王貴勇,王海舟,王 蓬,朱林茂,祝鐵柱,沈?qū)W靜，趙 雷,李冬玲

(1.鋼鐵研究總院,北京 100081;2.鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司,北京 100081;金屬材料表征北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)

0 引 言

針對(duì)金屬材料拉伸性能的測(cè)試,傳統(tǒng)的測(cè)試方法試樣尺寸較大,同時(shí),大量重復(fù)性測(cè)試會(huì)造成材料浪費(fèi)。另外,對(duì)服役中的材料(特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料及材料尺寸有限的服役材料)進(jìn)行測(cè)試時(shí),傳統(tǒng)的測(cè)試方法割取試樣會(huì)造成設(shè)備的損傷。

而微小試樣力學(xué)性能拉伸測(cè)試通過(guò)截取微型試樣進(jìn)行測(cè)試,可接近滿足對(duì)材料力學(xué)性能的無(wú)損檢測(cè)[1,2]。

由于被測(cè)材料的體積受限,無(wú)法制備滿足常規(guī)尺寸要求,借助微小拉伸樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的方法稱為微小拉伸樣品測(cè)試方法[3]。通常把試樣尺寸區(qū)別于常規(guī)拉伸樣品的試樣稱為微小拉伸試樣,其名義橫向尺寸通常小于3 mm,縱向尺寸小于25 mm。

針對(duì)微小試樣的拉伸測(cè)試,目前的研究主要集中在單軸微拉伸方面。如LUCAS G E等人[4]開(kāi)展了小尺寸樣品在輻射材料方面的應(yīng)用研究。張國(guó)慶等人[5]設(shè)計(jì)了微拉伸測(cè)試系統(tǒng),并對(duì)SU-8光刻膠進(jìn)行了微尺度力學(xué)性能測(cè)試。

然而,單軸拉伸由于一次只能進(jìn)行一根試樣的測(cè)試,難以滿足高通量測(cè)試技術(shù)的需求。高通量測(cè)試技術(shù)是指在相同環(huán)境條件下,一次對(duì)多個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)[6-8]。

關(guān)于高通量力學(xué)拉伸性能測(cè)試技術(shù),相關(guān)研究較少。國(guó)外僅有HECKMANA N M[9]、SALZBRENNERA B C[10]等人使用了增材制造對(duì)微小拉伸樣品進(jìn)行了批量制備,然后使用測(cè)試設(shè)備對(duì)制備的試樣逐一進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)現(xiàn)材料表面粗糙度、孔隙率和微觀結(jié)構(gòu)等隨機(jī)性差異對(duì)性能分布變化影響的評(píng)估。國(guó)內(nèi)僅有陳新[11]、周宇[12]、張東升[13]等人在專利中對(duì)高通量試驗(yàn)裝置提出了設(shè)想,而工程應(yīng)用中鮮見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

因此,筆者開(kāi)發(fā)一種力學(xué)性能高通量測(cè)試系統(tǒng),可同時(shí)對(duì)多個(gè)微小試樣進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試,在系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)微小試樣力學(xué)拉伸性能的高通量測(cè)試,并通過(guò)準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及不確定度評(píng)定對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 基于并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1—工作臺(tái)面;2—測(cè)試裝置;3—電機(jī)及減速系統(tǒng);4—夾具;5—試樣

并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)主要由:力傳感器、變形傳感器、滾珠絲杠及夾具組成的6個(gè)獨(dú)立通道的力學(xué)性能測(cè)試裝置,以及1個(gè)電機(jī)、減速系統(tǒng)組成的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組成。

其工作原理為:電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)減速系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，減速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試裝置上的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)力學(xué)性能測(cè)試裝置的橫梁來(lái)回運(yùn)動(dòng)的控制,進(jìn)而完成拉伸、壓縮等性能測(cè)試。

