申请/专利权人：昆明理工大学

申请日：2018-09-29

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109283066B

主分类号：G01N3/20

分类号：G01N3/20;G01N21/84

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.03.01#实质审查的生效;2019.01.29#公开

摘要：本发明公开一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，属于材料金相分析及力学性能测试领域。本发明所述装置包括底座、拉伸装置、显微测试系统、低温测试系统、高温测试系统、拉伸支架，拉伸装置安装在拉伸支架上，显微测试系统位于试样的正上方；控制计算机通过数据接口与上位机连接；本发明能连续观察材料在各种气氛、温度环境中形变过程中微观组织变化规律，同时获得试样在各种气氛、温度环境中应力‑应变曲线及曲线上各点所对应金相结构，通过观察分析材料微结构形变及断裂机理，对晶内、晶界、栾晶、位错、第二相等力学性能影响因素进行观察研究。

主权项：1.一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：包括电源开关（1）、触摸控制屏（2）、外壳（3）、前观察窗（4）、后观察窗（5）、前盖（7）、滤色片（8）、孔径光栏（9）、显微镜光源（10）、摄像机接口（12）、后导轨（13）、前导轨（14）、计算机数据接口（16）、气氛输入端（17）、气氛输出端（18）、伺服电机（26）、减速器（27）、左支架（28）、前滑杆（29）、滑块（30）、滑块前滑动轴承（31）、压头（32）、压头前滑动轴承（33）、位移传感器（34）、螺杆（36）、滑块后滑动轴承（37）、螺母（38）、支撑杆（39）、后滑杆（40）、压力传感器左支撑架（41）、压力传感器（42）、压力传感器右支撑架（43）、压头后滑动轴承（45）、后支撑座（46）、后绝缘片（47）、前支撑座（50）、前绝缘片（51）、右支架（52）、压缩后电源端（53）、压缩压头（54）、压缩试样（55）、压缩支撑台（56）、压缩前电源端（57）；外壳（3）上安装有电源开关（1）及触摸控制屏（2），外壳（3）上设有前观察窗（4）和后观察窗（5），外壳（3）的内部安装有后导轨（13）和前导轨（14），底座固定在后导轨（13）和前导轨（14）上，前导轨（14）与后导轨（13）使底座左右滑动，显微系统和力学系统均安装在底座上；前盖（7）上设有密封圈（15），前盖（7）固定在底座的末端，关闭前盖（7）后底座及显微系统和力学系统移入外壳（3）内；外壳（3）上设有计算机数据接口（16）、气氛输入端（17）、气氛输出端（18）；显微测试系统位于待测试样的正上方，固定在底座上；前盖（7）外侧安装有摄像机接口（12）、滤色片（8）、孔径光栏（9）、显微镜光源（10），滤色片（8）、孔径光栏（9）、显微镜光源（10）构成金相分析显微分析照明光源系统；底座左端设有减速器（27），减速器（27）输入端连接伺服电机（26），伺服电机（26）带动减速器（27）转动，减速器（27）输出端穿过左支架（28）与螺杆（36）连接，滑块（30）中部固定有贯穿滑块（30）的螺母（38），螺杆（36）与螺母（38）连接；左支架（28）、右支架（52）分别固定在底座的左右两端，前滑杆（29）、后滑杆（40）的两端分别固定在左支架（28）及右支架（52）上，滑块（30）前后两端安装有滑块前滑动轴承（31）和滑块后滑动轴承（37），前滑杆（29）和后滑杆（40）分别穿过滑块前滑动轴承（31）和滑块后滑动轴承（37），使滑块（30）可沿着前滑杆（29）、后滑杆（40）左右滑动；压头（32）前端安装有压头前滑动轴承（33），后端安装有压头后滑动轴承（45），前滑杆（29）和后滑杆（40）分别穿过压头后滑动轴承（45）和压头前滑动轴承（33），使压头（32）可沿着前滑杆（29）及后滑杆（40）左右滑动；滑块（30）右端固定有四根支撑杆（39），支撑杆（39）右端与压力传感器左支撑架（41）连接，压力传感器（42）可拆卸固定在压力传感器左支撑架（41）上，压力传感器（42）另一端固定在压力传感器右支撑架（43）上，压力传感器右支撑架（43）固定于压头（32）上；压头（32）的右端固定设有前支撑座（50）、后支撑座（46），前支撑座（50）右端安装有前绝缘片（51）、后支撑座（46）右端安装有后绝缘片（47），压头（32）与右支架（52）间安装有位移传感器（34）；压缩压头（54）固定于前绝缘片（51）与后绝缘片（47）上，在压缩压头（54）前后端设置压缩前电源端（57）及压缩后电源端（53），压缩支