雙軸原位試驗機的實際應用及案例分享

前言

目前研究材料變形主要采用單軸力學試驗方法。單軸力學實驗操作簡單，容易得到較為可靠的試驗數據，在工業應用和實驗研究中被廣泛利用。但是在實際服役過程中材料通常會受到多軸載荷的作用而發生斷裂失效，這使得材料的力學響應、變形機理及失效機制較單軸而言要復雜的多。此外，在不同成型工藝的加工過程中材料也常處于多軸應力狀態，在成型過程中出現的制耳現象，沖壓件斷裂位置和極限成型高度的改變等現象都與板材在成型過程中的多軸力學響應有關。

十字形試樣雙軸試驗可以準確地進行任意應力或應變比下板材的彈塑性變形，經常用于確定建模或確定屈服面的參數，或為不同的應變硬化特性提供證據。基于材料雙軸變形研究的現狀，凱爾測控技術有限公司開發了面內雙軸試驗系統IPBF-8000，并完成了鎂合金、純鈦的雙軸變形試驗，相關成果分別發表在《International Journal of Plasticity》、《Journal of Materials Science & Technology》期刊上。

試驗儀器推薦

典型應用案例：

1、鎂合金雙軸試驗

實驗材料為厚度60mm的AZ31鎂合金熱軋板。熱軋板在400°C下均勻化處理2h以獲得再結晶組織，退火樣品為等軸晶且晶粒尺寸約為40 μm，板材呈現典型的基面織構，即（0002）面平行軋制面，柱面呈現隨機分布特征。

在不同雙軸應力比下對AZ31鎂合金板沿著ND和TD進行雙軸拉伸試驗，其雙軸應力比值分別為： ND: TD=1: 0、4 : 1、2 : 1、1: 1、1 : 2 和1 : 4。

雙軸拉伸樣品的織構主要由兩部分構成：晶粒的c軸都平行或者接近平行于ND的取向和晶粒c軸垂直于或近似于垂直ND取向（孿晶）。在應力比為1:4的樣品中，孿晶織構明顯缺失，這主要是因為樣品在很小的應變條件下就發生了斷裂，而且孿晶幾乎未啟動。在其他應力比下，孿晶織構組分的分布與應力比密切相關。對于單軸來說，孿晶的（0002）極軸呈圓圈分布。對于雙軸加載來說，隨著應力比的逐漸減低，孿晶的（0002）極軸逐漸聚集在RD附近。

2、純鈦雙軸試驗

將CP-Ti薄板厚度從4 mm冷軋至2mm，然后在750℃氬氣下退火1h。退火后空氣冷卻到室溫。在室溫下進行雙軸拉伸試驗，應力比R=σx/σy = 1:0與1:1(表示為準單軸與等雙軸拉伸)。

具有典型基面織構的CP-Ti在等雙軸拉伸下的斷裂行為與準單軸拉伸下的斷裂行為明顯不同。對于單軸拉伸，裂紋起源于明顯的應變局部化區域，形成斷裂。對于雙軸拉伸，類似的正常斷裂首先進行，隨后是沿45°方向的剪切斷裂。