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島津試驗機丨夾具世界系列之金屬材料
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導讀
人類文明的發展和社會的進步同金屬材料關系十分密切，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎，例如新能源汽車采用鐵、銅、鋅、鉻和碳鋼等金屬材料，側面反應出金屬材料應用的深度和廣度是衡量一個國家發展程度和反映國家綜合實力的重要指標。
對金屬材料進行力學性能、疲勞可靠性等測試與研究，對于產品設計、結構分析、質量控制、失效分析都非常重要。金屬材料所應具備的主要力學性能決定了材料的應用范圍，安全可靠性和使用壽命。舉個例子來說，轎車A柱作為事故碰撞中全車受力點最為重要的部件，A柱的制造鋼材強度直接決定了汽車的安全程度，進而直接影響了駕乘人員的生命安全。從各大汽車廠商的主力車型碰撞測試可以看到它們各自的技術水平和用料好壞，是否減配一目了然。綜合上述情況我們可以選擇熱成型鋼，根據IS0 6892-1-2016和GB/T 228.1-2021測試金屬材料的性能，使用高夾持力的液壓平推夾具，配合SSG50-10H引伸計采用應變速率控制方法，對高強度鋼進行了拉伸試驗。下面介紹島津試驗機在金屬材料方面的夾具與應用。
GB/T 36024-2018 薄板和薄帶十字形試樣
雙向拉伸試驗方法簡介
在實際工程中大量采用了金屬薄板和薄殼結構，其大多是雙向受力構件。研究結構的應力、應變、極限承載能力等，均需要準確和全面的材料性能數據，特別是應變與應力的關系數據。由于多方面的原因（單向拉伸的變形能力不夠，不同應力狀態對材料力學行為有不同的影響等因素），迫切需要適宜的能反映復雜應力狀態的雙向拉伸試驗方法。因此根據標準GB/T 36024-2018,在不使用雙軸試驗機的情況島津可以用電子萬能試驗機配合鏈接型雙向拉伸試驗夾具，通過電子萬能試驗機移動橫梁施加壓力，對十字形試樣進行拉伸，并保證十字夾頭位移率恒定，同步性高。
GB/T 36024
•應力-應變曲線
•屈服應力
十字拉伸試驗夾具
•夾具線性導軌保證位移順暢
•橫梁移動施加載荷
應變測量裝置
•實時直接測量試樣變形
圖1：金屬薄板十字雙向拉伸試驗曲線
包辛格效應研究與測試
為了減輕交通工具的能量消耗，使用較薄的高強度鋼設計車身作為減輕重量的一種方法。但在使用高強度鋼時，沖壓成形后容易產生回彈等形狀缺陷，修改制造模具所需的時間和成本過高是一個問題。一般金屬材料的力學參數（默認值）預先記錄在CAE分析中使用的沖壓成形模擬分析軟件中，并且可以使用這些值進行簡單的分析。如果使用默認值直接進行模擬分析不進行修正，結果與沖壓成形產品的實際形狀尺寸會出現較大差異。為了獲得高精度的沖壓成形擬合度，利用島津萬能試驗機和包辛格效應測試夾具，對高強度鋼板進行了平面內反向加載試驗。包辛格效應測量夾具可以附加專用的接觸式引伸計SG-50-50，能夠精確測量試樣中產生的應變。除此以外，此套測試夾具也可配合相應的電阻片式應變儀測試其樣品應變值進行單軸拉伸試驗與面內反向加載試驗，分別獲得材料相關性能數據。通過所得數據對部件進行 CAE 分析。
包辛格效應測試
•金屬鋼板平面內反向加載試驗
測試目的
•正反向加載應力-應變曲線和雙向屈服強度
包辛格夾具
•機械螺釘鎖緊試樣
•搭配接觸式引伸計等變形測量儀
應變mm
板厚：1.4mm