撑台（56）固定于右支架（52）上，压缩支撑台（56）的左端为平面结构；压缩试样（55）安装于压缩压头（54）与压缩支撑台（56）之间，压缩试样（55）上端面制备金相观察区，显微测试系统的物镜（25）聚焦于金相观察；将压缩压头（54）替换为前弯曲支撑辊（62）和后弯曲支撑辊（58），压缩支撑台（56）替换为弯曲支撑台（59），前弯曲支撑辊（62）固定于前绝缘片（51）上，后弯曲支撑辊（58）固定于后绝缘片（47）上，弯曲支撑台（59）的左端为弧形结构，弯曲支撑台（59）通过燕尾槽固定于右支架（52）上；三点弯曲试样（63）安装于前弯曲支撑辊（62）、后弯曲支撑辊（58）与弯曲支撑台（59）之间，三点弯曲试样（63）上端面制备三点弯曲试样金相观察区域（60），物镜（25）聚焦于金相观察，温度传感器（61）安装于三点弯曲试样（63）一侧；将压缩压头（54）替换为V型弯曲压头（64），压缩支撑台（56）替换为V型弯曲支撑台（67），V型弯曲支撑台（67）的左端为V型结构，V型弯曲压头（64）固定于前绝缘片（51）与后绝缘片（47）上，V型弯曲支撑台（67）通过燕尾槽固定于右支架（52），V型弯曲试样（65）安装于V型弯曲压头（64）与V型弯曲支撑台（67）之间，V型弯曲试样（65）制备V型弯曲金相观察区（66），物镜（25）聚焦于V型弯曲金相观察区（66）；所述显微测试系统包括摄像光路系统（19）、调焦伺服电机（20）、调焦减速机（21）、显微镜光路系统（22）、显微镜底座（23）、物镜接口（24）、物镜（25），物镜（25）聚焦于所观察试样的金相观察区，物镜（25）通过物镜接口（24）与显微镜光路系统（22）连接，显微镜光路系统（22）固定在显微镜底座（23）上，显微镜底座（23）固定安装在底座上；调焦减速机（21）输入端与调焦伺服电机（20）输出端连接，调焦减速机（21）输出端连接调整调焦系统，从而通过调焦伺服电机（20）可改变物镜（25）与试样之间的距离实现聚焦；物镜接口（24）上端安装摄像光路系统（19），摄像光路系统（19）将图像传输致摄像机接口（12），高速摄像机（6）通过摄像机接口（12）与摄像光路系统（19）连接并获得金相图像；待测试样一侧设有前制冷喷口（49）和后制冷喷口（48），通过前制冷喷口（49）及后制冷喷口（48）喷出冷却剂可实现试样的低温测试。

全文数据：一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置技术领域本发明涉及一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，属于材料金相分析及力学性能测试领域。背景技术金相显微分析是通过金相显微镜研究金属及合金显微组织包括晶粒、夹杂物以及相变产物等特征组织。金相显微分析是金属材料产品质量检验及金属材料试验研究的重要手段之一，通过金相分析可确定产品组织相貌、评判热处理后工件组织状态，金相显微分析是重要的材料分析基础手段，通过金相分析可获得金属及合金组织大小、形态、分布、数量和性质的一种方法，同时可获得晶粒、夹杂物以及相变产物等特征组织。近年来随着计算机技术的发展，通过对二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织图谱的测量和计算可确定金属微观组织的三维空间形貌，建立金属材料成分、组织和性能间的关系。弯曲试验、压缩实验是测定材料承受弯曲载荷或垂向载荷时的力学特性的试验，是材料机械性能试验的基本方法。试样在进行弯曲试验过程中，试样一侧应力为单向拉伸，另一侧应力为单向压缩，最大正应力出现在试样表面，为此弯曲试验对表面缺陷敏感常用于检验材料表面缺陷如渗碳或表面淬火层质量等日常工作。另外，对于陶瓷材料、工具钢等脆性材料，由于测定这些材料抗拉强度很困难，且试样加工也比较困难，而弯曲试样形状简单，故采用弯曲试验评价其性能和质量。但目前的金相显微分析技术仅限于对样品的静态观察，定性描述金属材料的显微组织特征或采用与各种标准图片比较的方法评定显微组织、晶粒度、非金属夹杂物及第二相质点等，这种方法精确性不高，评定时带有很大的主观性，且对工况条件下的样品只能事后取样分析，过程中的显微组织变化无法观测。传统研究方法是针对不同变形特点，以起始态和终了态作为边界条件建立有限元模拟模型，以此研究材料晶粒塑性变形机理，网格划分精度极大影响到模拟结果，往往不能反映真实变形情况。鉴于此，如何获得变形过程中材料微观结构信息，特别是晶粒晶界协调变形特点、断裂机制特征，仍然缺乏有效的技术方法，是目前未解决的关键且重要科学技术问题之一，面临重要的技术需求。