雙軸聯動原位扭轉測試儀
圖1：雙軸聯動原位扭轉測試儀
特點：
結構緊湊的雙軸聯動原位扭轉測試儀可與光學顯微成像設備相兼容
原位觀測時獲取更高質量的圖像，對微觀組織結構的觀測與分析能夠更加的清晰而準確
實現在載荷作用下對材料微觀變形損傷機制與微觀組織演化等特性進行動態原位觀測
電機通過集成的行星齒輪減速后，再經過兩級的蝸輪蝸桿的減速、增扭和換向，實現了緊湊的結構下輸出大載荷
實現以準靜態的方式對試件進行扭轉加載
配備控制主機，專用檢測控制系統與配套分析處理軟件
技術指標（雙軸系列NZS01、NZS02等）：
最大載荷力：100N·m、200N·m（系列）
加載力分辨率：100mN
扭轉角分辨率： 0.18°
扭轉載荷量程：1500N·mm
扭轉載荷分辨率：0.1N·m
力測量精度：±1%示值
位移分辨率：1μm
測試速度范圍：0 ～ 6.5/min
位移速度精度：優于±0.5%（空載）
速度負荷容量：3mm/min以下，允許最大試驗扭矩
樣品尺寸：毫米級
(a)不同預扭轉角度下材料（6061鋁合金）試件拉伸測試的載荷-位移曲線
預扭轉10°下拉伸試驗 預扭轉60°下拉伸試驗
(b)材料（6061鋁合金）試件預扭轉10°和60°下拉伸過程中扭矩變化曲線
預拉伸0.1mm下扭轉試驗 預拉伸0.6mm下扭轉試驗
(c)材料（6061鋁合金）試件預拉伸0.1mm和0.6mm下扭轉過程中拉力變化曲線
(d)材料（紫銅）試件預拉伸位移下扭轉測試的扭矩-轉角曲線
???????圖2：雙軸聯動原位扭轉測試曲線
如圖2（a）所示，對6061鋁合金小角度的預扭轉角度拉伸試驗，結果表明預扭轉角度下進行拉伸測試，較小的塑性變形，對拉伸力學性能幾乎沒有影響，當扭轉角度大于30°左右的時候，拉伸測試的局部變形階段會隨著角度的增大而提前出現，伸長率下降。
如圖2（b）所示。分別為預扭轉 10°和 60°下，進行拉伸試驗的轉角、扭矩、位移和拉力的時間曲線。曲線表明，不論預扭轉角度的大小，其所產生的扭矩，都會在拉伸試驗的彈性階段急劇下降，隨后一直保持在一個較低的水平，直至試件斷裂。
如圖2（c）所示，在拉伸的彈性階段和強化階段進行扭轉，拉力值都會降低，但是降低的速度比較慢，并且在扭轉至60°時，拉力均降至200N左右。
如圖2（d）所示，對材料（紫銅）試件預拉伸位移下扭轉測試，0mm至0.04mm預拉伸位移下扭轉測試曲線，僅有微弱的變化。因為在較小的預拉伸載荷下，材料處于彈性階段，預拉伸位移增加，試件橫截面尺寸的變小，是導致抗扭強度降低的主導因素。
（a）材料（6061鋁合金）扭轉斷口二維圖 (b)材料（紫銅）扭轉斷口二維圖
(c)材料（6061鋁合金）先扭轉后拉伸斷口二維/三維圖
(d)材料（紫銅）先扭轉后拉伸斷口二維/三維圖
圖3：測試材料表面形貌原位觀測圖像
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如圖3所示，從拉伸的斷口二維和三維形貌可觀察出塑性材料典型的“杯狀”斷口。在拉應力下縮頸區形成三向應力狀態，且心部軸向應力最大。材料在經過足夠的塑性變形后，位錯等缺陷不斷堆積，達到一定程度，沿著切應力方向產生裂紋，裂紋從外向內延伸直至完全斷裂。
(a) 轉角30°時500倍和1000倍金相組織
(b) 轉角90°時500倍和1000倍金相組織
(c) 材料（Q235）試件轉角180°時500倍和1000倍金相組織
圖4：雙軸聯動原位扭轉測試金相組織原位觀測圖像
如圖4所示，轉角 90°時的金相組織，隨著轉角的增加，裂紋數量和密度增加，仍保持與X軸平行和垂直兩個方向。同時，晶格的滑移現象也更加明顯。轉角180°時的金相組織，由于試件平面翹曲的程度加劇，圖像出現邊緣的虛焦，仍可清晰看到金相組織的變化。晶格滑移明顯，晶格中相互交叉的裂紋導致晶格破碎，并在多個晶格之間逐漸出現連貫的長裂紋。