試驗方法：超過屈服點后拉伸至3mm，反方向壓縮至變形量0mm循環重復三次。第一次拉伸對于屈服點A壓縮到0mm后的第2次以后的屈服點B正在下降。（包辛格效應）
圖2：包辛格試驗曲線和簡介
其他金屬材料測試夾具
| 工作原理 | 旋轉手柄使夾具體沿軸向運動，夾塊固定于垂直位置只能在水平方向移動以保證夾具之間距離不變夾緊試樣。 |
| 適用范圍 | 更換夾塊可實現對不同規格棒材、板材的夾緊 |
| 特征 | 方便夾持試樣，提高測試效率；自緊式楔形設計避免打滑試樣；加載過程中夾面不動，夾具體移動，保證對中良好 |
| 工作原理 | 同手動楔形夾具比，動力源為氣動/液壓 |
| 適用范圍 | 更換夾塊可實現對不同規格棒材、板材的夾緊增加轉換板可實現壓縮試驗 |
| 特征 | 在試驗過程中，通過調整氣/液壓和夾緊速度，可以獲得對試樣最佳的恒定初始夾緊力。 |
| 工作原理 | 液壓油通過兩側活塞缸同時動作加緊試樣，提供恒定大載荷夾持力，靠試樣與加快之間的摩擦力拉伸試樣 |
| 適用范圍 | 適用于各種材料的拉伸測試，包括：鋼棒和鋼板、機加工圓鋼和扁鋼、鋼筋，試樣夾持范圍更廣更大 |
| 工作原理 | 夾具與墊圈、短螺栓連接件和螺母保證載荷組件相配合，放入上下夾具主體凹槽中，保證上下同軸夾進行靜態拉伸試驗，轉動防護罩保證安全試驗 |
| 適用范圍 | 適用于標準ASTM F606和ISO898試樣 |
| 工作原理 | 氣缸帶動一側夾齒夾緊試樣，另一端夾齒固定，保證箔材試樣上下在同一平面。 |
| 適用范圍 | 更換夾齒和氣缸可夾緊不同材質和厚度的箔材試樣 |
| 工作原理 | 根據標準DIN VDA238-100的要求，將金屬薄板試樣放在滾動支輥的下夾具上，壓頭隨試驗機橫梁移動進行彎曲試驗，最大試驗力為20KN。 |
| 適用范圍 | 試樣規格如下 W 60 mm, L 60 mm, T 2 mm or W 30 mm, L 60 mm, T 2 mm |
| 工作原理 | 將鋼絲纏繞在上下夾具主體內圓弧線槽中，通過手動/氣動等夾緊線材，完成試驗 |
| 適用范圍 | 最大試驗力為10KN，適用于不同金屬線材 |
| 工作原理 | 該夾具用于平板試樣和圓形試樣的拉伸-壓縮疲勞試驗。具有良好的可操作性廣泛的測試強度范圍，使測試達到高精度 |
| 適用范圍 | 金屬棒材板材 |
| 工作原理 | 該夾具用于平板試樣的交變載荷拉伸壓縮試驗，該夾具為機械性結構，內有鋸齒形夾齒。 |
| 適用范圍 | 金屬板材 |
| 工作原理 | 夾具僅適用于緊湊拉伸試樣，用銷釘將試樣放入上下夾具主體中，放入引伸計，開始試驗。并符合ASTM（E399、E1820）的要求，用于計算斷裂的試驗韌性和斷裂擴展性能。 |
| 適用范圍 | 符合標準的金屬預制試樣 |
| 工作原理 | 將試樣放到下夾具上，放入引伸計，開始試驗。符合ASTM（E399）標準，用于斷裂韌性試驗。 |
| 適用范圍 | 符合標準的金屬預制試樣 |
結語
以上介紹了島津試驗機在金屬材料行業主要夾具；島津標準試驗機，試驗載荷從 1 N到600KN不等，可適應各種樣品，如金屬、橡膠、塑料、復合材料、金屬、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、線、繩等樣品。島津夾具設計團隊還可以根據特殊需求和標準，設計定制夾具，以滿足材料行業客戶需求，一方面提高材料的研究深度和應用廣度，另一方面助推產業結構優化升級，實現綠色發展。島津試驗機以百年技術積累與經驗，為您提供優質的產品與服務。
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