发明内容本发明的目的在于提供一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，应用高速摄相技术、图像传输技术、计算机图像处理技术、数据库等现代数据分析、处理技术，将传统金相分析技术与材料力学性能测试结合在一起，清晰完整的获得材料受力变形过程中各因素变化规律及相互影响关系，具有较强的表征能力。本发明通过以下技术方案实现：一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，包括电源开关1、触摸控制屏2、外壳3、前观察窗4、后观察窗5、前盖7、滤色片8、孔径光栏9、显微镜光源10、摄像机接口12、后导轨13、前导轨14、计算机数据接口16、气氛输入端17、气氛输出端18、伺服电机26、减速器27、左支架28、前滑杆29、滑块30、滑块前滑动轴承31、压头32、压头前滑动轴承33、位移传感器34、螺杆36、滑块后滑动轴承37、螺母38、支撑杆39、后滑杆40、压力传感器左支撑架41、压力传感器42、压力传感器右支撑架43、压头后滑动轴承45、后支撑座46、后绝缘片47、前支撑座50、前绝缘片51、右支架52、压缩后电源端53、压缩压头54、压缩试样55、压缩支撑台56、压缩前电源端57；外壳3上安装有电源开关1及触摸控制屏2，外壳3上设有前观察窗4和后观察窗5用于观察试验过程，外壳3的内部安装有后导轨13和前导轨14，底座固定在后导轨13和前导轨14上，前导轨14与后导轨13使底座左右滑动，显微系统和力学系统均安装在底座上；前盖7上设有密封圈15，前盖7固定在底座的末端，关闭前盖7后底座、显微系统和力学系统移入外壳3内；外壳3上设有计算机数据接口16、气氛输入端17、气氛输出端18，计算机数据接口16用于与计算机通讯，气氛输入端17、气氛输出端18用于通入气体或抽真空，从而实现本装置在不同气氛或真空状态下进行测试；显微测试系统位于待测试样的正上方，固定在底座上；前盖7外侧安装有摄像机接口12、滤色片8、孔径光栏9、显微镜光源10，滤色片8、孔径光栏9、显微镜光源10构成金相分析显微分析照明光源系统；摄像机接口12依据需要可连接高速摄像机及照相机从而实现金相显微镜的调焦及观察、记录。底座左端设有减速器27，减速器27输入端连接伺服电机26，伺服电机26带动减速器27转动，减速器27输出端穿过左支架28与螺杆36连接，滑块30中部固定有贯穿滑块30的螺母38，螺杆36与螺母38连接；左支架28、右支架52分别固定在底座的左右两端，前滑杆29、后滑杆40的两端分别固定在左支架28及右支架52上，滑块30前后两端安装有滑块前滑动轴承31和滑块后滑动轴承37，前滑杆29和后滑杆40分别穿过滑块前滑动轴承31和滑块后滑动轴承37，使滑块30可沿着前滑杆29、后滑杆40左右滑动；压头32前端安装有压头后滑动轴承45后端安装有压头前滑动轴承33，前滑杆29和后滑杆40分别穿过压头后滑动轴承45和压头前滑动轴承33，使压头32可沿着前滑杆29、后滑杆40左右滑动；滑块30右端固定有四根支撑杆39，支撑杆39右端与压力传感器左支撑架41连接，压力传感器42可拆卸固定在压力传感器左支撑架41上，压力传感器42另一端固定在压力传感器右支撑架43上，压力传感器右支撑架43固定于压头32上；压头32的右端固定设有前支撑座50、后支撑座46，前支撑座50右端安装有前绝缘片51、后支撑座46右端安装有后绝缘片47，压头32与右支架52间安装有位移传感器34；压缩压头54固定于前绝缘片51与后绝缘片47上，在压缩压头54前后端设置压缩前电源端57及压缩后电源端53，压缩支撑台56固定于右支架52上，压缩支撑台56的左端为平面结构；压缩试样55安装于压缩压头54与压缩支撑台56之间，压缩试样55上端面制备金相观察区，显微测试系统的物镜25聚焦于金相观察。本装置应用于三点弯曲试验实现方式：将压缩压头54替换为前弯曲支撑辊62和后弯曲支撑辊58，压缩支撑台56替换为弯曲支撑台59，前弯曲支撑辊62固定于前绝缘片51上，后弯曲支撑辊58固定于后绝缘片47上，弯曲支撑台59的左端为弧形结构，弯曲支撑台59通过燕尾槽固定于右支架52上；三点弯曲试样63安装于前弯曲支撑辊62、后弯曲支撑辊58与弯曲支撑台59之间，三点弯曲试样63上端面制备三点弯曲试样金相观察区域60，物镜25聚焦于金相观察，温度传感器61安装于三点弯曲试样63一侧。本装置应用于V型弯曲试验实现方式：将压缩压头54替换为V型弯曲压头64，压缩支撑台56替换为V型弯曲支撑台67，V型弯曲支撑台67的左端为V型结构，V型弯曲压头64固定于前绝缘片51与后绝缘片47上，V型弯曲支撑台67通过燕尾槽固定于右支架52，V型弯曲试样65安装于V型弯曲压头64与V型弯曲支撑台67之间，V型弯曲试样65制备V型弯曲金相观察区66，物镜25聚焦于V型弯曲金相观察区66。