本發明涉及形狀記憶材料彈熱效應測試技術領域。更具體地，涉及一種可用于4.2K-573K溫區內任意溫度環境下的形狀記憶材料彈熱性能的測試裝置。
背景技術：
對某些材料(尤其是合金材料，例如Ni-Ti，Cu-Al-Mn，Cu-Zn-Al等合金)具有形狀記憶特性好、金屬耐疲勞特性強、金屬強度高等優點。當對材料進行加載力的時，會導致材料內部組織發生相變，即馬氏體轉變。由于相變會使材料產生相變溫度，即發生溫度變化。由于材料具有強的形狀記憶特性，當對材料卸載力時，相變后的材料又恢復到原來的晶格狀態，這一過程也發生了相變，材料產生相變溫度。一般情況下在對材料進行拉伸或者彎曲加載力時，材料溫度升高，當對材料卸載力時，材料溫度下降。對這一溫度變化現象稱為“熱彈性馬氏體轉變溫度”。
形狀記憶合金是在傳統馬氏體相變的現象和理論基礎上發展起來的一種新型的功能材料，由于該材料在相變過程中會產生一些特殊的性能，特別是形狀記憶效應、高阻尼性和超彈性，已經被廣泛應用到醫療、航天、紡織工業、家用電器、電子、能源和機械等領域中。隨著形狀記憶合金的廣泛應用，目前，對其研究也越來越深入，但是目前只有在室溫條件下測量材料彎曲形變下的彈熱性能的簡易裝置，而沒有一種可在大的溫度范圍內測量形狀記憶合金任一應變的彈熱性能的裝置。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種可在多種溫度下測試材料任意應變的彈熱性能的裝置。
為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：
一種材料彈熱性能的測試裝置，包括：
真空杜瓦容器，試樣放置在所述真空杜瓦容器內并對試樣進行保溫減少漏熱；
控溫系統，用來控制所述真空杜瓦容器內的溫度，為試樣提供所需的環境溫度；
力學試驗機，在進行材料彈熱性能測試過程中，為試樣提供負荷及卸載負荷；
數據輸入及采集的程序控制系統，該系統通過程序向所述力學試驗機輸入試驗參數，并采集力學試驗機傳感器和試樣處溫度計的測試數據；
以及引伸計，用于測量試樣的應變。
優選地，當試驗溫度要求4.2K或77K溫度進行時，通過將液氦或液氮注入到所述真空杜瓦容器中浸泡試樣來實現。
優選地，所述控溫系統包括控溫儀和加熱裝置，當試驗溫度要求4.2K-77K或77K-室溫溫區進行時，先通過將液氦或液氮注入所述真空杜瓦容器內進行預冷，再通過所述加熱裝置為真空杜瓦容器內部環境升溫來實現。
優選地，所述控溫系統包括控溫儀和加熱裝置，當試驗溫度要求室溫以上至573K溫區進行時，通過所述控溫儀和加熱裝置為真空杜瓦容器內部環境升溫來實現。
優選地，所述力學試驗機根據試樣所需的應變進行設置，并由應變來控制力學試驗機為試樣加載的負荷。
優選地，所述數據輸入及采集的程序控制系統向力學試驗機輸入的參數包括：試樣所需測試的應變大小、位移過程中的位移速度、達到所需應變后的位移的保載時間、卸載過程中試樣位移的速度、卸載最終目標力的大小、目標力保載的時間和試驗循環次數。
本發明的有益效果如下：
本發明的測試裝置可實現材料的任意應變下的拉伸、彎曲等形變；并能實現低溫(最低液氦4.2K)、室溫、高溫(最高300攝氏度)下任意環境溫度下的彈熱性能測量；環境溫度精確可控可調。能準確測量出材料在任意溫度下(4.2K-573K)發生相變時的溫度變化。
附圖說明
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。