測(cè)試時(shí),可同時(shí)選中6個(gè)通道的力學(xué)性能測(cè)試裝置,實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)6根微小試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。也可根據(jù)測(cè)試需要,選中其中的任意幾個(gè)或1個(gè)通道進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試中,多個(gè)通道的測(cè)試裝置同時(shí)進(jìn)行測(cè)試時(shí),如果某個(gè)測(cè)試通道的測(cè)試結(jié)束,則該測(cè)試通道的離合器自動(dòng)分開(kāi),測(cè)試通道停止工作,其余未完成測(cè)試的測(cè)試通道則繼續(xù)工作,直到所有測(cè)試全部結(jié)束。每個(gè)測(cè)試通道均擁有獨(dú)立的變形傳感器和力值傳感器,獨(dú)立采集每個(gè)被測(cè)試樣的變形及力值等數(shù)據(jù)。

2 控制系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

該控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、多通道核心處理器、開(kāi)關(guān)輸入輸出模塊、電源系統(tǒng)及各測(cè)試通道的力值、變形及定位傳感器等組成。

其中,開(kāi)關(guān)量輸入輸出主要用于系統(tǒng)及測(cè)試通道的安全保護(hù)、限位保護(hù)及離合器通斷控制等;各測(cè)試通道的變形傳感器、力值傳感器則通過(guò)并行傳輸?shù)姆绞酵瑫r(shí)傳遞到多通道核心處理器,核心處理器采集到各通道測(cè)試數(shù)據(jù)后,進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理,并將處理后的數(shù)據(jù)傳遞給控制軟件;定位傳感器用來(lái)對(duì)測(cè)試通道的夾具位置進(jìn)行快速?gòu)?fù)位。

控制系統(tǒng)的工作原理為:通過(guò)在控制軟件上一鍵操作,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)6個(gè)測(cè)試通道的獨(dú)立同步控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)被測(cè)試樣的同步測(cè)試。具體如下:

控制軟件向測(cè)控系統(tǒng)發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作,電機(jī)通過(guò)減速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)測(cè)試通道的上的滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)各測(cè)試通道移動(dòng)橫梁的同步來(lái)回運(yùn)動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)樣品的同步拉伸、壓縮等測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中,控制軟件能夠獨(dú)立采集并處理各測(cè)試通道的力值和試樣變形數(shù)據(jù),并繪制各測(cè)試通道的測(cè)試曲線,以及計(jì)算、處理測(cè)試結(jié)果等。

測(cè)試中,當(dāng)某個(gè)測(cè)試通道的測(cè)試結(jié)束時(shí),并不影響其他測(cè)試通道的測(cè)試?yán)^續(xù)進(jìn)行,直到全部被測(cè)樣品完成測(cè)試。如果測(cè)試單元的移動(dòng)橫梁到達(dá)安全保護(hù)位置時(shí),離合器將自動(dòng)斷開(kāi),實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試通道的安全保護(hù)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

控制軟件功能模塊如圖3所示。

圖3 控制軟件功能組成

軟件系統(tǒng)主要由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊、測(cè)試過(guò)程控制模塊、試樣信息模塊、測(cè)試結(jié)果模塊、測(cè)試數(shù)據(jù)分析模塊及檢定模塊等組成。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊包括數(shù)據(jù)采集周期、顯示精度,測(cè)試項(xiàng)目及曲線坐標(biāo)設(shè)置等。測(cè)試過(guò)程控制模塊主要對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行控制,包括測(cè)試通道的選擇,測(cè)試速度、預(yù)載力設(shè)置及測(cè)試開(kāi)始及測(cè)試結(jié)束等。試樣信息模塊主要對(duì)被測(cè)試樣的尺寸、材料等信息進(jìn)行錄入。

測(cè)試結(jié)果模塊主要對(duì)每個(gè)測(cè)試通道的測(cè)試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果等信息進(jìn)行顯示。測(cè)試數(shù)據(jù)分析模塊可以對(duì)測(cè)試曲線、曲線上的特征點(diǎn)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。檢定模塊主要用于力值、變形傳感器的示值標(biāo)定和校準(zhǔn)。