本发明所述显微测试系统为现有结构，所述显微测试系统包括摄像光路系统19、调焦伺服电机20、调焦减速机21、显微镜光路系统22、显微镜底座23、物镜接口24、物镜25，物镜25聚焦于所观察试样的金相观察区，物镜25通过物镜接口24与显微镜光路系统22连接，显微镜光路系统22固定在显微镜底座23上，显微镜底座23固定安装在底座上；调焦减速机21输入端与调焦伺服电机20输出端连接，调焦减速机21输出端连接调整调焦系统，从而通过调焦伺服电机20可改变物镜25与试样之间的距离实现聚焦；物镜接口24上端安装摄像光路系统19，摄像光路系统19将图像传输致摄像机接口12，高速摄像机6通过摄像机接口12与摄像光路系统19连接并获得金相图像。优选的，本发明所述前滑杆29、后滑杆40的两端分别通过滑杆固定螺帽35固定在左支架28及右支架52上。优选的，本发明所述前盖7设有多个固定栓11，拧紧固定栓11使前盖7与外壳3在密封圈15作用下保持密闭，从而实现本系统在真空或不同气氛环境下进行测试。优选的，本发明所述待测试样一侧设有前制冷喷口49和后制冷喷口48，通过前制冷喷口49及后制冷喷口48喷出冷却剂可实现试样的低温测试，常用冷却剂有液氮、干冰。本发明所述触摸控制屏2用于设置试验参数并连接控制系统、控制系统具有以下功能，控制方法为常规方法；㈠外部保护气氛装置控制，使测试环境符合试验要求；㈡使伺服电机26转动并产生测试所必需的压力；㈢使调焦伺服电机20转动并获得清晰的金相图像；㈣使温度传感器61测量试样的实时温度；㈤使位移传感器34测量试样变形量；㈥使压力传感器42测量试样的受力；㈦使试样加热电源对通入试样电流进行控制，从而使试样在设定温度下进行测量；㈧控制前制冷喷口49及后制冷喷口48控制阀，控制制冷剂喷出从而使试样在设定的低温下进行测量；㈨摄像、照相控制器，记录存储试样金相图像。本装置所有实验条件依据有关国家标准制备、进行，具体依据标准为：232—2010《金属弯曲试验方法》；GB∕T7314-2017《金属材料室温压缩试验方法》；GBT4741-1999《陶瓷材料抗弯强度试验方法》；GBT8489-2006《精细陶瓷压缩强度试验方法》。通过更换不同量程的压力传感器42，本装置力加载范围为：0.01-50N，加载速度为每秒0.01-10Nmm2，力-变形数据采样周期为1-500ms可选，数码摄录像系统摄录速率为1-6000帧秒。本发明所述金相制备适用于金属材料及陶瓷材料，应用于金属材料及陶瓷材料测量工作。本装置拍摄系统在程序控制下可精确实现力-变形曲线上各点所对应的金相显微图片一一对应。应用绝缘片使试样二端不在同一电位，当电流通过试样时试样在其自生电阻作用下发热，控制通入试样电流可改变、控制试样温度，从而实现试样高温测试；所通入电流可为直流电或交流电。具体为：在压缩压头54与左支架28之间通入电流，电流经电源→压缩压头54→压缩试样55→压缩支撑台56→左支架28→电源另一极构成电流回路，压缩试样55在电流作用下达到测试温度。在前弯曲支撑辊62并联后弯曲支撑辊58后与左支架28之间通入电流，电流经电源→前弯曲支撑辊62、后弯曲支撑辊58→三点弯曲试样63→弯曲支撑台59→左支架28→电源另一极构成电流回路，三点弯曲试样63在电流作用下达到测试温度。以及V型弯曲压头64与左支架28之间通入电流，电流经电源→V型弯曲压头64→V型弯曲试样65→V型弯曲支撑台67→左支架28→电源另一极构成电流回路，压缩试样55在电流作用下达到测试温度。本发明的工作原理：伺服电机26带动减速器27，减速器27带动螺杆36转动，螺杆36通过螺母38将螺杆36的转动转变为固定在螺母38上的滑块30在前滑杆29与后滑杆40上的平行移动，滑块30通过支撑杆39及压力传感器左支撑架41带动压力传感器42，压力传感器42另一端连接压头32从而测量出移动过程中压头32与左支架28之间所受力；由于右支架52与左支架28通过前滑杆29与后滑杆40连接为整体，为此压力传感器42所测力即为压头32与右支架52所受力及试样所受力；当试样安装于压头32与右支架52之间时通过位移传感器34即可测量试样变形大小。本发明的工作过程：卸下六颗固定栓11，将测试系统由外壳3内拉出，依据试验要求安装相应的测试模块，（压缩、三点弯曲、V型弯曲组件）并安装试样后将测试系统推入外壳3内，安装并拧紧六颗固定栓11，开启外部气源及冷却剂阀门（依据试验条件选择开启），开启电源开关1，操作触摸控制屏2设置试验相关参数：（1）测试气氛：空气、真空、惰性气份（氩气、氦气）或者还原气氛（氢气、一氧化碳）。（2）加热温度曲线：温度测试范围-196℃~1200℃，（3）加载速度：设置范围每秒0.01-10Nmm2，（4）力-变形数据采样周期：1-500ms可选，（5）摄录速率：1-6000帧秒。