圖1示出本發明的結構示意圖。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
如圖1所示，一種材料彈熱性能測試裝置，包括：力學試驗機1、真空杜瓦容器2、加熱器3、溫度計4、引伸計5、控溫儀6和數據輸入及采集程序控制系統7。力學試驗機1上設有夾具9、傳感器10和拉伸桿11，拉伸桿11的一端與夾具9連接，另一端通過傳感器10固定在力學試驗機1上。試樣8安裝在夾具9上，引伸計5和溫度計4均設置在試樣8上，分別用來采集試樣8的應變和溫度，并將采集到的數據傳輸給數據輸入及采集程序控制系統7。真空杜瓦容器2設置在力學試驗機1的法蘭盤上，加熱器3設置在真空杜瓦容器2的內部，控溫儀6通過加熱器3對真空杜瓦容器2升溫，真空杜瓦容器2為試樣8及其環境保溫。
本實施例中力學試驗機1對試樣8施加拉伸力，測試試樣8發生拉伸應變時的彈熱性能。在其它的實施列中，力學試驗機1可對試樣8施加拉伸、壓縮、彎曲或扭轉等任意應變，本發明的裝置可測試試樣8任意應變下的彈熱性能。
本發明的測試裝置的實驗流程包括下述步驟：
(1)將試樣8安裝在力學試驗機1的夾具9上，并將適合試樣8標距的引伸計5和溫度計4設置在試樣8上。
(2)將真空杜瓦容器2安裝在力學試驗機1的法蘭盤上，為試樣及其環境保溫。
(3)當加熱器3加熱真空杜瓦容器2達到試樣所需的溫度后，將試樣的直徑、厚度、寬度、規定非比例延伸率、規定總延伸率、原始標距、引伸計標距等一系列參數輸入到數據輸入及采集程序控制系統7中。同時也將拉伸過程中，試樣所需測試的應變大小、試樣被拉伸的位移速度、達到所需應變后的試樣位移的保載時間、卸載過程中試樣位移的速度、卸載最終目標力的大小、目標力保載的時間及試驗循環次數也輸入到數據輸入及采集程序控制系統7中。
(4)開始對試樣8進行拉伸，數據輸入及采集程序控制系統7采集傳感器10與引伸計5將測量到的試樣8所承受的力、應力和應變以及溫度計4測得的溫度。
在試驗時，對試樣8加載負荷的過程中，力學試驗機1是根據所需試樣的應變進行設置，并由應變來控制力學試驗機為試樣加載的負荷。這是因為試樣8由于材質或者內部組織結構不同，在達到相同的應變的情況下，力學試驗機1加載的負荷會不同。由于試樣8應變過程中會產生位移，可設置試驗加載過程中位移變化的速度及達到所需應變后位移保載的時間。加載過程中試樣會有溫升的現象，等試樣恢復到環境溫度后，對加載在試樣上的負荷進行卸載，卸載過程中是通過設置試樣的位移速度及卸載完成時的試驗機加載在試樣上的最小力(目標力)來完成的。卸載過程中試樣會有溫降現象，卸載完成后，進行力保載一段時間，等試樣恢復到環境溫度后，進行該試樣的下一個循環的彈熱性能測試。
本實施例中，因試驗所需的溫度在室溫以上，所以控溫儀6通過加熱器3對真空杜瓦容器2內部環境進行升溫，就可達到所需的試驗溫度。本發明的測試裝置可最高到573K的試驗溫度。加熱器3為加熱電阻、加熱片或加熱帶。在進行4.2K或77k溫度的試驗時，將液氦或液氮注入到真空杜瓦容器2中，浸泡試樣8來達到試驗所需的溫度。當試驗溫度要求在4.2K-77K或77K-室溫溫區內時，先通過用液氦或液氮預冷真空杜瓦容器，再通過控溫儀6和加熱器3為真空杜瓦容器2內部環境升溫，最后通過控溫儀6控溫以達到所需的試驗溫度。加熱裝置可以是加熱電阻，加熱片或者加熱帶。
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。