測(cè)試系統(tǒng)的工作流程圖如圖4所示。

圖4 測(cè)試系統(tǒng)工作流程圖

測(cè)試工作流程為:

根據(jù)被測(cè)樣品的類型選擇相應(yīng)的測(cè)試方法,然后對(duì)被測(cè)樣品的尺寸進(jìn)行測(cè)量,并把相關(guān)測(cè)量參數(shù)及材料牌號(hào)等錄入到每個(gè)試樣信息模塊中;

按照試樣的尺寸選擇合適的夾具,并將試樣和夾具安裝到測(cè)試通道上;當(dāng)所有被測(cè)樣品全部安裝完成后,通過(guò)軟件操作對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)加初載,然后在控制軟件上點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”,各測(cè)試通道將同步啟動(dòng)對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)試;

測(cè)試中,各測(cè)試通道獨(dú)立采集每個(gè)被測(cè)試樣的力值和變形數(shù)據(jù),并在控制軟件界面實(shí)時(shí)顯示時(shí)間-力值、時(shí)間-變形、應(yīng)變-應(yīng)力、變形-力值等測(cè)試曲線;當(dāng)被測(cè)樣品完成測(cè)試時(shí),控制軟件將自動(dòng)判斷是否有其他測(cè)試,如果有,則測(cè)試?yán)^續(xù)進(jìn)行;沒(méi)有,則測(cè)試結(jié)束;

測(cè)試結(jié)束后,控制軟件將自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理和計(jì)算,并在控制軟件上顯示測(cè)試結(jié)果,可根據(jù)需要選擇是否打印測(cè)試報(bào)告。

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)

并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),需要結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)各測(cè)試通道的力值、變形測(cè)量裝置及位移速率的準(zhǔn)確度進(jìn)行綜合評(píng)定。

參照J(rèn)JG 475—2008《電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》及JJF 1296.1—2011《靜力單軸試驗(yàn)機(jī)型式評(píng)價(jià)大綱第1部分:電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)》,筆者采用準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀對(duì)各測(cè)試通道的力值進(jìn)行校準(zhǔn);采用準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)高精度位移速率檢定裝置對(duì)變形測(cè)量裝置、位移速率進(jìn)行校準(zhǔn)。

筆者分別對(duì)力值、變形及位移速率的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定并對(duì)評(píng)定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)。

3.2 實(shí)驗(yàn)

筆者采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)拉伸物質(zhì)進(jìn)行比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

具體方案為設(shè)計(jì)直徑分別為1.0 mm、1.5 mm、2.5 mm的3種微小拉伸樣品,從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)拉伸物質(zhì)上進(jìn)行取樣加工,在測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行拉伸測(cè)試。測(cè)試速率根據(jù)小試樣的橫截面積和平行段長(zhǎng)度,參照標(biāo)準(zhǔn)拉伸物質(zhì)給定的速率進(jìn)行等比例縮小。

為保證測(cè)試材料取樣的一致性,筆者規(guī)定取樣位置為拉伸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的中間平行段,取樣位置示意圖如圖6所示。

圖6 取樣位置示意圖

比對(duì)的測(cè)試參數(shù)為:最大抗拉強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度和規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)。筆者通過(guò)比對(duì),觀察不同直徑微小拉伸試樣的強(qiáng)度指標(biāo)隨尺寸變化而發(fā)生改變的趨勢(shì),為后續(xù)進(jìn)行微小試樣力學(xué)性能測(cè)試研究,建立尺寸效應(yīng)相關(guān)性模型奠定基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)拉伸物質(zhì)的最大抗拉強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的證書獲得,并在常規(guī)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證;上屈服強(qiáng)度、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)通過(guò)在常規(guī)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行多次測(cè)試,取其平均值作為參考值。