参数设置完毕后调节显微镜聚焦系统，使试样金相观察区在显示屏清晰成像后开启测试，系统依据设置条件开启配气系统，当测试气氛达到测试要求后，系统开启温度控制系统使试样达到测试设定条件，随后系统驱动伺服电机26对试样进行加力、同时控制相机快门进行拍照或录像，试验过程中试样受力及变形量依据设定周期进行采样，同时记录相机快门时所对应的力及变形数值。本发明的有益效果：（1）本发明所述装置实现不同材料体系在不同温度、环境气氛、应力状态下的力—变形特性的微观组织观察，获得材料金相显微组织的连续变化图谱，其微观组织与材料应力－变形曲线一一对应。（2）本发明所述装置在同一样品上可同时获得该样品受压缩的力学特性与单向压缩微观组织变化金相图谱，从而获得金属材料在服役条件下，性能失效的临界力学条件，有助于材料加工的工艺参数优化。（3）本发明所述装置所获得数据通过图像分析系统分析处理，条件有利于直观、准确、全面、快速分析金属微观组织在受力状态下的变化规律，进而结合材料力学理论、腐蚀理论和有限元模拟方法研究材料的性能、微观结构与在工况条件下的联系，因此具有很高的实用推广价值和重大的科学研究价值。（4）本发明所述装置的应用必将导致传统材料力学研究方法由顺序迭代法更新为并行处理，以实验数据的量变引发材料力学性能研究的质变。（５）本发明所述装置可以对材料在服役过程中材料微观结构变化信息分析、观察手段，为材料研究、热处理工艺研究、材料性能日常检验提供一种新的测试手段，可获得材料在服役过程中材料微观结构变化信息，特别是晶粒晶界协调变形特点、断裂机制特征等服役状态下微观结构变化规律，对于指导材料组织设计、热处理工艺的制定具有巨大意义。附图说明图1为本发明所述实验装置的外观结构示意图Ⅰ；图2为本发明所述实验装置的外观结构示意图Ⅱ；图3为本发明所述实验装置的主体结构示意图Ⅰ；图4为本发明所述实验装置的主体结构示意图Ⅱ；图5为本发明所述实验装置的系统构成示意图；图6为本发明所述实验装置的拉力传感器、试样加热结构示意图。图7为本发明所述实验装置的拉力传感器示意图；图8为本发明所述实验装置的测温、冷却装置构成示意图；图9为本发明所述实验装置的实施例1的力-变形曲线。图10为本发明所述实验装置的实施例1的金相图。图11为本发明所述实验装置的实施例2的金相图。图中：1-电源开关；2-触摸控制屏；3-外壳；4-前观察窗；5-后观察窗；6-高速摄像机；7-前盖；8-滤色片；9-孔径光栏；10-显微镜光源；11-固定栓；12-摄像机接口；13-后导轨；14-前导轨；15-密封圈；16-计算机数据接口；17-气氛输入端；18-气氛输出端；19-摄像光路系统；20-调焦伺服电机；21-调焦减速机；22-显微镜光路系统；23-显微镜底座；24-物镜接口；25-物镜；26-伺服电机；27-减速器；28-底座；29-前滑杆；30-滑块；31-滑块前滑动轴承；32-压头；33-压头前滑动轴承；34-位移传感器；35-滑杆固定螺帽；36-螺杆；37-滑块后滑动轴承；38-螺母；39-支撑杆；40-后滑杆；41-力传感器左支撑架；42-压力传感器；43-压力传感器右支撑架；44-固定螺栓；45-压头后滑动轴承；46-后支撑座；47-后绝缘片；48-后制冷喷口；49-前制冷喷口；50-前支撑座；51-前绝缘片；52-支架；53-压缩后电源端；54-压缩压头；55-压缩试样；56-压缩支撑台；57-压缩前电源端；58-后弯曲支撑辊；59-弯曲支撑台；60-三点弯曲试样金相观察区域；61-温度传感器；62-前弯曲支撑辊；63-三点弯曲试样；64-V型弯曲压头；65-V型弯曲试样；66-V型弯曲金相观察区；67-V型弯曲支撑台。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，包括电源开关1、触摸控制屏2、外壳3、前观察窗4、后观察窗5、前盖7、滤色片8、孔径光栏9、显微镜光源10、摄像机接口12、后导轨13、前导轨14、计算机数据接口16、气氛输入端17、气氛输出端18、伺服电机26、减速器27、左支架28、前滑杆29、滑块30、滑块前滑动轴承31、压头32、压头前滑动轴承33、位移传感器34、螺杆36、滑块后滑动轴承37、螺母38、支撑杆39、后滑杆40、压力传感器左支撑架41、压力传感器42、压力传感器右支撑架43、压头后滑动轴承45、后支撑座46、后绝缘片47、前支撑座50、前绝缘片51、右支架52、压缩后电源端53、压缩压头54、压缩试样55、压缩支撑台56、压缩前电源端57；外壳3上安装有电源开关1及触摸控制屏2，外壳3上设有前观察窗4和后观察窗5用于观察试验过程，外壳3的内部安装有后导轨13和前导轨14，底座固定在后导轨13和前导轨14上，前导轨14与后导轨13使底座左右滑动，显微系统和力学系统均安装在底座上；前盖7上设有密封圈15，前盖7固定在底座的末端，关闭前盖7后底座、显微系统和力学系统移入外壳3内；外壳3上设有计算