岛津试验机丨夹具世界系列之金属材料

导读

人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础，例如新能源汽车采用铁、铜、锌、铬和碳钢等金属材料，侧面反应出金属材料应用的深度和广度是衡量一个国家发展程度和反映国家综合实力的重要指标。

对金属材料进行力学性能、疲劳可靠性等测试与研究，对于产品设计、结构分析、质量控制、失效分析都非常重要。金属材料所应具备的主要力学性能决定了材料的应用范围，安全可靠性和使用寿命。举个例子来说，轿车A柱作为事故碰撞中全车受力点最为重要的部件，A柱的制造钢材强度直接决定了汽车的安全程度，进而直接影响了驾乘人员的生命安全。从各大汽车厂商的主力车型碰撞测试可以看到它们各自的技术水平和用料好坏，是否减配一目了然。综合上述情况我们可以选择热成型钢，根据IS0 6892-1-2016和GB/T 228.1-2021测试金属材料的性能，使用高夹持力的液压平推夹具，配合SSG50-10H引伸计采用应变速率控制方法，对高强度钢进行了拉伸试验。下面介绍岛津试验机在金属材料方面的夹具与应用。

GB/T 36024-2018 薄板和薄带十字形试样

双向拉伸试验方法简介

在实际工程中大量采用了金属薄板和薄壳结构，其大多是双向受力构件。研究结构的应力、应变、极限承载能力等，均需要准确和全面的材料性能数据，特别是应变与应力的关系数据。由于多方面的原因（单向拉伸的变形能力不够，不同应力状态对材料力学行为有不同的影响等因素），迫切需要适宜的能反映复杂应力状态的双向拉伸试验方法。因此根据标准GB/T 36024-2018,在不使用双轴试验机的情况岛津可以用电子万能试验机配合链接型双向拉伸试验夹具，通过电子万能试验机移动横梁施加压力，对十字形试样进行拉伸，并保证十字夹头位移率恒定，同步性高。

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GB/T 36024

•应力-应变曲线

•屈服应力

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十字拉伸试验夹具

•夹具线性导轨保证位移顺畅 

•横梁移动施加载荷

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应变测量装置

•实时直接测量试样变形

视频1：金属薄板十字双向拉伸试验

图1：金属薄板十字双向拉伸试验曲线

包辛格效应研究与测试

为了减轻交通工具的能量消耗，使用较薄的高强度钢设计车身作为减轻重量的一种方法。但在使用高强度钢时，冲压成形后容易产生回弹等形状缺陷，修改制造模具所需的时间和成本过高是一个问题。一般金属材料的力学参数（默认值）预先记录在CAE分析中使用的冲压成形模拟分析软件中，并且可以使用这些值进行简单的分析。如果使用默认值直接进行模拟分析不进行修正，结果与冲压成形产品的实际形状尺寸会出现较大差异。为了获得高精度的冲压成形拟合度，利用岛津万能试验机和包辛格效应测试夹具，对高强度钢板进行了平面内反向加载试验。包辛格效应测量夹具可以附加专用的接触式引伸计SG-50-50，能够精确测量试样中产生的应变。除此以外，此套测试夹具也可配合相应的电阻片式应变仪测试其样品应变值进行单轴拉伸试验与面内反向加载试验，分别获得材料相关性能数据。通过所得数据对部件进行 CAE 分析。

