偶；最后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：其使用满足下述要求的剪切装置：剪切装置为刚性结构，其具体为两个中心对称结构的剪切偶即下剪切偶(1)和上剪切偶(2)二者配对组合构成，配对使用的下剪切偶(1)和上剪切偶(2)是由一个圆柱体材料切割加工而成；单个剪切偶的结构如下：紧固连接部(7)、基础部(6)、配合对正部(4)；其中，基础部(6)为圆柱体形状，紧固连接部(7)、配合对正部(4)沿基础部(6)的轴向分别布置在其两端；配合对正部(4)为沿圆柱体垂直于轴线所在某平面沿直径半剖开后剩余的半个圆柱体结构；紧固连接部(7)、基础部(6)、配合对正部(4)三者固定连接为整体的一体化结构；两个剪切偶即下剪切偶(1)和上剪切偶(2)二者配对时二者的配合对正部(4)紧密接触使得两个剪切偶共同构成圆柱体形状的结构；两个剪切偶的配合对正部(4)上设置有垂直于轴线的贯穿的长方体形样品槽(5)。

【技术特征摘要】
1.一种广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：其使用满足下述要求的剪切装置：剪切装置为刚性结构，其具体为两个中心对称结构的剪切偶即下剪切偶(1)和上剪切偶(2)二者配对组合构成，配对使用的下剪切偶(1)和上剪切偶(2)是由一个圆柱体材料切割加工而成；单个剪切偶的结构如下：紧固连接部(7)、基础部(6)、配合对正部(4)；其中，基础部(6)为圆柱体形状，紧固连接部(7)、配合对正部(4)沿基础部(6)的轴向分别布置在其两端；配合对正部(4)为沿圆柱体垂直于轴线所在某平面沿直径半剖开后剩余的半个圆柱体结构；紧固连接部(7)、基础部(6)、配合对正部(4)三者固定连接为整体的一体化结构；两个剪切偶即下剪切偶(1)和上剪切偶(2)二者配对时二者的配合对正部(4)紧密接触使得两个剪切偶共同构成圆柱体形状的结构；两个剪切偶的配合对正部(4)上设置有垂直于轴线的贯穿的长方体形样品槽(5)。2.按照权利要求1所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：剪切装置中的紧固连接部(7)设置有螺纹连接结构；剪切装置所用材料的硬度不低于600HV。3.按照权利要求1所述广泛适用于微型样品的单剪切性能测试方法，其特征在于：样品槽(5)的宽度W和厚度B能够根据实际检测实物的尺寸来确定，一般的，W＝2～20mm，B＝1～10mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阁平，袁福森，储林华，罗倩倩，王练，高博，李晓珊，顾恒飞，刘承泽，韩福洲，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21