机数据接口16、气氛输入端17、气氛输出端18，计算机数据接口16用于与计算机通讯，气氛输入端17、气氛输出端18用于通入气体或抽真空，从而实现本装置在不同气氛或真空状态下进行测试；显微测试系统位于待测试样的正上方，固定在底座上；前盖7外侧安装有摄像机接口12、滤色片8、孔径光栏9、显微镜光源10，滤色片8、孔径光栏9、显微镜光源10构成金相分析显微分析照明光源系统；摄像机接口12依据需要可连接高速摄像机及照相机从而实现金相显微镜的调焦及观察、记录；底座左端设有减速器27，减速器27输入端连接伺服电机26，伺服电机26带动减速器27转动，减速器27输出端穿过左支架28与螺杆36连接，滑块30中部固定有贯穿滑块30的螺母38，螺杆36与螺母38连接；左支架28、右支架52分别固定在底座的左右两端，前滑杆29、后滑杆40的两端分别固定在左支架28及右支架52上，滑块30前后两端安装有滑块前滑动轴承31和滑块后滑动轴承37，前滑杆29和后滑杆40分别穿过滑块前滑动轴承31和滑块后滑动轴承37，使滑块30可沿着前滑杆29、后滑杆40左右滑动；压头32前端安装有压头后滑动轴承45后端安装有压头前滑动轴承33，前滑杆29和后滑杆40分别穿过压头后滑动轴承45和压头前滑动轴承33，使压头32可沿着前滑杆29、后滑杆40左右滑动；滑块30右端固定有四根支撑杆39，支撑杆39右端与压力传感器左支撑架41连接，压力传感器42可拆卸固定在压力传感器左支撑架41上，压力传感器42另一端固定在压力传感器右支撑架43上，压力传感器右支撑架43固定于压头32上；压头32的右端固定设有前支撑座50、后支撑座46，前支撑座50、后支撑座46通过燕尾槽安装在压头32上并用固定螺栓44固定；前支撑座50右端安装有前绝缘片51、后支撑座46右端安装有后绝缘片47，压头32与右支架52间安装有位移传感器34；压缩压头54固定于前绝缘片51与后绝缘片47上，在压缩压头54前后端设置压缩前电源端57及压缩后电源端53，压缩支撑台56固定于右支架52上，压缩支撑台56的左端为平面结构；压缩试样55安装于压缩压头54与压缩支撑台56之间，压缩试样55上端面制备金相观察区，显微测试系统的物镜25聚焦于金相观察。本实施例所述显微测试系统为现有结构，所述显微测试系统包括摄像光路系统19、调焦伺服电机20、调焦减速机21、显微镜光路系统22、显微镜底座23、物镜接口24、物镜25，物镜25聚焦于所观察试样的金相观察区，物镜25通过物镜接口24与显微镜光路系统22连接，显微镜光路系统22固定在显微镜底座23上，显微镜底座23固定安装在底座上；调焦减速机21输入端与调焦伺服电机20输出端连接，调焦减速机21输出端连接调整调焦系统，从而通过调焦伺服电机20可改变物镜25与试样之间的距离实现聚焦；物镜接口24上端安装摄像光路系统19，摄像光路系统19将图像传输致摄像机接口12，高速摄像机6通过摄像机接口12与摄像光路系统19连接并获得金相图像。本实施例所述前滑杆29、后滑杆40的两端分别通过滑杆固定螺帽35固定在左支架28及右支架52上。本实施例所述前盖7设有多个固定栓11，拧紧固定栓11使前盖7与外壳3在密封圈15作用下保持密闭，从而实现本系统在真空或不同气氛环境下进行测试。本实施例所述待测试样一侧设有前制冷喷口49和后制冷喷口48，通过前制冷喷口49及后制冷喷口48喷出冷却剂可实现试样的低温测试，常用冷却剂有液氮、干冰。使用过程为：样品选取轴承合金ZnAl27，样品尺寸为长2mm，宽2mm，高4mm。在样品一侧制备金相观察区，腐蚀剂为1%HNO3无水乙醇溶液；将压缩试样55安装于压缩压头54与压缩支撑台56之间，设置系统加载速度为每秒2Nmm2，力、变形数据采样周期为100ms，相机自动摄影频率为2帧秒,测试环境气氛氩气；开启系统电源，外部气氛控制系统自动完成抽真空-洗气过程后系统驱动伺服电机26工作，压缩试样55受力变形，观察力-变形曲线，当出现FeLc点后经过适当延时终止实验，实验过程获得2880组力-变形数据，5760×3860像素金相显微图片576张。对所获得的力-变形曲线（图9）及金相显微图片分析发现，当样品屈服时其初始瞬时效应点（图9中A点）金相图片显示其变形过程中界发生滑移为主要因素，（见图10）由此可知该合金在服役状态下的的断裂模式为沿晶断裂，为此，优化热处理工艺提高该合金晶界强度及细化晶粒是提高该合金性能行之有效的手段。实施例２本实施例结构与实施例１相同，不同在于：将压缩压头54替换为前弯曲支撑辊62和后弯曲支撑辊58，压缩支撑台56替换为弯曲支撑台59，前弯曲支撑辊62固定于前绝缘片51上，后弯曲支撑辊58固定于后绝缘片47上，弯曲支撑台59的左端为弧形结构，弯曲支撑台59通过燕尾槽固定于右支架52上；三点弯曲试样63安装于前弯曲支撑辊62、后弯曲支撑辊58与弯曲支撑台59之间，三点弯曲试样63上端面制备三点弯曲试样金相观察区域60，物镜25聚焦于金相观察，温度传感器61安装于三点弯曲试样63一侧。