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包辛格效应测试

•金属钢板平面内反向加载试验

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测试目的

•正反向加载应力-应变曲线和双向屈服强度

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包辛格夹具

•机械螺钉锁紧试样 •搭配接触式引伸计等变形测量仪

视频2：包辛格效应测试夹具

应变mm

板厚：1.4mm

试验方法：超过屈服点后拉伸至3mm，反方向压缩至变形量0mm循环重复三次。第一次拉伸对于屈服点A压缩到0mm后的第2次以后的屈服点B正在下降。（包辛格效应）

图2：包辛格试验曲线和简介

其他金属材料测试夹具

定位式手动楔形拉伸夹具

工作原理

旋转手柄使夹具体沿轴向运动，夹块固定于垂直位置只能在水平方向移动以保证夹具之间距离不变夹紧试样。

适用范围

更换夹块可实现对不同规格棒材、板材的夹紧

特征

方便夹持试样，提高测试效率；自紧式楔形设计避免打滑试样；加载过程中夹面不动，夹具体移动，保证对中良好

气动/液压 楔形拉伸夹具

工作原理

同手动楔形夹具比，动力源为气动/液压

适用范围

更换夹块可实现对不同规格棒材、板材的夹紧增加转换板可实现压缩试验

特征

在试验过程中，通过调整气/液压和夹紧速度，可以获得对试样最佳的恒定初始夹紧力。

液压平推拉伸夹具

工作原理

液压油通过两侧活塞缸同时动作加紧试样，提供恒定大载荷夹持力，靠试样与加快之间的摩擦力拉伸试样

适用范围

适用于各种材料的拉伸测试，包括：钢棒和钢板、机加工圆钢和扁钢、钢筋，试样夹持范围更广更大

紧固件拉伸夹具

工作原理

夹具与垫圈、短螺栓连接件和螺母保证载荷组件相配合，放入上下夹具主体凹槽中，保证上下同轴夹进行静态拉伸试验，转动防护罩保证安全试验

适用范围

适用于标准ASTM F606和ISO898试样

金属箔材拉伸夹具

工作原理

气缸带动一侧夹齿夹紧试样，另一端夹齿固定，保证箔材试样上下在同一平面。

适用范围

更换夹齿和气缸可夹紧不同材质和厚度的箔材试样

VDA弯曲夹具

工作原理

根据标准DIN VDA238-100的要求，将金属薄板试样放在滚动支辊的下夹具上，压头随试验机横梁移动进行弯曲试验，最大试验力为20KN。

适用范围

试样规格如下

W 60 mm, L 60 mm, T 2 mm or

W 30 mm, L 60 mm, T 2 mm

钢丝缠绕拉伸夹具

工作原理

将钢丝缠绕在上下夹具主体内圆弧线槽中，通过手动/气动等夹紧线材，完成试验

适用范围

最大试验力为10KN，适用于不同金属线材

前开口式疲劳液压夹具

工作原理

该夹具用于平板试样和圆形试样的拉伸-压缩疲劳试验。具有良好的可操作性广泛的测试强度范围，使测试达到高精度

适用范围

金属棒材板材

扁平试样拉伸压缩疲劳夹具

工作原理

该夹具用于平板试样的交变载荷拉伸压缩试验，该夹具为机械性结构，内有锯齿形夹齿。

适用范围

金属板材

CT疲劳拉伸试验夹具

工作原理

夹具仅适用于紧凑拉伸试样，用销钉将试样放入上下夹具主体中，放入引伸计，开始试验。并符合ASTM（E399、E1820）的要求，用于计算断裂的试验韧性和断裂扩展性能。

适用范围

符合标准的金属预制试样

COD弯曲疲劳试验夹具

工作原理

将试样放到下夹具上，放入引伸计，开始试验。符合ASTM（E399）标准，用于断裂韧性试验。

适用范围

符合标准的金属预制试样

结语

以上介绍了岛津试验机在金属材料行业主要夹具；岛津标准试验机，试验载荷从 1 N到600KN不等，可适应各种样品，如金属、橡胶、塑料、复合材料、金属、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、线、绳等样品。岛津夹具设计团队还可以根据特殊需求和标准，设计定制夹具，以满足材料行业客户需求，一方面提高材料的研究深度和应用广度，另一方面助推产业结构优化升级，实现绿色发展。岛津试验机以百年技术积累与经验，为您提供优质的产品与服务。

撰稿人：杨汉章

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