小尺寸金属试样的力学性能试验解决方案丨BOYI电子万能试验机

随着高熵合金、增材制造金属、高性能稀有合金等新型金属材料的快速发展，以及航空航天、核能、医疗器械等领域对局部取样评价的需求增加，小尺寸金属试样的力学性能测试正成为材料研发与质量控制的重要环节。

在传统金属材料测试中，通常选用50 kN～300 kN的电子万能试验机。然而，这类设备主要针对标准大尺寸试样设计，在小尺寸试样测试中存在明显不足：

问题	说明
力值不匹配	小尺寸试样破坏载荷通常在10 kN以下，常规设备在小力值区域精度不足
夹具不适用	标准夹具体积大、夹面宽，无法可靠装夹毫米级试样
引伸计无法安装	常规引伸计标距≥25 mm，远超试样平行段长度
对中困难	小试样对弯曲极为敏感，普通设备难以满足同轴度要求
循环控制要求高	循环加载-卸载需要高频响应和低载稳定控制，常规设备难以胜任

鲲鹏试验机解决方案

广州鲲鹏仪器有限公司基于BOYI 2025系列电子万能试验机，针对小尺寸金属试样开发了专用测试方案。该方案具备高精度、高稳定性等特点，可完美实现小尺寸试样的拉伸试验、压缩试验、循环加载-卸载试验以及高低温环境下的力学性能测试。

设备配置方案

主机配置

小尺寸金属试样主机推荐：

项目	推荐配置	理由
设备型号	鲲鹏BOYI2025-010 / BOYI2025-020	最大载荷10 kN或20 kN，匹配小力值范围
结构形式	双柱台式	刚度高、对中性好
载荷传感器	10 kN 或 20 kN，精度±0.5%	覆盖常规拉伸/压缩加载
精度保证范围	试验力示值误差≤± 0.3 %（力值传感器容量的1/1—1/100范围）试验力示值误差≤± 0.5 %（力值传感器容量的1/100—1/500范围）

▲客户案例-哈尔滨工业大学分析测试中心

变形测量装置

小尺寸试样配置专用引伸计：

类型	推荐规格	适用场景
接触式小标距引伸计	标距：5-10 mm应变范围：±10%-50%分辨率：≤0.1 μm	高精度测量弹性模量、残余应变
视频引伸计（推荐）	标距可编程：0～100 mm分辨率：≤0.1 μm非接触测量	避免刀口损伤试样表面，适合高低温环境

▲小标距引伸计&视频引伸计

试验夹具

项目	设计要点
微型拉伸夹具	可更换夹面，适配厚度0.5～3 mm薄板或直径1～5 mm圆棒
夹面材料	碳化钨涂层或高硬度合金，硬度≥HRC60，防打滑
压缩夹具	微型压盘，带自对中导向
对中装置	球面万向节或精密直线导轨结构
同轴度指标	弯曲应变 ≤2%（参照ASTM E1012验证）

▲小尺寸试样夹具

高低温环境模拟系统

类型	温度范围	配置要点
低温环境箱	-70 °C ～ +350 °C	配低温引伸计，预留视窗
高温炉	室温～ 1200 °C	配高温引伸计或视频引伸计
温控方式	可编程PID控制	温度与力学数据同步采集

▲低温环境箱&高温炉

控制系统与软件

功能	参数
闭环控制频率	5000 Hz（力/位移/应变）
数据采样率	最高5000Hz（可设定）
控制模式	力、位移、应变闭环，可自动切换
波形支持	三角波、正弦波、梯形波、自定义波形
循环试验模块	— 自动计算每个循环的卸载模量、残余应变、滞回环面积 — 实时显示模量 vs 循环次数曲线 — 支持循环数/断裂/模量阈值自动停机

▲循环试验方法-步骤编辑

▲循环加载-卸载试验曲线

▲应力应变曲线放大

客户案例

鲲鹏试验机助力东北大学李宗宾教授团队在《Applied Physics Letters》发表突破性研究成果——低温超弹合金材料的力学性能与弹热效应

结语

金属小尺寸试样的力学性能测试，并非标准拉伸试验的简单缩放，而是对试验系统的力值精度、对中能力、变形测量及闭环控制提出的全新挑战。广州鲲鹏仪器有限公司生产的BOYI2025电子万能试验机从主机选型、传感器配置、微型夹具、小标距引伸计到专用循环测试软件，进行了系统性的针对性设计，为客户提供一套“买即能用、测即准确”的完整解决方案。