实验材料为表面涂覆硼化钛TiB2石墨，样品长40mm，宽7mm，厚3mm，在硼化钛TiB2涂覆层制备金相观察区域，腐蚀剂为1.679molL硫酸，测试环境抽到真空度1.0×10-6Pa后，在前弯曲支撑辊62、后弯曲支撑辊58与左支架28之间通入电流，电流强度15-20A，控制输入电流使试样在测试温度950℃保温10分钟后开始测试，测试压弯曲率每秒1Nmm2，力、变形数据采样周期为5ms，相机自动摄影频率为80帧秒，直至样品断裂。获得7000张5760×3860像素金相组织图片，及28000组力、变形数据，对获得的实验数据进行分析，可获得在铝电解槽实际工况条件下，硼化钛TiB2涂层与石墨基体界面结合、微观结构与压力的内在关系，获得涂层失效的临界力学条件，从而指导优化电解铝工艺参数。实施例３本实施例结构与实施例１相同，不同在于：将压缩压头54替换为V型弯曲压头64，压缩支撑台56替换为V型弯曲支撑台67，V型弯曲支撑台67的左端为V型结构，V型弯曲压头64固定于前绝缘片51与后绝缘片47上，V型弯曲支撑台67通过燕尾槽固定于右支架52，V型弯曲试样65安装于V型弯曲压头64与V型弯曲支撑台67之间，V型弯曲试样65制备V型弯曲金相观察区66，物镜25聚焦于V型弯曲金相观察区66。实验材料为ZCuPb30，样品长30mm，宽8mm，厚3mm，组织状态为铸态，在对应金相观察区域进行抛光腐蚀，腐蚀剂为3%FeCl3+10%HCl水溶液，金相显微镜400倍下调焦到清晰图像；在室温条件下以每秒3Nmm2的拉伸速率进行弯曲，力、变形数据采样周期为5ms，相机自动摄影频率为50帧秒，直至样品断裂；获得3000张5760×3860像素金相组织图片，及12000组力、变形数据。ZCuPb30组织状态为铜基体加铅析出物两相组织，选取试验数据FeHc点对应的金相照片（见图7）可知：在弯曲过程中试样上端受拉应力、下端受压应力，在拉应力及压应力的作用下，铜基体变形非常小，决定该合金变形的主要因素为铅析出物，为此通过铸造工艺优化、调整热处理工艺等手段改变铅析出物形貌，即可提高该合金机械性能。

权利要求：1.一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：包括电源开关（1）、触摸控制屏（2）、外壳（3）、前观察窗（4）、后观察窗（5）、前盖（7）、滤色片（8）、孔径光栏（9）、显微镜光源（10）、摄像机接口（12）、后导轨（13）、前导轨（14）、计算机数据接口（16）、气氛输入端（17）、气氛输出端（18）、伺服电机（26）、减速器（27）、左支架（28）、前滑杆（29）、滑块（30）、滑块前滑动轴承（31）、压头（32）、压头前滑动轴承（33）、位移传感器（34）、螺杆（36）、滑块后滑动轴承（37）、螺母（38）、支撑杆（39）、后滑杆（40）、压力传感器左支撑架（41）、压力传感器（42）、压力传感器右支撑架（43）、压头后滑动轴承（45）、后支撑座（46）、后绝缘片（47）、前支撑座（50）、前绝缘片（51）、右支架（52）、压缩后电源端（53）、压缩压头（54）、压缩试样（55）、压缩支撑台（56）、压缩前电源端（57）；外壳（3）上安装有电源开关（1）及触摸控制屏（2），外壳（3）上设有前观察窗（4）和后观察窗（5），外壳（3）的内部安装有后导轨（13）和前导轨（14），底座固定在后导轨（13）和前导轨（14）上，前导轨（14）与后导轨（13）使底座左右滑动，显微系统和力学系统均安装在底座上；前盖（7）上设有密封圈（15），前盖（7）固定在底座的末端，关闭前盖（7）后底座及显微系统和力学系统移入外壳（3）内；外壳（3）上设有计算机数据接口（16）、气氛输入端（17）、气氛输出端（18）；显微测试系统位于待测试样的正上方，固定在底座上；前盖（7）外侧安装有摄像机接口（12）、滤色片（8）、孔径光栏（9）、显微镜光源（10），滤色片（8）、孔径光栏（9）、显微镜光源（10）构成金相分析显微分析照明光源系统；底座左端设有减速器（27），减速器（27）输入端连接伺服电机（26），伺服电机（26）带动减速器（27）转动，减速器（27）输出端穿过左支架（28）与螺杆（36）连接，滑块（30）中部固定有贯穿滑块（30）的螺母（38），螺杆（36）与螺母（38）连接；左支架（28）、右支架（52）分别固定在底座的左右两端，前滑杆（29）、后滑杆（40）的两端分别固定在左支架（28）及右支架（52）上，滑块（30）前后两端安装有滑块前滑动轴承（31）和滑块后滑动轴承（37），前滑杆（29）和后滑杆（40）分别穿过滑块前滑动轴承（31）和