進(jìn)行對(duì)比測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)拉伸樣品編號(hào)為:GSB 03—2039—2016(φ10),出廠編號(hào)為:211014—41—211014—45,標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為(655±15)MPa,標(biāo)準(zhǔn)下屈服強(qiáng)度為(400±15)MPa,通過(guò)在常規(guī)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試,得到的上屈服強(qiáng)度為(405±15)MPa,規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)為(403±15)MPa。

最大抗拉強(qiáng)度定義為最大測(cè)試力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力:

(1)

式中:Fm—最大力;So—原始橫截面積。

上屈服強(qiáng)度定義為測(cè)試力首次下降前的最大力對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,通常取屈服前的第1個(gè)峰值應(yīng)力為上屈服強(qiáng)度:

(2)

式中:FeH—測(cè)試力首次下降前的最大力;So—原始橫截面積。

下屈服強(qiáng)度定義為不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí),屈服階段中的最小力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力:

(3)

式中:FeL—不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小力;So—原始橫截面積。

規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)的計(jì)算,定義為:在曲線圖上作一條與測(cè)試曲線的彈性直線段部分平行,且在延伸軸上與該直線段的距離等效于規(guī)定塑性延伸率的直線,該直線與測(cè)試曲線的交截點(diǎn)即為所求規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的力對(duì)應(yīng)的應(yīng)力:

(4)

式中:Fp0.2—規(guī)定塑性延伸率為0.2%時(shí)對(duì)應(yīng)的測(cè)試力;So—原始橫截面積。

設(shè)計(jì)的微小拉伸樣品尺寸圖如圖7所示。

圖7 微小拉伸試樣加工尺寸圖

制備試樣時(shí),為消除表面粗糙度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,筆者規(guī)定試樣的中間平行段表面粗糙度與標(biāo)準(zhǔn)拉伸物質(zhì)的表面粗糙度相同,試樣制備后通過(guò)表面粗糙度比較樣塊進(jìn)行加工質(zhì)量控制。

由于微小試樣的橫截面積尺寸誤差對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的影響較明顯,因此,原始橫截面積不能用尺寸誤差范圍之內(nèi)的名義值代替,需要對(duì)每個(gè)試樣的尺寸進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

在形狀公差方面,沿著微小拉伸試樣整個(gè)平行段長(zhǎng)度,規(guī)定橫向直徑尺寸測(cè)量值的極差優(yōu)于國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求,取0.02 mm。

筆者將加工完成的微小拉伸試樣進(jìn)行編號(hào),在系統(tǒng)上進(jìn)行測(cè)試。

3.3 結(jié)果分析

直徑為φ2.5 mm、φ1.5 mm、φ1.0 mm的微小拉伸試樣,在6個(gè)測(cè)試通道同時(shí)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)間-力值、應(yīng)變-應(yīng)力曲線圖,如圖(8～10)所示。

圖8 φ2.5 mm拉伸試樣的測(cè)試曲線圖

圖9 φ1.5 mm拉伸試樣的測(cè)試曲線圖

圖10 φ1.0 mm拉伸試樣的測(cè)試曲線圖

從圖(8～10)可知:對(duì)于不同直徑的微小拉伸試樣,6根試樣同時(shí)進(jìn)行測(cè)試時(shí),各試樣的測(cè)試曲線趨勢(shì)較為一致,均出現(xiàn)了明顯屈服的現(xiàn)象;且相同直徑的試樣的測(cè)試曲線較為接近,一致性較好。

此外,各試樣的測(cè)試曲線較為光滑,說(shuō)明各測(cè)試通道之間相互干涉較小。已經(jīng)結(jié)束測(cè)試的通道并不會(huì)對(duì)其他正在進(jìn)行測(cè)試的通道造成明顯干涉,也不會(huì)影響其他通道測(cè)試的繼續(xù)進(jìn)行,直到全部測(cè)試結(jié)束。

