微細(xì)石英/玻璃絲材在高溫環(huán)境下的拉伸力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)分析

在現(xiàn)代精密儀器、光學(xué)器件及航空航天等領(lǐng)域，彈簧玻璃絲和石英絲作為關(guān)鍵的超精細(xì)、高性能材料，其力學(xué)性能的可靠性直接決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量與壽命。特別是在高溫工作環(huán)境下，這些微細(xì)材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)的變化至關(guān)重要。然而，由于其直徑僅幾十微米，且材質(zhì)脆弱，對(duì)測(cè)試設(shè)備的精度、夾具的設(shè)計(jì)以及環(huán)境模擬能力提出了極高要求。

針對(duì)這一技術(shù)挑戰(zhàn)，科準(zhǔn)測(cè)控結(jié)合成熟的材料測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，制定了專業(yè)的高溫拉伸測(cè)試方案。本文將系統(tǒng)介紹如何利用萬能拉力試驗(yàn)機(jī)與高溫環(huán)境箱，精確完成對(duì)彈簧玻璃絲和石英絲在20°C至100°C溫度范圍內(nèi)的力學(xué)性能測(cè)定，包括其斷裂力值、彈性系數(shù)及抗拉強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)。

一、 測(cè)試原理

本測(cè)試的核心原理是靜態(tài)拉伸測(cè)試。將試樣（彈簧玻璃絲或石英絲）的兩端分別固定在萬能拉力試驗(yàn)機(jī)的上下夾具上，在設(shè)定的高溫環(huán)境中，驅(qū)動(dòng)橫梁以恒定的速度移動(dòng)，對(duì)試樣施加軸向拉伸載荷，直至其斷裂。從而得到以下數(shù)據(jù)：

最大力值：試樣在斷裂前所能承受的最大拉力。

抗拉強(qiáng)度：最大力值除以試樣的原始橫截面積（需預(yù)先精確測(cè)量直徑）。

彈性系數(shù)（楊氏模量）：在材料的彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變的比值。通過分析力值-位移曲線的線性段斜率，并結(jié)合試樣的標(biāo)距和截面積計(jì)算得出。

二、 參考標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 228.1-2021 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》

ASTM E8/E8M 《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》

ISO 6892-1 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》

三、 測(cè)試設(shè)備與配置

1、KZ-68SC-05XY 萬能拉力試驗(yàn)機(jī)

1. 高溫環(huán)境試驗(yàn)箱

工作溫度范圍20°C至100°C，可精確控制并保持測(cè)試所需的恒定高溫環(huán)境，以模擬材料的實(shí)際工作條件。

3、專用夾具

尖嘴波紋小夾具 & 波紋鋁夾具：針對(duì)直徑僅幾十微米的脆性絲材專門設(shè)計(jì)。

尖嘴設(shè)計(jì)：便于精確夾持微細(xì)樣品，防止打滑。

波紋夾面：增大摩擦力，均勻分散夾持力，有效避免因應(yīng)力集中而導(dǎo)致的試樣在夾持處提前斷裂。

四、 測(cè)試方案詳解

1. 樣品準(zhǔn)備

使用千分尺或激光測(cè)徑儀精確測(cè)量每根絲材的直徑，至少在不同位置測(cè)量三次取平均值，用于計(jì)算橫截面積。

確定并標(biāo)記有效的拉伸標(biāo)距。

2. 測(cè)試流程

夾具安裝：根據(jù)試樣類型選擇合適的夾具（尖嘴波紋夾具優(yōu)先）并安裝在試驗(yàn)機(jī)上。

試樣裝夾：小心翼翼地將試樣垂直、對(duì)中地裝入上下夾具中，以極小的預(yù)緊力輕輕夾緊，確保試樣不受扭轉(zhuǎn)或側(cè)向力。

環(huán)境箱設(shè)置：關(guān)閉環(huán)境箱門，設(shè)定目標(biāo)溫度（如20°C, 50°C, 100°C等），待溫度穩(wěn)定并保持一段時(shí)間后開始測(cè)試。

測(cè)試參數(shù)設(shè)置：在軟件中選擇對(duì)應(yīng)的傳感器量程，設(shè)置合適的拉伸速度（通常較低，如1-5 mm/min，以確保數(shù)據(jù)采集的充分性）。

開始測(cè)試：?jiǎn)?dòng)試驗(yàn)機(jī)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行拉伸測(cè)試，實(shí)時(shí)繪制力值-位移曲線，并記錄斷裂全過程。

數(shù)據(jù)采集與分析：測(cè)試結(jié)束后，軟件自動(dòng)計(jì)算并輸出最大力值、彈性系數(shù)、抗拉強(qiáng)度等結(jié)果。

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