滑块后滑动轴承（37），使滑块（30）可沿着前滑杆（29）、后滑杆（40）左右滑动；压头（32）前端安装有压头前滑动轴承（33），后端安装有压头后滑动轴承（45），前滑杆（29）和后滑杆（40）分别穿过压头后滑动轴承（45）和压头前滑动轴承（33），使压头（32）可沿着前滑杆（29）及后滑杆（40）左右滑动；滑块（30）右端固定有四根支撑杆（39），支撑杆（39）右端与压力传感器左支撑架（41）连接，压力传感器（42）可拆卸固定在压力传感器左支撑架（41）上，压力传感器（42）另一端固定在压力传感器右支撑架（43）上，压力传感器右支撑架（43）固定于压头（32）上；压头（32）的右端固定设有前支撑座（50）、后支撑座（46），前支撑座（50）右端安装有前绝缘片（51）、后支撑座（46）右端安装有后绝缘片（47），压头（32）与右支架（52）间安装有位移传感器（34）；压缩压头（54）固定于前绝缘片（51）与后绝缘片（47）上，在压缩压头（54）前后端设置压缩前电源端（57）及压缩后电源端（53），压缩支撑台（56）固定于右支架（52）上，压缩支撑台（56）的左端为平面结构；压缩试样（55）安装于压缩压头（54）与压缩支撑台（56）之间，压缩试样（55）上端面制备金相观察区，显微测试系统的物镜（25）聚焦于金相观察。2.根据权利要求1所述材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：将压缩压头（54）替换为前弯曲支撑辊（62）和后弯曲支撑辊（58），压缩支撑台（56）替换为弯曲支撑台（59），前弯曲支撑辊（62）固定于前绝缘片（51）上，后弯曲支撑辊（58）固定于后绝缘片（47）上，弯曲支撑台（59）的左端为弧形结构，弯曲支撑台（59）通过燕尾槽固定于右支架（52）上；三点弯曲试样（63）安装于前弯曲支撑辊（62）、后弯曲支撑辊（58）与弯曲支撑台（59）之间，三点弯曲试样（63）上端面制备三点弯曲试样金相观察区域（60），物镜（25）聚焦于金相观察，温度传感器（61）安装于三点弯曲试样（63）一侧。3.根据权利要求1所述材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：将压缩压头（54）替换为V型弯曲压头（64），压缩支撑台（56）替换为V型弯曲支撑台（67），V型弯曲支撑台（67）的左端为V型结构，V型弯曲压头（64）固定于前绝缘片（51）与后绝缘片（47）上，V型弯曲支撑台（67）通过燕尾槽固定于右支架（52），V型弯曲试样（65）安装于V型弯曲压头（64）与V型弯曲支撑台（67）之间，V型弯曲试样（65）制备V型弯曲金相观察区（66），物镜（25）聚焦于V型弯曲金相观察区（66）。4.根据权利要求1~3任一项所述材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：所述显微测试系统包括摄像光路系统（19）、调焦伺服电机（20）、调焦减速机（21）、显微镜光路系统（22）、显微镜底座（23）、物镜接口（24）、物镜（25），物镜（25）聚焦于所观察试样的金相观察区，物镜（25）通过物镜接口（24）与显微镜光路系统（22）连接，显微镜光路系统（22）固定在显微镜底座（23）上，显微镜底座（23）固定安装在底座上；调焦减速机（21）输入端与调焦伺服电机（20）输出端连接，调焦减速机（21）输出端连接调整调焦系统，从而通过调焦伺服电机（20）可改变物镜（25）与试样之间的距离实现聚焦；物镜接口（24）上端安装摄像光路系统（19），摄像光路系统（19）将图像传输致摄像机接口（12），高速摄像机（6）通过摄像机接口（12）与摄像光路系统（19）连接并获得金相图像。5.根据权利要求1~3任一项所述材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：前滑杆（29）、后滑杆（40）的两端分别通过滑杆固定螺帽（35）固定在左支架（28）及右支架（52）上。6.根据权利要求1~3任一项所述材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：前盖（7）设有多个固定栓（11），拧紧固定栓（11）使前盖（7）与外壳（3）在密封圈（15）作用下保持密闭。7.根据权利要求1~3任一项所述材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置，其特征在于：待测试样一侧设有前制冷喷口（49）和后制冷喷口（48），通过前制冷喷口（49）及后制冷喷口（48）喷出冷却剂可实现试样的低温测试。

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