上述結(jié)果說(shuō)明,并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)方案可行。

測(cè)試的最大抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性延伸強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)(參考)值對(duì)比情況如表1所示。

表1 最大抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性延伸強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)(參考)值對(duì)比

從表1可以看出:不同直徑的試樣,隨著試樣直徑的減小,強(qiáng)度指標(biāo)出現(xiàn)了減小的趨勢(shì),即出現(xiàn)了“越小越弱”的現(xiàn)象,符合第一類尺寸效應(yīng)。

3.4 拉伸測(cè)試結(jié)果的不確定度評(píng)定

影響試樣強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的主要影響因素包括測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性、測(cè)試力、試樣原始橫截面積及拉伸速率等。上述因素都會(huì)為測(cè)試結(jié)果帶來(lái)不確定性。

最大抗拉強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度的測(cè)量模型分別如式(1～4)所示。

筆者采用GUM[14,15]法對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。筆者對(duì)測(cè)試重復(fù)性引入的不確定分量,根據(jù)表1中試樣直徑為2.5 mm的測(cè)試結(jié)果,采用A類方法中的貝塞爾公式計(jì)算,取6根試樣測(cè)試結(jié)果的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為標(biāo)準(zhǔn)不確定度,即:

(5)

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

(6)

筆者將表1中試樣直徑為2.5 mm的測(cè)試結(jié)果代入式(5,6),計(jì)算得到最大抗拉強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度及規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度分量分別為:urm=0.203%、ureH=0.324%、ureL=0.293%、urp0.2=0.314%。

筆者對(duì)測(cè)試力、試樣原始橫截面積及拉伸速率引入的不確定分量,采用B類方法評(píng)定。

最大抗拉強(qiáng)度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

(7)

上屈服強(qiáng)度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

(8)

下屈服強(qiáng)度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

(9)

規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

(10)

測(cè)試結(jié)果取95%的置信區(qū)間,則置信因子k=2,將置信因子分別乘以式(7～10),即得到各測(cè)試參數(shù)為擴(kuò)展不確定度。擴(kuò)展不確定度取2位有效數(shù)字。

測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度計(jì)算結(jié)果匯總

從表2可知:最大抗拉強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度分別為Urm=1.2%(k=2)、UreH=1.3%(k=2)、UreL=1.2%(k=2)、Urp0.2=1.3%(k=2),換算成擴(kuò)展不確定分別為Um=7.9 MPa(k=2)、UeH=5.1 MPa(k=2)、UeL=5.1 MPa(k=2)、Up0.2=5.1 MPa(k=2),評(píng)定的不確定度滿足GB/T228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》的要求。

且由表1可知:給定的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的最大抗拉強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度及規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度(0.2%)的允許誤差為±15 MPa,因此,評(píng)定的測(cè)量結(jié)果不確定度均小于允許誤差,表明測(cè)試結(jié)果的分散性較小。

上述實(shí)驗(yàn)及結(jié)果表明:并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)方案可行,能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)微小試樣進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試,且測(cè)試結(jié)果的分散性小,可為金屬材料力學(xué)拉伸性能的微型化、高通量測(cè)試提供設(shè)計(jì)參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者對(duì)并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、控制軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì),并通過(guò)準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及不確定度評(píng)定,該對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。

研究結(jié)果表明:

(1)并聯(lián)式的微小試樣力學(xué)拉伸性能高通量測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí);

(2)隨著試樣直徑的減小,被測(cè)試樣的強(qiáng)度出現(xiàn)了減小的趨勢(shì);評(píng)定的測(cè)試結(jié)果不確定度滿足GB/T228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》的要求;

(3)測(cè)試系統(tǒng)的方案可行,能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)微小拉伸試樣的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試,且測(cè)試結(jié)果的離散度較小。

筆者后續(xù)的研究方向:多物理場(chǎng)耦合環(huán)境下,微小試樣力學(xué)性能高通量的原位表征研究;尺寸效應(yīng)研究及相關(guān)性模型的建立。